DE4202621A1 - Messung der rueckstreuung eines ringlaser-resonators - Google Patents

Messung der rueckstreuung eines ringlaser-resonators

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DE4202621A1
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Douglas R Jungwirth
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Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Ringlaser und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Überlagerungs- oder Einschluß-Charakteristik eines Ringlaser-Gyroskops durch direkte Messung und quantitative Bestimmung der Größe der optischen Rückstreuung innerhalb eines Laser-Resonators.
Ein Ringlaser-Gyroskop (RLG) ist ein Rotationssensor, der eine Schwebungsfrequenz zwischen zwei sich gegenläufig ausbreitenden Laserstrahlen verwendet, die innerhalb eines geschlossenen Laser-Resonators kreisen. Der Resonator kann eine dreieickige Form aufweisen, mit Spiegeln zum Reflektieren der sich gegenläufig ausbreitenden Strahlen an den Ecken. Ringlaser-Gyroskope sind bei mittleren und hohen Winkelraten sehr genau, werden aber bei sehr niedrigen Raten nichtlinear und eventuell unempfindlich. Diese Erscheinung wird als Schwingungsverschluß (mode locking) oder Frequenzeinschluß (frequency lock-in) bezeichnet und vermittelt eine fehlerhafte Anzeige, daß sich das Ringlaser-Gyroskop nicht dreht, wenn es dies in Wirklichkeit tut. Die Einschlußerscheinung ist durch einen Koppeleffekt bedingt, der in Erscheinung tritt, wenn zwei harmonische Oszillatoren mit im wesentlichen gleicher Frequenz in Resonanz schwingen. Die Kopplung, die in Ringlaser-Gyroskopen vorkommt, ist primär durch eine geringfügige Streuung bedingt, allgemein als Rückstreuung bezeichnet, die an jeder Spiegeloberfläche in der Richtung der sich gegenläufig ausbreitenden Strahlen auftritt. Der Wert der Rückstreuung ist deshalb direkt von der Spiegelqualität abhängig und beeinflußt direkt die Einschluß-Charakteristiken des Ringlaser-Gyroskops. Leider ist bei der Anwendung herkömmlicher Technik, die Spiegelqualität erst nach einem Pump- und Füllvorgang bestimmbar, der den Resonator des Ringlaser-Gyroskops mit einem laseraktiven Gas versieht.
Im US-Patent 48 44 615 wird eine Einrichtung zur Korrektur eines Einschlußfehlers beschrieben, die zwei Überlagerungsdetektoren enthält, um Überlagerungssignale zu erzeugen, die ein Interferenzmuster zwischen den sich gegenläufig ausbreitenden Strahlen anzeigen. Das Überlagerungssignal wird mit einem Signal demoduliert, das die Summe der einzelnen Strahlintensitäten anzeigt, um die Größe der Kopplung zwischen den Strahlen im Ringlaser-Gyroskop zu bestimmen.
Nach dem US-Patent 45 92 656 wird ein Signalgenerator verwendet, um die Position der Spiegel für eine Phasenmodulation der rückgestreuten Wellen auf ein ganzzahliges Vielfaches 2π rad. einzustellen.
Allgemein lehren diese Patente die Ableitung der Einschluß-Information von Ringlaser-Gyroskopen von der Betriebscharakteristik eines in Betrieb befindlichen Ringlaser-Gyroskops. Was nicht gelehrt wurde und deshalb eine Aufgabe der Erfindung ist, ist eine Messung von Rückstreuungskoeffizienten unter Verwendung eines passiven Ringlaser-Gyroskop-Resonators.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die es ermöglichen, die Qualität der Laserresonator-Spiegel vor dem Pump- und Füllvorgang zu prüfen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, die Größe der Rückstreuung in einem Ringlaser-Gyroskop-Resonators direkt zu messen und quantitativ zu bestimmen, um die Einschluß-Charakteristiken des Ringlaser-Gyroskops vorherzusagen.
Die vorgenannten Probleme werden überwunden und die Aufgaben der Erfindung werden gelöst durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Rückstreu-Strahlungskomponente eines Ringlasers. In Übereinstimmung mit der Erfindung wird eine opto-elektronische Vorrichtung geschaffen, mit der in einem Ringlaser-Resonator während eines ersten Zeitintervalls ein sich im Uhrzeigersinn ausbreitender Strahl erhalten wird und während eines zweiten Zeitintervalls ein sich entgegen dem Uhrzeigersinn ausbreitender Strahl. Es wird außerdem eine opto-elektronische Vorrichtung zum Messen der Größe einer Rückstreu-Strahlungskomponente, die aus dem sich im Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahl, während eines ersten Zeitintervalls, resultiert, und zum Messen der Größe einer Rückstreu-Strahlungskomponente, die aus dem sich entgegen dem Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahl, während eines zweiten Zeitintervalls, resultiert, geschaffen. Die gemessenen Größen bilden das Eingangssignal für einen Prozessor, zur Berechnung der Einschluß-Charakteristiken, insbesondere der Einschlußrate des Ringlaser-Gyroskops. Die gemessenen Rückstreuungswerte können auch als Eingangssignal für eine Anzeigevorrichtung verwendet werden, die in Verbindung mit Signalen, die für die sich im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahlen indikativ sind, das Verhältnis zwischen einem Strahl und seiner resultierenden Rückstreuungskomponente anzeigt.
Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zum Bestimmen der Einschluß-Charakteristiken eines Ringlaser-Gyroskops. Das Ringlaser-Gyroskop enthält einen optischen Resonator, der einen, durch eine Anzahl von Spiegeln begrenzten, optischen Pfad definiert. Beim ersten Schritt wird während eines ersten Zeitintervalls ein sich im Uhrzeigersinn ausbreitender Strahl in den optischen Resonator eingeführt. Beim zweiten Schritt wird die Größe einer ersten Rückstreu-Strahlungskomponente gemessen, die aus der Ausbreitung des sich im Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahls resultiert. Beim dritten Schritt wird während eines zweiten Zeitintervalls ein sich gegen den Uhrzeigersinn ausbreitender Strahl in den optischen Resonator eingeführt. Beim vierten Schritt wird die Größe einer zweiten Rückstreu-Strahlungskomponente gemessen, die aus der Ausbreitung des sich gegen den Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahl resultiert. Bei einem fünften Schritt werden die Einschluß-Charakteristiken des Ringlaser-Gyroskops aus den gemessenen Größen der ersten und zweiten Rückstreu-Strahlungskomponenten bestimmt. Jeder Schritt zum Messen schließt einen Schritt der Variierung der Länge des optischen Pfades ein, um mehr als einen Modus der optischen Pfaddifferenz im Innern des Resonators zu erhalten.
Ein anderer Schritt des Verfahrens ist das Betreiben eines optischen Zerhackerrades, das entsprechend angeordnete Öffnungen aufweist, um während des ersten Zeitintervalls den sich im Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahl zu erhalten und während des zweiten Zeitintervalls den sich gegen den Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahl.
Ein weiterer Schritt des Verfahrens zeigt während des ersten Zeitintervalls ein Verhältnis des sich im Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahls zur resultierenden Rückstreu-Strahlungskomponente an und während des zweiten Zeitintervalls ein Verhältnis des sich gegen den Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahls zur resultierenden Rückstreu-Strahlungskomponente.
Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels eines Ringlaser-Gyroskops näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines opto-elektronischen Systems, das die Spiegel-Rückstreuung bei sich gegenläufig ausbreitenden Strahlen im Resonator eines Ringlaser-Gyroskops mißt und quantitativ bestimmt.
In der Fig. 1 ist ein opto-elektronisches System 10 dargestellt, das die Spiegel-Rückstreuung bei sich gegenläufig ausbreitenden Strahlen in einem Resonator 12 eines Ringlaser-Gyroskops mißt und quantitativ bestimmt.
Ein Laserstrahl A, von einem HeNe-Laser, wird durch einen 50%-Strahlenteiler 16 in zwei Strahlen B und C, mit im wesentlichen gleicher Intensität, aufgespalten. Die Strahlen B und C passieren das Zerhackerrad 18, das von einem Gleichspannungsmotor 20 gedreht wird. Das Zerhackerrad 18 ermöglicht abwechselnd, einem Strahl um den anderen, sich entlang eines Strahlpfades auszubreiten. Verhältnismäßig kleine Teile D und E der Strahlen B beziehungsweise C werden von 4%-Strahlenteilern 22 und 24 herausgenommen. Die Strahlen D beziehungsweise E werden durch Spiegel 26 und 28 zu Detektoren 30 und 32 und danach zu Verstärkern 34 beziehungsweise 36 geleitet. Die Signale der Verstärker 34 und 36 bilden den Eingang eines Motor-Synchronisierschaltkreises 38, der einen ersten Ausgang 38a zum Steuern der Drehzahl des Motors 20 aufweist, und einen zweiten Ausgang 38b zum Erzeugen eines Synchronisiersignals für einen Pfadlängensteuerungs-Spiegelantrieb 40.
Die zwei Laserstrahlen B und C laufen weiter durch die Strahlenteiler 22 und 24 zu Spiegeln 42 beziehungsweise 44. Die Spiegel 42 und 44 richten die ankommenden, sich im Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahlen und sich gegen den Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahlen, auf den optischen Resonator 12 des Ringlaser-Gyroskops aus. Sinusförmige Ausgangssignale 40a und 40b vom Pfadlängensteuerungs-Spiegelantrieb 40 treiben die Spiegel 46 und 48 des Ringlaser-Gyroskops an, um durch eine ausreichende Ablenkung mehr als einen Modus der optischen Pfaddifferenz im optischen Resonator 12 des Ringlaser-Gyroskops zu erhalten. Die sich im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahlen kommen im optischen Resonator mindestens einmal in jedem sinusförmigen Zyklus des Pfadlängensteuerungs-Spiegelantriebs 40 in Resonanz.
Wenn eine Resonanz im optischen Resonator 12 des Ringlaser-Gyroskops auftritt, wird ein vorwärts gerichteter Strahl, das ist ein Strahl, der sich in der Richtung des Eingangsstrahls ausbreitet, durch einen der Spiegel 50 des Ringlaser-Gyroskops emittiert und trifft einen zugehörigen Detektor 52 oder 54, abhängig davon, ob sich der Strahl im Uhrzeigersinn ausbreitet oder gegen den Uhrzeigersinn. Die Ausgänge der Detektoren 52 und 54 sind je mit einem zugehörigen Verstärker 56 beziehungsweise 58 verbunden. Die elektrischen Ausgangssignale der Verstärker 56 und 58 bilden die Eingänge zu zwei Kanälen eines Vierkanal-Signalmonitors, wie eines Oszilloskops 60. Das Oszilloskop 60 wird in einem X- über Y-Modus betrieben. Das Signal für die Y-Achse des Oszilloskops 60 stammt von einem dritten Ausgang 40c des Pfadlängensteuerungs-Spiegelantriebs 40.
Wenn abwechselnd im optischen Resonator des Ringlaser-Gyroskops 12 für die vorwärts gerichteten, sich im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn ausbreitenden, Strahlen eine Resonanz auftritt, werden auch rückwärts gerichtete Strahlen (oder Rückstreuungen) erzeugt.
Die Rückstreuungs-Strahlen sind im wesentlichen dieselben, wie vorwärts gerichtete Strahlen, nur sind sie in ihrer Intensität zwischen sechs und zehn Größenordnungen geringer. Die Rückstreuungs-Strahlen werden durch die Rückstreuung erzeugt, die an jedem Spiegel 46 und 48 auftritt, wenn sich die vorwärts gerichteten Strahlen um den Resonator ausbreiten. Die Rückstreuung von jedem Spiegel wächst im Zusammenhang damit, wie die Leistung des vorwärts gerichteten Strahls zu- oder abnimmt, um einen sich gegen den Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahl, proportional dem vorwärts gerichteten Strahl, zu bilden. Ein Teil der Rückstreuungs-Strahlung wird vom Spiegel 62 emittiert und wird, als Strahlen F und G über die Spiegel 64 und 66 durch das Zerhackerrad 18 geleitet. Die Öffnungen im Zerhackerrad 18 sind so angeordnet, daß nur der Rückstreuungs-Strahl der sich gegen den Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahlung durch das Zerhackerrad 18 hindurchtreten kann, wenn der sich im Uhrzeigersinn ausbreitende, vorwärts gerichtete Strahl dieses passiert. Alternativ dazu passiert auch der Rückstreuungs-Strahl des sich im Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahls des Zerhackerrad 18, wenn der sich gegen den Uhrzeigersinn ausbreitende, vorwärts gerichtete Strahl durch dieses hindurchtritt. Diese Anordnung verhindert, daß beide vorwärts gerichtete Strahlen mit der verhältnismäßig viel höheren Leistung, der sich im Uhrzeigersinn und der sich gegen den Uhrzeigersinn ausbreitende, von den Spiegeln 68 oder 70 reflektiert werden und auf die Photomultipler-Röhren 72 und 74 treffen. Stattdessen werden nur die Rückstreuungs-Strahlen mit viel geringerer Intensität auf die Photomultipler-Röhren 72 und 74 gerichtet, wo die Signalintensität der Rückstreuungs-Strahlen gemessen wird.
Ein elektrisches Ausgangssignal von jeder der Photomultipler-Röhren 72 und 74 ist auf einen Eingang eines zugehörigen Verstärkers 76 beziehungsweise 78 und von dort zu einem Eingangskanal eines Photonenzählers 80 und außerdem zu Vertikalkanälen des Oszilloskops 60 geführt. An den Zähler ist ein Prozessor 82 angeschlossen, der den Datenausgang desselben aufzeichnet.
In Übereinstimmung mit der Erfindung werden die Ausgangsdaten des Photonenzählers 80 durch den Prozessor 82 zur Berechnung der Leistung des Rückstreuungs-Strahls verwendet, aus der die Einschlußrate des Ringlaser-Gyroskops, wie unten beschrieben, berechnet werden kann.
Das Oszilloskop kann wahlweise verwendet werden und wird in erster Linie dazu benutzt, eine qualitative Anzeige der Charakteristiken des Ringlaser-Gyroskops zu erhalten. Die vier Kanäle des Oszilloskops 60 zeigen die zwei vorwärts gerichteten Strahlen und die zwei Rückstreuungs-Strahlen an. Eine Bewegung eines Spiegels, wie 46 und 48 im Resonator 12 des Ringlaser-Gyroskops, kann den Einschlußwert des Ringlaser-Gyroskops verändern. Deshalb kann bei der Aufzeichnung des Strahlengangs der Rückstreuung und des entsprechenden Strahlengangs des vorwärts gerichteten Strahls ein Benutzer des Systems 10 leicht die Größe der Rückstreuung beobachten und feststellen, ob die Größe der Rückstreuung für eine gegebene Spiegelposition akzeptabel ist.
Die Erfindung schließt auch ein Verfahren zur Bestimmung einer Einschluß-Charakteristik des Ringlaser-Gyroskops ein, wobei das Ringlaser-Gyroskop einen optischen Resonator zur Definierung eines durch eine Anzahl von Spiegeln begrenzten optischen Pfades aufweist. Beim ersten Schritt wird während eines ersten Zeitintervalls der sich im Uhrzeigersinn ausbreitende Strahl in den optischen Resonator eingeführt. Beim zweiten Schritt wird die Größe der ersten Rückstreu-Strahlungskomponente gemessen, die aus der Ausbreitung des sich im Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahls resultiert. Beim dritten Schritt wird während eines zweiten Zeitintervalls der sich gegen den Uhrzeigersinn ausbreitende Strahl in den optischen Resonator eingeführt. Beim vierten Schritt wird die Größe der zweiten Rückstreu-Strahlungskomponente gemessen, die aus der Ausbreitung des sich gegen den Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahls resultiert. Beim fünften Schritt werden die Einschluß-Charakteristiken des Ringlaser-Gyroskops aus den gemessenen Größen der ersten und zweiten Rückstreu-Strahlungskomponente bestimmt. Jeder der Meßschritte schließt einen Schritt zur Variierung der Länge des optischen Pfades ein, um mehr als einen Modus für die Differenz des optischen Pfades im Resonator zu erhalten.
Ein anderer Schritt des Verfahrens ist der Betrieb des optischen Zerhackerrads mit Öffnungen, die so angeordnet sind, daß während eines ersten Zeitintervalls der sich im Uhrzeigersinn ausbreitende Strahl zum optischen Resonator hindurchtreten kann, während die resultierende Rückstreu-Strahlungskomponente zu einer Meßeinrichtung für den sich im Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahl hindurchtritt, und daß während eines zweiten Zeitintervalls der sich gegen den Uhrzeigersinn ausbreitende Strahl zum optischen Resonator gelangen kann, während die resultierende Rückstreu-Strahlungskomponente zu einer Meßeinrichtung für den sich gegen den Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahl hindurchtritt. Ein weiterer wahlweiser Schritt des Verfahrens ist die Anzeige des Verhältnisses zwischen dem sich im Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahl und der resultierenden Rückstreu-Strahlungskomponente während eines ersten Zeitintervalls und die Anzeige des Verhältnisses zwischen dem sich gegen den Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahl und der resultierenden Rückstreu-Strahlungskomponente, während eines zweiten Zeitintervalls.
Die Lehre der Erfindung erlaubt es, die Qualität der Spiegel des Resonators 12 des Ringlaser-Gyroskops vor dem Pump- und Füllvorgang zu bestimmen. Durch die Erfindung werden weiter ein Verfahren und eine Vorrichtung zur direkten Messung und quantitativen Bestimmung der Größe der Rückstreuung im Resonator 12 im Ringlaser-Gyroskops bereitgestellt, derart, daß der Prozessor 82 in der Lage ist, die Einschluß-Charakteristiken des Ringlaser-Gyroskops genau vorherzusagen.
Es wird nun auf die Kurve in der Fig. 2, im Zusammenhang mit den unten gegebenen mathematischen Ausführungen, Bezug genommen. Fig. 2 ist für einen Strahl ausgedruckt, der sich im Uhrzeigersinn ausbreitet. Ein gleicher Ausdruck würde für einen Strahl, der sich gegen den Uhrzeigersinn ausbreitet, erzeugt werden. In der Fig. 2 repräsentiert jeder Punkt die Integration von 1000 Proben.
Folgende Begriffe werden in den Gleichungen verwendet:
ΩL ≡ Einschlußrate der Ringlaser-Gyroskops
I₁ = Leistung des Rückstreuungs-Strahls
I₂ = Leistung des sich vorwärts ausbreitenden Strahls
α = ein gemessener Verlust im optischen Resonator
c = Lichtgeschwindigkeit
SF = Skalenfaktor des Ringlaser-Gyroskops und
L = Länge des optischen Resonators.
I₁ kann aus dem Ausdruck in der Fig. 2 erhalten werden. Zuerst ist die Anzahl der Photonen pro Zeiteinheit im Photonenzählerfenster [µs] mit der Energie pro Photon zu multiplizieren. Dann ist das Ergebnis durch die Fensterzeit zu dividieren [10 µs]. Das ergibt eine Leistung (Watt). Danach ist durch den Übertragungsfaktor des Ausgangsspiegels zu dividieren, um die gesamte Rückstreuungsleistung zu erhalten. Wenn zum Beispiel der Ausgangsspiegel 10% überträgt, ist die Leistung durch 0,1 zu dividieren.
Um I₂ zu erhalten, ist die Spitzenleistung, die von den Photodioden 52 oder 54 erfaßt wird, mit dem Skalenfaktor zu multiplizieren. Danach ist dieses Ergebnis durch den Übertragungsfaktor des zugehörigen Spiegels zu dividieren.
Der gesamte Verlust im Resonator wird gemäß der konventionellen Praxis, wie bei der Bestimmung der Resonatorgüte und der Berechnung der Verluste daraus, ermittelt.
Die Einschlußrate des Ringlaser-Gyroskops 12 wird gemäß der folgenden Gleichung bestimmt:
(statischer Zustand).
Die Fig. 2 zeigt zwei Kurven, eine sinusförmige Kurve für die Rückstreuung (A) und eine "DUNKLE KURVE" (B). Die Kurve für die Rückstreuung (A) ist ein Ausdruck der Anzahl der Photonen, die in dem 10-µs-Fenster gezählt wurden, als der Resonator des Ringlaser-Gyroskops durch die Resonanz ging. Die horizontale Achse repräsentiert die Pi-Phasenspannung, die an die Spiegel 46 und 48 des Ringlaser-Gyroskops angelegt ist. Diese Spannung bewirkt, daß einer der Spiegel "herausgezogen" und der andere "eingeschoben" ist, wodurch die Pfadlänge verändert wird. Die gesamte Länge, die bei beiden Spiegeln durchlaufen wird, ist gleich. Im Ergebnis bleibt die gesamte Pfadlänge des Ringlaser-Gyroskops konstant, es erfährt jedoch ein Schenkel des Ringlaser-Gyroskops eine Längenänderung des Pfads von einer Wellenlänge. Die Änderung in der relativen Position zwischen diesen zwei Spiegeln bewirkt, daß konstruktive und destruktive Interferenzen auftreten. Das Ringlaser-Gyroskop wird vorzugsweise mit dem geringsten Einschluß betrieben, das heißt, im Minimum der Kurve (A).
Die "DUNKLE KURVE" (B) zeigt die Anzahl der Photonen an, die vom Photonenzähler gezählt wurden, wenn kein Licht von einer Laserresonanz auf den Detektor fällt. Das ist in erster Linie durch den Dunkelstrom der Photomultipler-Röhre bedingt und durch Streulicht, und weist keine Abhängigkeit von der Pi-Phasenspannung auf. Der Wert, der in der Berechnung verwendet wird, ist die Differenz zwischen der Kurve (A) und der Kurve (B).

Claims (19)

1. Vorrichtung zum Bestimmen der Größe einer Rückstreu-Strahlungskomponente eines Ringlasers, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Zuführen eines sich im Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahls zu einem Ringlaser-Resonator (12) während eines ersten Zeitintervalls und eines sich gegen den Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahls während eines zweiten Zeitintervalls, wobei der Resonator (12) eine Anzahl von Spiegeln (26, 28, 42, 44, 46, 48) zum Reflektieren der Strahlen im Resonator (12) aufweist; und Einrichtungen zum Messen der Größe einer vom sich im Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahl resultierenden Rückstreu-Strahlungskomponente, während des ersten Zeitintervalls und zum Messen der Größe einer vom sich entgegen dem Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahl resultierenden Rückstreu-Strahlungskomponente, während des zweiten Zeitintervall.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführ-Einrichtungen aufweisen:
eine Laser-Einrichtung zur Erzeugung eines primären Strahls;
einen Strahlteiler (16) zum Teilen des primären Strahls (A) in einen ersten und einen zweiten Strahl (B; C);
eine Zerhacker-Einrichtung (18) zum Hindurchtreten des ersten Strahls (B) während des ersten Zeitintervalls und zum Hindurchtreten des zweiten Strahls (C) während des zweiten Zeitintervalls; und
eine Spiegel-Einrichtung, die im Verhältnis zum Resonator (12) des Ringlasers so angeordnet ist, daß sie den ersten Strahl (B) mit einer Ausbreitungsrichtung im Uhrzeigersinn in den Resonator (12) des Ringlasers reflektiert und den zweiten Strahl (B) mit einer Ausbreitungsrichtung gegen den Uhrzeigersinn.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerhacker-Einrichtung einen Gleichspannungsmotor (20) enthält, der ein Zerhackerrad (18) besitzt, das drehbar mit diesem verbunden ist, und eine Einrichtung (38) zum Antrieb des Gleichspannungsmotors (20).
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Einrichtungen zur Steuerung der Pfadlängen im optischen Resonator (12) des Ringlasers enthält, deren Ausgänge mit den Spiegel-Einrichtungen (26, 28, 42, 44, 46, 48) so gekoppelt sind, daß jede Spiegel-Einrichtung so angetrieben werden kann, daß durch eine geeignete Ablenkung mehr als ein Modus für eine optische Pfaddifferenz erreicht wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtungen einen ersten optischen Detektor (72) für die Anzeige der Größe der Rückstreu-Strahlungskomponente, die von dem sich im Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahl resultiert, aufweisen und einen zweiten Detektor (74) für die Anzeige der Größe der Rückstreu-Strahlungskomponente, die von dem sich gegen den Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahl resultiert.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Detektoren eine Photomultipler-Röhre (72, 74) ist, die einen Ausgang zu einer Einrichtung zum Zählen der Photonen (80) aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung einen ersten optischen Detektor (72) zum Anzeigen der Größe der Rückstreu-Strahlungskomponente, die von dem sich im Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahl resultiert, aufweist und einen zweiten optischen Detektor (74) zum Anzeigen der Größe der Rückstreu-Strahlungskomponente, die von dem sich gegen den Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahl resultiert, und daß die Zerhacker-Einrichtung weiterhin während des ersten Zeitintervalls die von dem sich im Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahl resultierende Rückstreu-Strahlungskomponente zu dem ersten optischen Detektor (72) hindurchtreten läßt, und während des zweiten Zeitintervalls die von dem sich gegen den Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahl resultierende Rückstreu-Strahlungskomponente zu dem zweiten optischen Detektor (74).
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Anzeige eines Verhältnisses zwischen dem sich im Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahl und der resultierenden Rückstreu-Strahlungskomponente während eines ersten Zeitintervalls, sowie zwischen dem sich gegen den Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahl und der resultierenden Rückstreu-Strahlungskomponente.
9. Verfahren zum Bestimmen der Einschluß-Charakteristiken eines Ringlaser-Gyroskops mit einem optischen Resonator zum Definieren eines optischen Pfads, der durch eine Anzahl von Spiegeln begrenzt ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Einleiten eines sich im Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahls in einen optischen Resonator, während eines ersten Zeitintervalls;
Messen der Größe einer ersten, von dem sich im Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahl resultierenden Rückstreu-Strahlungskomponente;
Einleiten eines sich gegen den Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahls während eines zweiten Zeitintervalls;
Messen der Größe einer zweiten, von dem sich gegen den Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahl resultierenden, Rückstreu-Strahlungskomponente;
Bestimmen der Einschluß-Charakteristiken des Ringlaser-Gyroskops aus den gemessenen Größen der ersten und zweiten Rückstreu-Strahlungskomponenten.
10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch das Betreiben eines optischen Zerhackerrades (18) mit Öffnungen, die so angeordnet sind, daß sie während des ersten Zeitintervalls den sich im Uhrzeigersinn ausbreitenden und während des zweiten Zeitintervalls den sich gegen den Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahl passieren lassen.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schritt zum Messen das Zuführen der Rückstreu-Strahlungskomponente zu einem zugehörigen Strahlendetektor (72, 74) einschließt.
12. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch das Anzeigen eines Verhältnisses zwischen dem sich im Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahl und der daraus resultierenden Rückstreu-Strahlungskomponente, während eines ersten Zeitintervalls sowie das Anzeigen eines Verhältnis zwischen dem sich gegen den Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahl und der daraus resultierenden Rückstreu-Strahlungskomponente, während eines zweiten Zeitintervalls.
13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schritt zum Messen einen Schritt zum Variieren der Länge des optischen Pfades aufweist, um mehr als einen Modus der Differenz des optischen Pfades im Resonator zu erhalten.
14. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zur Bestimmung nach folgender Gleichung erfolgt: (statischer Zustand),worin sind:ΩL ≡ Einschlußrate des Ringlaser-Gyroskops
I₁ = Leistung des Rückstreuungs-Strahls
I₂ = Leistung des sich vorwärts ausbreitenden Strahls
α = Verlust im optischen Resonator
c = Lichtgeschwindigkeit
SF = Skalenfaktor des Ringlaser-Gyroskops und
L = Länge des optischen Resonators.
15. Vorrichtung zum Bestimmen der Einschluß-Charakteristik eines Ringlaser-Gyroskops mit einem optischen Resonator zum Definieren eines optischen Pfades, der durch eine Anzahl von Spiegeln begrenzt ist, gekennzeichnet durch
eine erste Einrichtung zum Einführen eines sich im Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahls in einen optischen Resonator während eines ersten Zeitintervalls;
eine erste Einrichtung zum Messen der Größe einer ersten, von dem sich im Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahl resultierenden, Rückstreu-Strahlungskomponente;
eine zweite Einrichtung zum Einführen eines sich gegen den Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahls in einen optischen Resonator, während eines zweiten Zeitintervalls;
eine zweite Einrichtung zum Messen der Größe einer zweiten, von dem sich gegen den Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahl resultierenden, Rückstreu-Strahlungskomponente und
eine Einrichtung zum Bestimmen der Einschluß-Charakteristiken des Ringlaser-Gyroskops aus den gemessenen Größen der ersten und der zweiten Rückstreu-Strahlungskomponenten.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch ein optisches Zerhackerrad (18) mit Öffnungen, die so angeordnet sind, daß während eines ersten Zeitintervalls der sich im Uhrzeigersinn ausbreitende Strahl zum optischen Resonator hindurchtreten kann, während die davon resultierende Rückstreu-Strahlungskomponente zu der ersten Meßeinrichtung gelangt, und daß während eines zweiten Zeitintervalls der sich gegen den Uhrzeigersinn ausbreitende Strahl zum optischen Resonator hindurchtreten kann, während die davon resultierende Rückstreu-Strahlungskomponente zu der zweiten Meßeinrichtung gelangt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Anzeigen eines Verhältnisses zwischen dem sich im Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahl und der resultierenden Rückstreu-Strahlungskomponente während eines ersten Zeitintervalls, sowie zwischen dem sich gegen den Uhrzeigersinn ausbreitenden Strahl und der resultierenden Rückstreu-Strahlungskomponente während eines zweiten Zeitintervalls.
18. Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Variieren der Länge des optischen Pfades, um mehr als einen Modus der optischen Pfadlänge im optischen Resonator zu erhalten.
19. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Bestimmen eine Einrichtung zum Bestimmen einer Einschlußrate des Ringlaser-Gyroskops, gemäß dem folgenden Ausdruck enthält: (statischer Zustand),worin sind:ΩL ≡ Einschlußrate der Ringlaser-Gyroskops
I₁ = Leistung des Rückstreuungs-Strahls
I₂ = Leistung des sich vorwärts ausbreitenden Strahls
α = Verlust im optischen Resonator
c = Lichtgeschwindigkeit
SF = Skalenfaktor des Ringlaser-Gyroskops und
L = Länge des optischen Resonators.
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