NL192219C - Gyrometer met ringlaser. - Google Patents

Description

1 192219

Gyroscoop met ringlaser

De uitvinding heeft betrekking op een lasergyroscoop die is voorzien van een multifrequentie-ringlaser waarvan de trilholte met ten minste vier reflectoren een gesloten voortplantingsbaan is die in twee elkaar 5 snijdende vlakken ligt en gevuld is met een gasvormig versterkingsmedium, waarbij in ten minste twee gedeelten van de voortplantingsbaan tussen een aantal elektroden met een elektrische spanning in het versterkingsmedium een ontladingsstroom wordt opgewekt welke ontladingsstroom in het ene baangedeelte en die in het andere van de twee baangedeelten tegengesteld van richting zijn, en waarbij zo in de voortplantingsbaan ten minste een rechtsom circulair gepolariseerde (RCP) golf en een linksom circulair 10 gepolariseerde (LCP) golf kunnen worden opgewekt welke golven in tegengestelde richtingen in de voortplantingsbaan rondgaan.

Een dergelijke lasergyroscoop is bekend uit de Nederlandse octrooiaanvrage 7812668. In de bekende lasergyroscoop zijn maatregelen getroffen die het Fresnel-Fizeau meesleepeffect beogen te onderdrukken met een benadering waarbij de ontladingsstroom in twee gedeelten is gesplitst door langs een baangedeelte 15 achtereenvolgens een eerste anode, een kathode en een tweede anode op te stellen. In een door de kathode en de eerste anode bepaald baangedeelte wordt een eerste elektrische ontladingsstroom opgewekt en in een door de kathode en de tweede anode bepaald baangedeelte wordt een tweede elektrische ontladingsstroom opgewekt. Deze twee ontladingsstromen zijn tegengesteld gericht waarbij de ene opgewekte golf zich voortplant in een richting die gelijk is aan die van de eerste ontladingsstroom en de 20 andere opgewekte golf zich voortplant in een richting die gelijk is aan die van de tweede ontladingsstroom en die dus tegengesteld is aan de richting van de ene opgewekte golf.

Door deze maatregelen ontmoeten de zich voortplantende resonantie-lichtgolven twee door de twee tegengesteld gerichte ontladingsstromen opgewekte gasstromingen en heeft het meesleepeffect van de eerste ontladingsstroom op de golven de neiging om het meesleepeffect van de tweede ontladingsstroom 25 op te heffen.

Een probleem bij de bekende lasergyroscoop is dat de twee tegengesteld gerichte ontladingsstromen in feite onafhankelijk van elkaar worden opgewekt en dus principieel niet een elkaar gelijk zijn. Om er voor te zorgen dat de twee onderling tegengesteld gerichte ontladingsstromen aan elkaar gelijk blijven, is voor de twee anodes een nauwkeurige elektronische stroombron vereist.

30 De uitvinding beoogt de Fresnel-Fizeau meesleepeffecten ten aanzien van de resonantie-lichtgolven te elimineren zonder gebruik te moeten maken van twee anodes en van bijbehorende nauwkeurige elektronische voorzieningen die zich buiten de trilholte van de ringlaser bevinden.

Daartoe heeft een lasergyroscoop van het in de inleiding genoemde type volgens de uitvinding het kenmerk, dat een diagonaal van de voortplantingsbaan de snijlijn van de twee vlakken volgt, en dat langs 35 deze snijlijn een veibindingskanaal ligt dat aan beide einden communiceert met de trilholte en dat zo het ene baangedeelte in het ene vlak rechtstreeks verbindt met het andere baangedeelte in het andere vlak van de twee vlakken.

Onder gebruikmaking van één anode en één kathode kan dan één enkele ontladingsstroom worden opgewekt die door het ene baangedeelte, het veibindingskanaal en het andere baangedeelte vloeit, zodat 40 de stroomsterkten in het ene baangedeelte en in het andere baangedeelte steeds aan elkaar gelijk zijn.

Voorts kan de lasergyroscoop op gunstige wijze zijn voorzien van middelen voor het verschaffen van een tweede gesloten baan voor het bieden van accommodatie aan een tweede paar van golven die zich in onderling tegengestelde richtingen voortplanten, en van een veibindingskanaal tussen de tweede gesloten baan en de eerder genoemde gesloten baan. Op deze wijze kunnen twee gesloten voortplantingsbanen in 45 één blok toe met één kathode en één anode.

De uitvinding zal in het onderstaande nader worden toegelicht met verwijzing naar de tekening. In de tekening is: figuur 1 een in perspectief getekende blokvormige, enkel-as ringlasergyroscoop als uitvoeringsvorm van 50 de uitvinding; figuur 2 een diagram ter illustratie van de operationele eigenschappen van een multi-oscillator ringlasergyroscoop zoals weergegeven in figuur 1; figuur 3 een blokschema van een multi-oscillator ringlasergyroscoopstelsel als uitvoeringsvorm van de uitvinding; 55 figuur 4 een diagram ter illustratie van het ontwerp van een vierkante ringlasergyroscoop caviteit met een enkele zelf-compenserende gasontladingsbaan; figuur 5 een diagram ter illustratie van het ontwerp van een voorkeursuitvoeringsvorm van een vierzijdige 192219 2 ringlasergyroscoopcaviteit als uitvoeringsvorm van de zelf-compenserende gasontladingsbaan; figuur 6A een schema van de gasontladingsbaan-ketenvoorzieningen van een ringlasergyroscoop en waarbij gebruik wordt gemaakt van een, een spanningsbron omvattend hulpspanningsnetwerk; figuur 6B een diagram ter illustratie van de spanningsbrongrafieken voor de gewenste en niet-gewenste 5 gasontladingsbanen waarbij een belastingslijn een te kiezen stabiel werkpunt voor de gewenste ontladings-baan aangeeft; figuur 7A een schema van de gasontladingsketenvoorzieningen van een ringlasergyroscoop en waarbij gebruik wordt gemaakt van een, een stroombron omvattend hulpspanningsnetwerk; figuur 7B een diagram ter illustratie van de spanning-stroomgrafieken voor de gewenste en niet-gewenste 10 gasontladingsbanen waarbij een belastingslijn een te kiezen stabiel werkpunt voor de gewenste ontladings-baan aangeeft; figuur 8 een diagram van een ontwerp van een vierkante ringlasergyroscoopcaviteit ter illustratie van de bekende techniek waarbij voor het vormen van twee gasontladingsbanen gebruik wordt gemaakt van twee anodes; 15 figuur 9 een perspectivische tekening van een blokvoimige tweeassige ringlasergyroscoop als uitvoeringsvorm van de uitvinding, waarbij in elk van de met elkaar verbonden ringen een enkele gasontladingsstroom vloeit van een enkele anode naar een enkele kathode; en figuur 10 een perspectivische tekening van een uitvoering waarbij in hetzelfde optische blok twee afzonderlijke voor een ringlaser dienende gesloten banen zijn gevormd en in elke niet-planaire ring de 20 uitvinding is toegepast.

In figuur 1 is weergegeven een als optisch blok 10 uitgevoerde lasergyroscoop met een anode 12, een anodeboring 13, een zich in het inwendige van een kathodecaviteit 17 bevindende kathode 14, een kathodeboring 15 en een ringvormige baan 16A, 16B, 16C, 16D, 16E en 16F voor de laserbundels zoals 25 geproduceerd door vier reflectors 18, 20, 22 en 24. Een zich tussen de reflector 20 en de reflector 24 bevindend kanaal 28 dat in serie verloopt met de laserbanen 16B en 16E, vormt een enkele zelf-compenserende gasontladingsbaan tussen de anode 12 en de kathode 14 voor een laserversterkmedium 26 dat een helium-neongasmengsel bevat. Aan een mengsel van 3He, 20Ne en 22Ne in de verhouding van 8:0,53:0,47 wordt de voorkeur gegeven, alhoewel andere mengsels even goed mogelijk zijn. De kathode-30 boring 15 vormt een verbindingsbaan tussen de ringbaansegmenten 16B en 6C en de kathode 14; de anodeboring 13 vormt een verbindingsbaan tussen de ringbaansegmenten 16E en 16F en de anode 12.

Het gyroblok 10 is bij voorkeur vervaardigd uit een materiaal met een geringe thermische uitzettingscoëf-ficiënt zoals een glaskeramisch materiaal, teneinde de effecten van temperatuurveranderingen op een lasergyroscoopstelsel tot een minimum terug te brengen. Een in de handel verkrijgbaar materiaal waaraan 35 de voorkeur wordt gegeven is verkrijgbaar onder de naam van Cer-Vit, C-101, van Owens-Illinois Company, of als alternatief Zerodur van Schott.

In de blokvormige lasergyroscoop die voor de voorkeursuitvoeringsvorm wordt gebruikt en waarin vier golven of frequenties werkzaam zijn, planten de elektromagnetische lasergolven zich langs de gesloten of in zichzelf terugkerende ringbaan 16A, 16B, 16C, 16D, 16E en 16F voort. Figuur 2 toont een grafiek die 40 illustratief is voor de door het lasermedium geïntroduceerde versterking waarbij de posities van de frequenties van de vier golven zijn aangegeven. De golven met de frequenties ^ en f4 circuleren in de kloksgewijze richting, terwijl de golven met de frequenties f2 en f3 in de anti-kloksgewijze richting circuleren. De vier golven zijn bij voorkeur circulair gepolariseerd waarbij de golven met de frequenties f1 en f2 links circulair zijn gepolariseerd (LCP) en de golven met de frequenties f3 en f4 rechts circulair zijn gepolariseerd 45 (RCP).

Zoals in figuur 1 is weergegeven, omvat de ringlaserbaan een eerste sectie met de ringsegmenten 16A, 16E en 16F die zijn aangebracht in het XZ-vlak en een tweede sectie met de ringsegmenten 16B, 16C en 16D die in het YZ-vlak zijn aangebracht. Het kanaal 28 bevindt zich bij de snijlijn van deze twee vlakken. Deze niet-planaire ring draagt inherent slechts circulair gepolariseerde golven zonder dat gebruik wordt 50 gemaakt van een kristalrotator. Door de plaatsing van de reflectors 18-24 in de ringbaan 16A-16F wordt een fasewisseling verkregen waardoor de resonantiefrequenties van de golven worden gewisseld. Het resultaat, zoals geïllustreerd in figuur 2, is dat de golven die linksom circulair zijn gepolariseerd (f1 en f2) een resonantiefrequentie bezitten die afwijkt van de resonantiefrequentie van de rechtsom circulair gepolariseerde golven (f3 en f4). Deze niet-planaire voor elektromagnetische golven werkzame ringresonator is 55 weergegeven en beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 4.110.045.

Zoals in figuur 3 is weergegeven, is een Faraday rotator 30 opgenomen in één segment van een ringlaser en wel tussen de reflectors 18 en 20. Deze niet-reciproke magneto-optische inrichting introduceert 3 192219 voor golven, ongeacht in welke richting zij circulair zijn gepolariseerd, en die zich kloksgewijs voortplanten, een fasevedragende hulpspanning die verschilt van die voor golven van soortgelijke polarisatie en die zich anti-kloksgewijs voortplanten. De combinatie van de reflectors 18-24 en de Faraday rotator 30 is zodanig dat de ringsresonator golven draagt met oscilleerfrequenties zoals weergegeven in figuur 2. Echter zijn 5 andere voorzieningen mogelijk om dezelfde resultaten als die van de Faraday rotator te verkrijgen. Een voorbeeld van dergelijke voorzieningen waarbij gebruik wordt gemaakt van het Zeeman-effect is beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 4.229.106.

De zich in de lasergyroscoop bevindende optische baan 16A-16F is in figuur 3 weergegeven met de verbindingen met de bij de lasergyroscoop behorende perifere elektronische en optische middelen. De 10 hoogspanningsvoeding 34 vormt een hoge negatieve spanning op de kathode 14 en een hoge negatieve spanning op de piezo-elektrische aandrijver 38. De in de anodeleiding 12 opgenomen elektronische ontladingsbesturingsmiddelen 36 regelen de stroom die vanaf de anode vloeit naar de kathode, op een vaste en constante waarde; verschillende gyroblokken vereisen verschillende kathodestroomwaarden afhankelijk van de optische verliezen die binnen het desbetreffende gyroblok worden geïntroduceerd.

15 Het baanlengtebesturingsstelsel is een teruggekoppeid netwerk dat binnen de caviteit van de gyro een consistente en optimale optische baanlengte handhaaft. Het netwerk omvat een detectorvoorversterker 42, een baanlengte-besturingsinrichting 40 en een hoogspannings-piëzo-elektrische aandrijfinrichting 38 omvattende elektronica. De optische baanlengte wordt geregeld door middel van een reflector 22, die is gemonteerd op een piëzo-elektrische transducent (PZT) 31. De hoogspanningsaandrijver voedt de PZT 31 20 met een aangelegde spanning met een grootte in het gebied vanaf 0 tot 400 volt. Aangezien stabiele werkpunten of modi zijn gegeven door baanlengte-intervallen overeenkomende met de helft van de lasergolflengte, zal de modus die zich het dichtst bevindt nabij het midden van het dynamische gebied van de transducent, normaliter worden gekozen als een permanent werkpunt. De detectorvoorversterker 42 maakt een scheiding tussen de wisselstroomsignalen en de gelijkstroomsignalen die vanaf de optische 25 uitgangsmiddelen 32 worden ontvangen. De gelijkstroomsignalen worden gebruikt voor de baanlengte-besturing. De wisselstroomsignalen zijn sinus-golven die het uitgangssignaal van de gyro voorstellen en deze signalen worden overgedragen naar de signaalprocessor 44 waar zij worden omgezet in twee digitale pulsstromen (f1—f2 en f3-f4) waarbij voor elke cyclus die voorkomt in de aankomende spanningsgolfvormen, een puls wordt geproduceerd. De baanlengtebesturingsinrichting is volledig beschreven in het Amerikaanse 30 octrooischrift 4.108.553.

De optische uitgangsmiddelen 32 onttrekken een gedeelte van elke bundel die binnen de lasercaviteit circuleert, teneinde de twee uitgangssignalen f,-f2 en f3-f4 te produceren, waarbij elk van deze signalen representatief is voor het frequentieverschil tussen de paren van golven die binnen de caviteit in dezelfde zin circulair zijn gepolariseerd en zoals is weergegeven in figuur 2. De uitgangsreflector 18 is aan de ene 35 zijde voorzien van een doorlatende deklaag en aan de andere zijde voorzien van een als bundelsplitser werkzame deklaag. De beide deklagen zijn van een gestandaardiseerd type waarin gebruik is gemaakt van een kwartgolflengte-stapels van Ti02 en Si02. De als bundelsplitser werkzame deklaag laat de helft van de invallende intensiteit door een reflecteert de andere helft. Een retroreflecterend prisma wordt gebruikt om de twee bundels om te zetten. Dit rechthoekige prisma is gemaakt van gesmolten kwarts en heeft verzilverde 40 reflecterende vlakken. Teneinde bij een reflectie een minimale fasefout te introduceren, is gebruik gemaakt van een diëlektrische deklaag tussen het zilver en het gesmolten kwarts. Teneinde de in elke bundel aanwezige vier frequenties te scheiden, is gebruik gemaakt van een kwartgolflengteplaat gevolgd door schermvormige polarisators. Teneinde de gewenste invalshoek te verkrijgen, is gebruik gemaakt van een wig tussen het retroreflecterende prisma en het kwartsgolflengteplaatje. Een fotodiode-afdekglas (aan een 45 zijde bedekt met een anti-reflecterende laag) en een fotodiode-pakket completeren de optische uitgangsmiddelen 32. Als kleefmiddel en teneinde reflecties tot een minimum terug te brengen is gebruik gemaakt van optisch cement (dat onder toepassing van ultraviolette lichtstraling wordt gehard) tussen de verschillende koppelvlakken. De optische uitgangsmiddelen zijn volledig beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 4.141.651.

50 De dispersie van het laserversterkmedium beïnvloedt het gedrag van een ringlasergyroscoop door statische effecten en met een bewegend medium samenhangende effecten. Statische effecten ten aanzien van baanlengtebesturing en temperatuurgevoeligheden van ringlasergyrohulpspanning als gevolg van dispersie, kunnen worden geëlimineerd door een geschikte keuze van een neonisotroopmengsel en een werkpunt van een voor baanlengtebesturing toegepaste intensiteit-misaanpassingsservobesturing. Het 55 meest belangrijke bewegend mediumeffect ontstaat door de door gelijkstroom geëxciteerde helium-neon gasontlading als gevolg waarvan frequentieverschuivingen ontstaan in de laserresonantie, hetgeen wordt aangeduid als Fresnel-Fizeau meesleep (FF-meesleep). Dit FF-meesleepeffect ontstaat als gevolg van het 192219 4 verschijnsel van Langmuirstroming, waarbij de zware ionen in een plasma sterker zijn gekoppeld met de wanden van een gasontladingsbuis dan het geval is met de elektronen, hetgeen resulteert in een netto gasstroming in het midden van de buis en gaande naar de kathode en een terugwaarts gerichte stroming langs de wanden die in de tegengestelde richting vloeit.

5 Door de onderhavige uitvinding komt, zoals in figuur 1 is weergegeven, in het gyroblok 10 een extra baan of kanaal 28 beschikbaar, waardoor een een geringe weerstand bezittende, zelfcompenserende, gasontladingsstroombaan, genoemd de Z-baan 16E, 28 en 16B is gevormd. De Z-baan omvat twee segmenten 16B en 16E van de lasem'ngbaan die in serie zijn verbonden met het kanaal 28. Zoals in figuur 3 is weergegeven, blijkt dat door genoemde Z-baan een enkele elektrische ontladingsstroom I vloeit in 10 dezelfde en tegengestelde richtingen met betrekking tot de lasergolven, hetgeen resulteert in het elimineren van het Fresnel-Fizeau meesleepeffect.

Zoals is weergegeven in figuur 4 waarin een vierkante-ringlasergyro schematisch is weergegeven, bestaan daarbij drie mogelijke ontladingsstroombanen die elektrisch parallel met elkaar zijn verbonden tussen de anode 12 en de kathode 14. Het zijn de banen BCE, AGF en ADE. In de situatie waarin C = G 15 en A = E, geldt dat BCE = AGF en de elektrische eigenschappen van BCE dezelfde zullen zijn als die van AGF. Daardoor zal de ontlading moeten plaatsvinden langs de gewenste baan ADE en niet langs een ongewenste baan zoals BCE (of AGF). Indien gedurende het begin van de ontlading slechts een van deze banen doorslaat, kan die baan stabiel worden gemaakt door een juist ontwerp van een externe hulp-spanningsketen. Indien zowel de gewenste baan als wel de ongewenste baan doorslaan, kan door de 20 externe hulpspanningsketen de baan met de laagste weerstand worden gekozen, vooropgesteld dat de weerstanden van deze banen in voldoende mate verschillend zijn. Aan dit weerstandsvereiste kan worden voldaan door een geëigende keuze van de geometrie van de gewenste ontladingsbaan, zoals de baan-boringsdiameters en lengten.

Aan het weerstandsvereiste kan onder de volgende voorwaarden worden voldaan: laat r gelijk zijn aan 25 een gewichtscoefficiënt die afhangt van de geometrie van het baansegment D met betrekking tot die van de zijde C waarbij de weerstandswaarde van D met betrekking tot de weerstandswaarde van de zijde C is gewogen zodanig dat geldt C = rD. Aan de voorwaarde dat de weerstand van een gewenste ontladingsbaan kleiner is dan die van een niet-gewenste ontladingsbaan wordt voldaan, indien geldt dat A + rD + E<B + C + E; 30 aangezien C = A + B = C-A, geldt dan A + rD + E<C-A + C + Eof A + rD + E < 2C + E - A; indien A = E geldt dat 2A + rD < 2C; 35 indien D zodanig is dat r = 1 A^2 en substituerende voor r en D waarbij geldt dat D = C/r, geldt dan 2A + 1 /V2 (Vj? C) en 2A + C < 2C; hetgeen resulteert in de randvoorwaarde 2A = C.

40 Figuur 5 geeft een schema van een ruitvormige, gelijkzijdige ringlasergyroconfiguratie. De lengte van de ontladingsbaan die voldoet aan de in het voorafgaande genoemde gewenste voorwaarde, is als volgt: A + rD + E<B + C + E; indien A = EenB = C- A dan geldt A + rD + A<C-A + C + E 45 2A + rD < 2C;

en indien r = 1 A^2 en D = C/r geldt dat 2A + 1/V2(V2C) <2C

of 2A = C, hetgeen dezelfde randvoorwaarde is als die welke geldend is voor de vierkante gyroconfiguraties zoals is weergegeven in figuur 4. Bij de configuratie volgens figuur 5 kan D echter korter worden gemaakt 50 dan een zijde C, zodat de weerstand van D gelijk aan of kleiner dan de weerstand van C kan worden gemaakt, hetgeen het mogelijk maakt om de lengte van de ringsegmenten A en E te vergroten teneinde de voordelen van lase(versterking te vergroten, terwijl een totale weerstand wordt aangehouden die kleiner is dan de weerstand van de ongewenste baan. Een hulpspanningsketen voor de ontladingsbaan is weergegeven in figuur 6A. Het een spanningsbron omvattende hulpspanningsnetwerk 90 omvat een hulpspannings-55 bron Vs die in serie is verbonden met een stroomblokkerende diode D1 en een hulpspanningsweerstand Rb die is verbonden met de anode 12 van een ontladingsinrichting. Een startspanningsbron Vs is in serie verbonden met de ene zijde van een schakelaar S., en de andere zijde van die schakelaar is verbonden met 5 192219 een stroomblokkerende diode D2 die in serie is verbonden met de weerstand Rs. De andere aansluiting van de weerstand Rs is eveneens veibonden met de anode 12. De kathode 14 van de ontladingsinrichting is verbonden met de negatieve aansluiting van de beide spanningsbronnen Vb en Vs. In de figuren zijn twee mogelijke ontladingsbanen A en B tussen de anode 12 en de kathode 14, samen met hun bijbehorende 5 stroombronnen lA en lB weergegeven. A is de gewenste ontladingsbaan en B is de ongewenste ontladings-baan. De geometrische relaties voor de ontladingsbanen zijn zodanig dat hun desbetreffende spanning-stroom (V-l) karakteristieke relaties hebben zoals is weergegeven in figuur 6B.

Met verwijzing naar figuur 6A wordt opgemerkt dat indien geen ontlading aanwezig is voor t<0 en aannemende dat de startspanningsbron Vs sterk genoeg is om doorslag in de beide banen A en B teweeg 10 te brengen, op het tijdstip t = 0 wanneer de schakelaar wordt gesloten, de beide banen zullen doorslaan waarbij de resulterende ontladingsstroom zal worden geleverd door zowel Vs en Vb. Beide ontladingsbanen A en B zijn werkzaam bij dezelfde ontladingsspanning Vd waarbij geldt dat lb + ls = lA + lB- Wanneer de schakelaar wordt geopend zal de gewenste ontladingsbaan in stand worden gehouden door de hulp· spanningsbron Vb en de hulpspanningsweerstand Rb indien de belastingslijn voor deze hulpspanningsketen 15 de V-l grafiek voor de baan A in figuur 6B snijdt in een stabiel werkpunt. In figuur 6B zijn twee V-l grafieken weergegeven voor de banen A en B samen met belastingslijnen voor de start- en huipspanningsnetwerken. Het vereiste voor stabiliteit van de resulterende keten is dat de hulpspanningsbelastingslijn de de de V-l grafiek moet snijden in een punt waarbij geldt Rb + > 0, waarin ^j- de helling is van deV-l grafiek 2Q in het snijpunt. Met de keten volgens figuur 6A ontstaat een stabiele ontlading wanneer de werking is gegeven door het in figuur 6B getekende punt P waarbij de ontladingsstroom gelijk is aan ”i’’ en de ontladingsspaningsval gelijk is ”e”. De belastingslijn snijdt de grafiek B niet; zulks betekent dat in deze ongewenste baan geen ontlading in stand kan worden gehouden.

Het in figuur 6A weergegeven, een spanningsbron omvattende hulpspanningsnetwerk 90 kan worden 25 vervangen door een, een stroombron omvattend hulpspanningsnetwerk 92 dat is weergegeven in figuur 7A. Een, een stroombron omvattend hulpspanningsnetwerk verdient de voorkeur voor een fasergyro teneinde de stroom die door de laserbaan vloeit te regelen. Dit hulpspanningsnetwerk omvat een spanningsbron Vb die in serie is verbonden met een parallelcombinatie bestaande uit een zenderdiode Vz en een niet-ideale stroombronketen 94 die wanneer deze in bedrijf is binnen zijn dynamisch gebied, een constante stroom lcs produceert. Vz begrenst de maximumspanning over de stroombron tot een veilige waarde. De in serie met de stroombron verbonden diode D, dient voor een blokkering van stroom die in de keerrichting vloeit. De in serie met de schakelaar S1 en de weerstand Rs verbonden spanningsbron Vs levert de startspanning voor de ontladingsinrichting. De in serie met de weerstand Rs verbonden diode D2 is een andere, keerrichtings-stroom blokkerende diode en de weerstand R„ fungeert als een hulpspanningsweerstand die de juiste 35 operationele belastingslijn definieert. Het dynamische gebied van de, een stroombron omvattende hulpspanningsketen 92 is gegeven door (V., - V2), zoals weergegeven in figuur 7B. Buiten het dynamische gebied dat voor de stroombron geldt, met andere woorden voor een spanning groter dan Vn of kleiner dan V2, lijkt de hulpspanningsketen op een spanningsbron en kan worden benaderd door een spanning die in serie is verbonden met de hulpspanningsweerstand Rb. De in figuur 7A weergegeven hulpspanningsketen 4q zal voor de gewenste ontladingsbaan A na de startsequentie een stabiele werking geven bij het punt Q.

Figuur 8 is illustratief voor een bekende oplossing voor het elimineren van Fresnel-Fizeau meesleep-effecten onder gebruikmaking van twee anodes 60 en 62 en een kathode 64. Voor het handhaven van gelijkheid van de elektrische ontladingsstromen IA1 en lA2 in elke anodekathodebaan is een nauwkeurige elektronische stroombron vereist. Deze stromen dienen nauwkeurig te zijn aangepast ten aanzien van de 45 temperatuur. De zich kloksgewijs en anti-kloksgewijs voortplantende lichtgolven nemen steekproeven van de beide gasstromingen zoals teweeggebracht door de ontladingsstromen IA1 en lA2. Aangezien de stromen in elke anode-kathodebaan in tegengestelde richting vloeien met betrekking tot de richtingen waarlangs de lichtgolven zich voortplanten, heeft het FF-meesleepeffect van de ene de neiging om het FF-meesleepeffect van de andere te elimineren. De onderhavige uitvinding geeft echter de verbetering dat twee nauwkeurig 50 aan elkaar aangepaste stromen niet vereist zijn, terwijl slechts de helft van de totale stroom (Ia1+Ia2) nodig is om dezelfde optische versterking te verkrijgen voor een ringlasergyro. Zoals is weergegeven in figuur 5 bestaat slechts één ontladingsstroombaan 16E, 28 en 16B, de Z-baan, die is samengesteld uit de segmenten A + D + E. Deze verbetering ten aanzien van een verlaagde kathodestroom betekent dat de grootte van het kathode-oppervlak tot de helft kan worden teruggebracht, waardoor de constructie van de 55 kathode kan worden verkleind, zodat een kleiner optisch lasergyrosamenstel of blok mogelijk is.

Met verwijzing naar figuur 9 wordt opgemerkt dat de oplossing waarbij gebruik wordt gemaakt van de zelfcompenserende Z-baan-ontladingsstroom, tevens de mogelijkheid biedt om het aantal elektrodes dat

Claims (3)

192219 6 voor een multi-asgyno is vereist, te verkleinen. Zoals bijvoorbeeld is weergegeven in figuur 9, wordt voor een 2-assige ruitvormige gelijkzijdige ringlasergyroconfiguratie in een enkele blokstruktuur 70 gebruik gemaakt van één anode en één kathode. Een eerste laserring 16A, 16F met de Z-baan 16E, 28, 16A volgens figuur 1, bevindt zich in het gyroblok 70 zoals is weergegeven in figuur 9, te zamen met een tweede laserring die 5 is gedefinieerd door de ringsegmenten 80A, 80B, 80C, 80D, 80E en 80F die eveneens een Z-baan· ontladingsstroom heeft die is gedefinieerd door de ringsegmenten 80B en 80E die in serie zijn verbonden met het kanaal 82. In genoemde laserringbanen is een laserversterkingsmedium 26 met een heliumneon-gasmengsel als in het voorafgaande beschreven, opgenomen. Het blok 70 met genoemde eerste ring en met genoemde tweede ring, omvat slechts één anode 84 te zamen met een anodeboring 85 en één 10 kathode 14 in het inwendige van een kathodecaviteit 17, en een kathodeboring 15. Via een extra boring 86 is een doorverbindingsbaan gevormd tussen genoemde eerste ring en genoemde tweede ring, waardoor een enkele ontladingsstroom vanaf de anode 84 en via de ontiadingsbanen 85, 80E, 82, 80B, 86,16E, 28, 16B en 15 kan vloeien naar de kathode 14. Genoemde tweede ring 80A-80F bevat vier reflectors 72, 74, 75 en 78 dienende om in genoemde tweede ringbaan lasergolven te produceren. Tevens omvat deze ring 15 een magneto-optische inrichting (niet weergegeven) zoals een Faradayrotator zoals in het voorafgaande werd beschreven in verband met genoemde eerste ring. In genoemde tweede laserring 80A-80F wordt het FF-meesleepeffect geëlimineerd door de ontladingsstroom die vanaf de anode 84 via de laserbaan-segmenten 80E en 80B en in richtingen die tegengesteld zijn met betrekking tot de richting waarin de lichtgolven zich in deze segmenten voortplanten, vloeit naar de kathode 14, welke ontladingsstroom 20 voldoende is om de optische versterking in elke ring binnen de twee-assige ringlasergyro in stand te houden. De belangrijke verbetering die wordt verkregen door het gebruik van een enkele ontladings-stroombaan in een meer-assig gyroblok, is daarin te zien dat in een gyroblok waarvan de maat gelijk is aan die van een gyroblok voor een enkel-assige ringlaser, ten minste twee ringen kunnen worden ondergebracht, en de grootte van de kathode dezelfde kan zijn als die welke is gebruikt in genoemd enkel-assig 25 lasergyroscoop. Zoals in figuur 10 is geïllustreerd zijn in een enkele blokstruktuur 100 twee onafhankelijke niet-planaire lasergyroringen ondergebracht. Dit gyroblok is soortgelijk aan het in figuur 1 weergegeven gyroblok met slechts één laserring 16A, 16F, met dié uitzondering dat in het blok een tweede onafhankelijke laserring 110A-110F is opgenomen met vier reflectors 102, 104, 106, 108, een anode 114, een anodeboring 116, 30 een kathode 118 en een kathodeboring 120. Bovendien bezit genoemde tweede laserring een Z-baan-ontladingsstroom tussen de anode 114 en de kathode 118, zoals gedefinieerd door de ringsegmenten 110B en 110E, die in serie is verbonden met het kanaal 112. Tevens is in genoemde tweede ring een laserversterkingsmedium 122 aangebracht dat zoals in het voorafgaande is beschreven een mengsel van helium-neongas omvat. 35 De multi-frequentiewerking van elke in figuur 10 weergegeven ringlaser is dezelfde als die in het voorafgaande werd beschreven voor de enkele ringlaser volgens figuur 1. Alhoewel niet is weergegeven in figuur 10, is een niet-reciproke magneto-optische inrichting, zoals een Faraday-rotator 30 volgens figuur 3 die in het voorafgaande is beschreven, een element dat voor elk van de van de ringlaser deel uitmakende gesloten banen, die zijn weergegeven in figuur 10, nodig is en dat voor de gemiddelde vakman op dit 40 gebied bekend is. Een voordeel van een gyroblok met twee onafhankelijke ringlasers, zoals weergegeven in figuur 10, in vergelijking met een gyroblok met twee ringlasers die met elkaar zijn verbonden ten behoeve van een enkele ontladingsstroom en waarbij slechts één anode en één kathode zoals weergegeven in figuur 9 zijn vereist, is daarin te zien dat door toepassing van een redundantie een hogere betrouwbaarheid is verkregen. 45

1. Lasergyroscoop die is voorzien van een multifrequentieringlaser waarvan de trilholte met ten minste vier 50 reflectoren een gesloten voortplantingsbaan is die in twee elkaar snijdende vlakken ligt en gevuld is met een gasvormig versterkingsmedium, waarbij in ten minste twee gedeelten van de voortplantingsbaan tussen een aantal elektroden met een elektrische spanning in het versterkingsmedium een ontladingsstroom wordt opgewekt welke ontladingsstroom in het ene baangedeelte en die in het andere van de twee baangedeelten tegengesteld van richting zijn, en waarbij zo in de voortplantingsbaan ten minste een rechtsom circulair 55 gepolariseerde (RCP) golf en een linksom circulair gepolariseerde (LCP) golf kunnen worden opgewekt welke golven in tegengestelde richtingen in de voortplantingsbaan rondgaan, met het kenmerk, dat een diagonaal van de voortplantingsbaan de snijlijn van de twee vlakken volgt, en dat langs deze snijlijn een 7 192219 verbindingskanaal (28) ligt dat aan beide einden communiceert met de trilholte (16A, 16B, 16C, 16D, 16E, 16F) en dat zo het ene baangedeelte (16B) in het ene vlak (YZ) rechtstreeks verbindt met het andere baangedeelte (16E) in het andere vlak (XZ) van de twee vlakken.

2. Lasergyroscoop volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat voor het opwekken van de ontladingsstroom 5 kan worden volstaan met twee elektroden, een anode (12) voor het ene baangedeelte en een kathode (14) voor het andere baangedeelte.

3. Lasergyroscoop volgens conclusie 1 en 2, gekenmerkt door middelen voor het verschaffen van een tweede gesloten baan (80A-80F) voor het bieden van accommodatie aan een tweede paar van golven die zich in onderling tegengestelde richtingen voortplanten; en door een verbindingskanaal (86) tussen de 10 tweede gesloten baan (80A-80F) en de eerder genoemde gesloten baan (16A-16F). Hierbij 6 bladen tekening