NO152272B

NO152272B - RLG

Info

Publication number: NO152272B
Application number: NO791638A
Authority: NO
Inventors: Virgil E Sanders
Original assignee: Litton Systems Inc
Priority date: 1978-05-26
Filing date: 1979-05-16
Publication date: 1985-05-20
Also published as: FR2426887A1; GR66808B; SE448320B; ES479075A1; IL56658A; CA1125895A; IT7948410A0; SE7902823L; NO152272C; AU4398179A; BR7901915A; CH645718A5; JPS596520B2; BE874859A; DE2920429A1; IT1115066B; NL181953B; FR2426887B1; AU521186B2; DK215579A

Description

Oppfinnelsen angår et ringlasergyroskop omfattende The invention broadly relates to a ring laser gyroscope

et ringlaserlegeme med reflekterende flater som avgrenser en sluttet optisk bane, hjelpemidler for å frembringe og opprettholde minst to i motsatt retning forplantende primære resonansmodi i banen, og hjelpemidler for å bearbeide svevefrekvenssignalet mellom primærmodiene for frembringelse av signaler som representerer vinkelbevegelsen av ringlaserlegemet, om dens f ølsomhetsakse. a ring laser body with reflective surfaces defining a closed optical path, means for generating and maintaining at least two oppositely propagating primary resonant modes in the path, and means for processing the hover frequency signal between the primary modes to generate signals representing the angular motion of the ring laser body, if its f alcoholism axis.

Ringlasergyroskop som anvender i motsatt retning utbredende laserstråler er vel kjent. Disse er anvendt for måling av rotasjon av ringlasergyroskopet ved kombinasjon av deler av de i motsatt retning forplantende modi for å utlede en svevefrekvens som representerer frekvensdifferensen mellom disse modi. Uttrykket modus anvendes i denne forbindelse på Ring laser gyroscopes that use laser beams propagating in the opposite direction are well known. These are used to measure the rotation of the ring laser gyroscope by combining parts of the modes propagating in the opposite direction to derive a hover frequency that represents the frequency difference between these modes. The term mode is used in this connection on

en bølge, nemlig en i resonans forplantende bølge med strålings-energi i et ringlaserhulrom. Når ringlaserlegemet roterer om en akse med en komponent vinkelrett på ringlaserens plan, vil frekvensen av bølgene som forplantes i en retning i hulrommet øke mens frekvensen av bølgen som forplanter seg i den motsatte retning vil avta. Denne endring i frekvens mellom de i motsatt retning forplantende modi resulterer i en endring av svevefrekvensen som er proporsjonal med rotasjonshastigheten. a wave, namely a resonantly propagating wave with radiation energy in a ring laser cavity. When the ring laser body rotates about an axis with a component perpendicular to the plane of the ring laser, the frequency of the waves propagating in one direction in the cavity will increase while the frequency of the wave propagating in the opposite direction will decrease. This change in frequency between the oppositely propagating modes results in a change in the hover frequency that is proportional to the rotational speed.

Ved å overvåke svevesignalet kan det utledes informasjon om rotasjonshastigheten av ringlaseren. By monitoring the hover signal, information can be derived about the rotation speed of the ring laser.

Hvis imidlertid ringlasergyroskopet utsettes for If, however, the ring laser gyroscope is subjected to

meget lav rotasjonshastighet må frekvensinnlåsning overvinnes. Dette fenomen opptrer når to i motsatt retning forplantende bølger i resonanshulrommet har meget liten frekvensforskjell og trekker hverandre mot en stående bølge med en enkelt frekvens. very low rotation speed, frequency locking must be overcome. This phenomenon occurs when two waves propagating in the opposite direction in the resonant cavity have a very small frequency difference and pull each other towards a standing wave with a single frequency.

Resultatet av dette er at ringlasere med liten rotasjonshastighet hvor frekvensdifferensen mellom de to i motsatt retning forplantende modi er meget liten, vil disse trekkes mot hverandre slik at svevefrekvensen ikke endres og gyroskopet blir ufølsomt for små rotasjonshastigheter. Virkningen av slik innlåsning er beskrevet i detalj i Laser Applications, redigert av Monte Ross, Academic Press, Inc., The result of this is that ring lasers with a low rotation speed, where the frequency difference between the two modes propagating in the opposite direction is very small, will be drawn towards each other so that the hover frequency does not change and the gyroscope becomes insensitive to low rotation speeds. The effect of such lock-in is described in detail in Laser Applications, edited by Monte Ross, Academic Press, Inc.,

New York, 1971, i artikkelen "The Laser Gyro" av Frederick. Aronowitz, side 133-200. New York, 1971, in the article "The Laser Gyro" by Frederick. Aronowitz, pages 133-200.

Det er vel kjent at hovedgrunnen til innlåsningen It is well known that the main reason for the lock-in

er en kopling mellom spredningsenergi for hver av bølgene i retning mot hverandre. Denne innbyrdes påvirkning er forklart i detalj i den ovenfor nevnte artikkel, side 148-153- is a coupling between scattering energy for each of the waves in opposite directions. This mutual influence is explained in detail in the above-mentioned article, pages 148-153-

I grove trekk er differensfrekvensen mellom to i motsatt retning forplantende bølger i en ringlaser bestemt ved uttrykket : Roughly speaking, the difference frequency between two waves propagating in opposite directions in a ring laser is determined by the expression:

ty = a + b sin ty ty = a + b sin ty

hvor. ty er fasedifferensen i øyeblikket mellom de i motsatt retning forplantende bølger, a er proporsjonal med rotasjonshastigheten av ringlaseren og b er proporsjonal med størrelsen av spredningsenergien fra de to bølger. I det tilfelle hvor a er mindre enn b vil svevefrekvensen være lik null og ringlaseren befinne seg i innlåst tilstand. Av den grunn må where. ty is the phase difference at the moment between the waves propagating in the opposite direction, a is proportional to the rotation speed of the ring laser and b is proportional to the magnitude of the scattering energy from the two waves. In the case where a is less than b, the hover frequency will be equal to zero and the ring laser will be in a locked state. For that reason must

a gjøres større enn b. a is made greater than b.

En måte å eliminere innlåsning på er å sette ringlaserlegemet i mekaniske svingninger. Slike svingninger blir overlagret gyroskopets omdreiningshastighet, slik at største-delen av tiden vil a være større enn b, slik at virkningen av b minskes eller elimineres. One way to eliminate lock-in is to set the ring laser body into mechanical oscillations. Such oscillations are superimposed on the rotational speed of the gyroscope, so that for most of the time a will be greater than b, so that the effect of b is reduced or eliminated.

En annen måte å minske virkningen av innlåsning på er retningspåvirkning av det magnetiske felt av en Faradaycelle som er anbragt inne i ringlaserbanen. Inne i ringlaserhulrommet blir de lineært polariserte laserbølger omformet til sirkulært polarisert lys hvis vektor roterer i samme retning som viklingene i Faradaycellen. De sirkulært polariserte lysbølger påvirkes av magnetfelt når de passerer gjennom Faradaycellen og en økning eller minskning i den optiske banelengde opptrer, avhengig av retningen av feltet og den retning i hvilken bølgene forplantes. Efter å ha forlatt Faradaycellen vil det sirkulært polariserte lys bli omformet tilbake til lineært polarisert lys. Ved å svinge strømmen i Faradaycellens vikling vil magnetfeltet svinge tilsvarende og variere den optiske banelengde for de i motsatt retning forplantende bølger på ikke resiprok måte. Dette kan også anvendes for å gjøre a større enn b i det ovenfor nevnte uttrykk, slik at virkningen av innlåsningen minskes. En slik magnetisk påvirkning i en Faradaycelle er forklart i den ovenfor nevnte artikkel, side 157-159. Another way to reduce the effect of lock-in is directional influence of the magnetic field by a Faraday cell placed inside the ring laser path. Inside the ring laser cavity, the linearly polarized laser waves are transformed into circularly polarized light whose vector rotates in the same direction as the windings in the Faraday cell. The circularly polarized light waves are affected by magnetic fields when they pass through the Faraday cell and an increase or decrease in the optical path length occurs, depending on the direction of the field and the direction in which the waves are propagated. After leaving the Faraday cell, the circularly polarized light will be transformed back into linearly polarized light. By fluctuating the current in the winding of the Faraday cell, the magnetic field will fluctuate accordingly and vary the optical path length of the waves propagating in the opposite direction in a non-reciprocal manner. This can also be used to make a greater than b in the above-mentioned expression, so that the effect of the lock-in is reduced. Such a magnetic influence in a Faraday cell is explained in the above-mentioned article, pages 157-159.

De ovenfor nevnte måter for å motvirke innlåsning er passive, dvs. de er ikke avhengige av aktivt laserforsterkende media. Véd disse måter er virkningen på de forplantende bølger i en retning i laserbanen lik og motsatt virkningen av bølger som forplanter seg i motsatt retning. The above-mentioned ways to counteract lock-in are passive, i.e. they do not depend on active laser amplifying media. In these ways, the effect on the propagating waves in one direction in the laser path is equal and opposite to the effect of waves propagating in the opposite direction.

De to motsatt rettede resonansbølger i et ringlaserhulrom, som kombineres for å utlede rotasjonsinformasjon er betegnet primærmodi. Hensikten med oppfinnelsen er å minske innlåsningen mellom disse primærmodi. The two oppositely directed resonant waves in a ring laser cavity, which combine to derive rotational information are termed primary modes. The purpose of the invention is to reduce the locking between these primary modes.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved hjelpemidler for å frembringe og opprettholde minst en sekundær forplantende resonansmodus i banen for å minske innlåsningseffekten mellom primærmodiene. This is achieved according to the invention by aids to produce and maintain at least one secondary propagating resonance mode in the path to reduce the locking effect between the primary modes.

I et ringlasergyroskop, hvor et elektrisk ladet gassplasma anvendes for å frembringe og forsterke primær- og sekundærmodiene, og hvor sekundærmodiene er koplet med primærmodiene for å minske innlåsningseffekten mellom primærmodiene, er det ifølge oppfinnelsen anordnet hjelpemidler for å regulere lengde av den optiske bane slik at minst to svakere i motsatt retning forplantende sekundærmodi og minst to sterkere i motsatt retning forplantende primærmodi, frembringes og forsterkes i gassplasmaet. In a ring laser gyroscope, where an electrically charged gas plasma is used to produce and amplify the primary and secondary modes, and where the secondary modes are coupled with the primary modes in order to reduce the lock-in effect between the primary modes, aids are arranged according to the invention to regulate the length of the optical path so that at least two weaker secondary modes propagating in the opposite direction and at least two stronger primary modes propagating in the opposite direction are produced and amplified in the gas plasma.

Ved et ringlasergyroskop hvor det frembringes minst With a ring laser gyroscope where it is produced the least

en sekundærmodus som minsker innlåsningsvirkningen mellom primærmodiene, er det ifølge oppfinnelsen utenfor ringlaserlegemet anordnet kilde for en sekundærmodus med frekvens forskjellig fra primærmodiene og en innretning for innføring av den eller de sekundære modi i banen. a secondary mode which reduces the lock-in effect between the primary modes, according to the invention a source for a secondary mode with a frequency different from the primary modes and a device for introducing the secondary mode or modes into the path is arranged outside the ring laser body.

Ved et ringlasergyroskop hvor det er anordnet hjelpemidler for å frembringe og opprettholde minst en sekundærmodus og omfatter en innretning for å ta ut en del av minst en av primærmodiene fra den sluttede bane, blir det ifølge oppfinnelsen i banen anordnet en innretning for å endre svingefrekvensen av den uttatte del, og det er anordnet en innretning for å inn-føre den uttatte del med endret frekvens i banen igjen. In the case of a ring laser gyroscope where aids are arranged to produce and maintain at least one secondary mode and includes a device for removing part of at least one of the primary modes from the closed path, according to the invention, a device is arranged in the path to change the oscillation frequency of the removed part, and a device is arranged to introduce the removed part with a changed frequency into the path again.

Fortrinnsvis kan det være anordnet hjelpemidler for å endre lengden av den optiske bane og dermed frekvensen av primærmodiene . Preferably, aids can be arranged to change the length of the optical path and thus the frequency of the primary modes.

Oppfinnelsen skal nedenfor forklares nærmere under henvisning til tegningene. The invention will be explained in more detail below with reference to the drawings.

Figur 1 viser skjematisk en første utførelsesform av Figure 1 schematically shows a first embodiment of

et ringlasergyroskop ifølge oppfinnelsen med to sterke primærmodi og to svakere sekundærmodi. a ring laser gyroscope according to the invention with two strong primary modes and two weaker secondary modes.

Figur 2 og 3 viser hvorledes den optiske frekvens for resonanshulrommet kan avstemmes, slik at resonansbølgene arbeider som ønsket. Figur 4 viser hvorledes forstemning av laserhulrommet muliggjør at svakere sekundærmodi koples til sterkere primærmodi for å minske innlåsning mellom to i motsatt retning for-plantede primærmodi. Figur 5 viser på samme måte som figur 1 en andre ut-førelsesform av et ringlasergyroskop ifølge oppfinnelsen, hvor sekundærmodi frembringes av en utvendig laserkilde og innføres i resonanshulrommet ved kopling til motsatt rettede primærmodi. Figur 6 viser på samme måte som figur 1 og 5 en tredje utførelsesform av et ringlasergyroskop ifølge oppfinnelsen hvor en del av en første modus trekkes ut fra ringlaserresonans- • hulrommet, dopplerforskyvesi frekvens og så gjeninnføres tilbake til hulrommet for å koples med en primærmodus. Figures 2 and 3 show how the optical frequency for the resonance cavity can be tuned, so that the resonance waves work as desired. Figure 4 shows how tuning of the laser cavity enables weaker secondary modes to be coupled to stronger primary modes in order to reduce locking between two primary modes propagated in the opposite direction. Figure 5 shows, in the same way as Figure 1, a second embodiment of a ring laser gyroscope according to the invention, where secondary modes are produced by an external laser source and are introduced into the resonant cavity by coupling to oppositely directed primary modes. Figure 6 shows, in the same way as Figures 1 and 5, a third embodiment of a ring laser gyroscope according to the invention where a part of a first mode is extracted from the ring laser resonance cavity, Doppler shifted frequency and then reintroduced back into the cavity to be coupled with a primary mode.

Som nevnt ovenfor er differens frekvensen eller svevefrekvensen som resultat av kombineringen av to primære i motsatt retning forplantende resonansmodi i et ringlaserhulrom bestemt ved uttrykket: As mentioned above, the difference frequency or hover frequency as a result of the combination of two primary resonant modes propagating in the opposite direction in a ring laser cavity is determined by the expression:

ty = a + b sin ty ty = a + b sin ty

hvor ty er øyeblikksfaseforskjellen mellom de i motsatt retning forplantende bølger, a er proporsjonal med rotasjonshastigheten for ringlasergyroskopet, og b er proporsjonal med størrelsen av spredningsenergien. Det siste ledd på høyre side b sin ty representerer koplinger som er resultatet av spredningen. For liten rotasjonshastighet er a mindre enn b og ty går mot null. where ty is the instantaneous phase difference between the waves propagating in the opposite direction, a is proportional to the rotation speed of the ring laser gyroscope, and b is proportional to the magnitude of the scattering energy. The last term on the right-hand side b sin ty represents connections that are the result of the spread. For low rotation speed, a is less than b and ty approaches zero.

I dette tilfellet vil ringlasergyroskopet bli innlåst og gir ikke noe utgangssignal som representerer den virkelige rotasjon. Ved små, men endelige rotasjonshastigheter vil ikke ringlaseren funksjonere riktig som et gyroskop. In this case, the ring laser gyroscope will be locked and will not provide an output signal representing the real rotation. At small but finite rotational speeds, the ring laser will not function properly as a gyroscope.

Ved fysisk å utsette ringlaseren for et eller annet, slik at svevefrekvensen opptrer sinusformet vil en ekstra tids-variasjon påtrykkes og uttrykket ovenfor vil endres til: By physically exposing the ring laser to something, so that the hovering frequency appears sinusoidal, an additional time variation will be imposed and the expression above will change to:

hvor c representerer amplituden og co frekvensen av den ekstra påtrykte fysiske påvirkning av differensfrekvensen ty. where c represents the amplitude and co the frequency of the extra imposed physical influence of the difference frequency ty.

Ved å løse det sistnevnte uttrykk for ty (t) oppnås en god tilnærmelse ved uttrykket: By solving the latter expression for ty (t), a good approximation is obtained by the expression:

Hvis verdiene for c og co velges slik at Jq er null, vil uttrykket reduseres til: If the values for c and co are chosen so that Jq is zero, the expression reduces to:

ty (t) = at ty (t) = that

og innlåsningsdelen i uttrykket for den opprinnelige differens-frekvens er eliminert. Nedenfor er en slik ekstra påvirkning av differensfrekvensen oppnådd ved å innføre ekstra modi eller frekvenser i ringlaserhulrommet for kopling med de primære resonansmodi. Virkningen av slik ekstra påvirkning eller sekundærmodi fremgår av uttrykket c cos cot, som forklart ovenfor. Ved å regulere amplitude og frekvens av disse sekundærmodi kan c og co fjerne innlåsningsvirkningen i ringlasergyroen. and the lock-in part in the expression for the original difference frequency is eliminated. Below is such an additional influence of the difference frequency achieved by introducing additional modes or frequencies in the ring laser cavity for coupling with the primary resonant modes. The effect of such additional influence or secondary modes appears from the expression c cos cot, as explained above. By regulating the amplitude and frequency of these secondary modes, c and co can remove the lock-in effect in the ring laser gyro.

Figur 1 viser et ringlasergyroskop 2. Laserlegemet 4 består av kvarts og er et lukket hulrom 6, som er fylt med 90% helium og 10% neon. To anoder 8 og 10 og to katoder 12 og lH Figure 1 shows a ring laser gyroscope 2. The laser body 4 consists of quartz and is a closed cavity 6, which is filled with 90% helium and 10% neon. Two anodes 8 and 10 and two cathodes 12 and lH

er anbragt i hulrommet 6. Gassblandingen i hulrommet mellom katoden 12 og anoden 8 og katoden lH og anoden 10 lades elektrisk is placed in the cavity 6. The gas mixture in the cavity between the cathode 12 and the anode 8 and the cathode 1H and the anode 10 is electrically charged

for å tilveiebringe et gassplasma som tjener som forsterkende medium for frembringelse og forsterkning av resonanslasermodi inne i hulrommet 6. Tre dielektriske speil 16,18 og 20 er anbragt i de tre hjørner av det triangelformede resonanshulrom 6. Disse speil omfatter flere sjikt av dielektrisk belegg som er vel kjent for fagmannen. to provide a gas plasma which serves as an amplifying medium for generating and amplifying resonant laser modes inside the cavity 6. Three dielectric mirrors 16, 18 and 20 are placed in the three corners of the triangular resonant cavity 6. These mirrors comprise several layers of dielectric coating which is well known to the person skilled in the art.

Speilet 20 er delvis reflekterende og tillater at The mirror 20 is partially reflective and allows that

en liten prosentdel av ringlaserbølgene som treffer speilet passerer dette. Deler av to primære i motsatt retning forplantende modi i hulrommet 6 langs en bane 22 passerer speilet og kombineres i et prisme i en kombinasjons- og fotodetektorenhet 23 for å danne et opprevet mønster. Dette opp-revede mønster mottas av de fotofølsomme detektorer og signalene som frembringes blir via ledninger 24 tilført en logisk krets 26 som bestemmer rotasjonshastighet og -retning. En mer detaljert forklaring på kombineringen av bølgene og behandlingen av informasjonen finnes i den ovenfor nevnte artikkel, side 139-141. a small percentage of the ring laser waves that hit the mirror pass through it. Parts of two primary counter-propagating modes in the cavity 6 along a path 22 pass the mirror and are combined in a prism in a combination and photodetector unit 23 to form a torn pattern. This torn pattern is received by the photosensitive detectors and the signals that are produced are supplied via wires 24 to a logic circuit 26 which determines the speed and direction of rotation. A more detailed explanation of the combination of the waves and the processing of the information can be found in the above-mentioned article, pages 139-141.

Laserstrålefrekvensen styres ved å endre lengden av resonanshulrommet, dvs. avstanden som bølgen gjennomløper i en hel runde av banen 22. Det er vanligvis ønsket å justere lengden av hulrommet slik at modiene er i resonans i hulrommet på midten av kurven som vist på figur 2. For å justere lengden av hulrommet er det anordnet et speil 16 i laserlegemet 4 på en slik måte at det kan beveges ut og inn. På baksiden av speilet 16 er anordnet en stabel med piezoelektriske elementer. Hulrommets lengde innstilles ved å la speilet 16 svinge ved påtrykning av en vekselspenning på de piezoelektriske elementer 28. Når speilet 16 svinges ved en gitt frekvens vil signal-styrken fra fotodetektorenheten 23 variere tilsvarende o.g til-føres via ledningen 30 til en styrekrets 32 for lengden av hulrommet. Denne styrekrets fastslår hvor resonansmodiene i hulrommet befinner seg på forsterkningskurven og justerer hulrommets lengde ved å øke eller minske en elektrisk likespenning som tilføres de piezoelektriske elementer 28 via ledningen 34. En presis forklaring av en slik krets finnes i NASA Report Nr. CR-I3226I, "Design and Development of the AA1300Ab02 Laser Gyro," av T. J. Podgorski og D.N. Thymian, 1973, side 10 og 11. For den utførelse som er vist på figur 1 blir påvirk-ningen av differensfrekvensen mellom primærmodiene i hulrommet oppnådd ved å forstemme hulrommets lengde. På figur 2 er for eksempel vist forsterkningskurven 44 for en laser, dvs. styrkefordelingen av lyset som utgår fra laserplasmaet som funksjon av den optiske frekvens for det utsendte lys. Som vel kjent kan bare visse frekvenser bringes til resonans, dvs. bli forsterket i ringlaserhulrommet. Prekvensavstanden mellom disse resonansmodi er bestemt av lysets hastighet C dividert med banelengden L eller avstanden som bølgene til-bakelegger i en hel runde av laserbanen. The laser beam frequency is controlled by changing the length of the resonant cavity, i.e. the distance through which the wave travels in one full round of the path 22. It is usually desired to adjust the length of the cavity so that the modes are in resonance in the cavity at the center of the curve as shown in Figure 2. In order to adjust the length of the cavity, a mirror 16 is arranged in the laser body 4 in such a way that it can be moved in and out. A stack of piezoelectric elements is arranged on the back of the mirror 16. The length of the cavity is set by allowing the mirror 16 to oscillate by applying an alternating voltage to the piezoelectric elements 28. When the mirror 16 is oscillated at a given frequency, the signal strength from the photodetector unit 23 will vary accordingly and is supplied via the line 30 to a control circuit 32 for the length of the cavity. This control circuit determines where the resonance modes in the cavity are located on the gain curve and adjusts the length of the cavity by increasing or decreasing an electric direct voltage which is supplied to the piezoelectric elements 28 via the line 34. A precise explanation of such a circuit can be found in NASA Report No. CR-I3226I, "Design and Development of the AA1300Ab02 Laser Gyro," by T.J. Podgorski and D.N. Thymian, 1973, pages 10 and 11. For the embodiment shown in Figure 1, the influence of the difference frequency between the primary modes in the cavity is achieved by pretuning the length of the cavity. Figure 2 shows, for example, the gain curve 44 for a laser, i.e. the power distribution of the light emanating from the laser plasma as a function of the optical frequency of the emitted light. As is well known, only certain frequencies can be brought to resonance, i.e. be amplified in the ring laser cavity. The frequency distance between these resonance modes is determined by the speed of light C divided by the path length L or the distance that the waves cover in one full round of the laser path.

Linjene 36 og 38 på figur 2 representerer modus med urviseren respektiv mot urviseren ved en gitt frekvens når Lines 36 and 38 in Figure 2 represent clockwise and counter-clockwise modes respectively at a given frequency when

ringlaserhulrommet er avstemt til midt på forsterkningskurven 44. Linjene 40, 42 og linjene 46,48 representerer de nærmeste modi i optisk frekvens som kan opptre i hulrommet unntatt ved manglende forsterkningsmedium som vil forsterke disse andre modi i hulrommet 6. Styrkenivået som er representert ved den strekede linje 50 betegner en terskel over hvilken laser-forsterkningsmediet vil forsterke resonansbølgene inne i hulrommet . the ring laser cavity is tuned to the middle of the gain curve 44. The lines 40, 42 and the lines 46, 48 represent the closest modes in optical frequency that can occur in the cavity except in the absence of a gain medium that will amplify these other modes in the cavity 6. The power level represented by the dashed line 50 denotes a threshold above which the laser amplification medium will amplify the resonant waves inside the cavity.

Ved utførelsen på figur 1 blir forstemningen av lengdene av hulrommet oppnådd ved regulering av likespennings-komponenten i det elektriske signal som påtrykkes de piezoelektriske elementer 28, slik at hulrommets lengde forstemmes og bevirker at modiene 36 og 38 beveges bort fra midten av forsterkningskurven. Tilstrekkelig forstemning kan bevirke at sekundærresonansbølger som svinger ved te.rskelen kan inn-føres i resonanshulrommet 6. Figur 3 viser hvorledes hulrommets lengde kan innstilles slik at resonansmodi 36,38 beveges bort fra midten av forsterkningskurven 44 tilstrekkelig til at sekundærbølger 40,42 kan svinge såvidt over terskelen på forsterkningskurven. In the embodiment in Figure 1, the pretuning of the lengths of the cavity is achieved by regulating the direct voltage component of the electrical signal which is applied to the piezoelectric elements 28, so that the length of the cavity is pretuned and causes the modes 36 and 38 to be moved away from the center of the amplification curve. Sufficient pretuning can cause secondary resonance waves that oscillate at the threshold to be introduced into the resonance cavity 6. Figure 3 shows how the length of the cavity can be set so that resonance modes 36,38 are moved away from the center of the gain curve 44 sufficiently so that secondary waves 40,42 can oscillate just above the threshold of the gain curve.

Sekundærmodus 40, som forplantes i hulrommet med urviseren vil nå bli koplet med den sterkere primærmodus 36, som forplanter seg i hulrommet 6 godt over terskelen og i samme retning. Dette vil bevirke en spredning i uttrykket i dif f erensfrekvensuttrykket. På samme måte vil sekundærmodus 42 mot urviseren kombineres med primærmodus 38 for å bevirke spredning. Virkningen av modiene 40 og 42 er bestemt av uttrykket c cos tot i uttrykket ovenfor. Ved justering av styrken langs forsterkningskurven av modiene 40 og 42 såvel som frekvensen med hvilken de svinger, kan c og to i uttrykket reguleres for å fjerne virkningen av innlåsning som forklart ovenfor. Secondary mode 40, which propagates in the cavity clockwise will now be coupled with the stronger primary mode 36, which propagates in cavity 6 well above the threshold and in the same direction. This will cause a spread in the expression in the difference frequency expression. Similarly, the secondary mode 42 counter-clockwise will combine with the primary mode 38 to effect dispersion. The effect of the modes 40 and 42 is determined by the expression c cos tot in the expression above. By adjusting the strength along the gain curve of modes 40 and 42 as well as the frequency at which they oscillate, c and to in the expression can be adjusted to remove the effect of lock-in as explained above.

Figur 4 viser grafisk virkningen av forstemningen av inn 1 å sningsfrekvensen mellom primærmodiene 36 og 38 i dette tilfelle. Forstemningen skjer ved endring av banelengden i ringlaseren, slik at den optiske frekvens av primærmodiene forskyves bort fra midten av forsterkningskurven. Av figur 4 fremgår at innlåsning praktisk talt er eliminert i det tilfelle hvor hulrommets lengde forstemmes, slik at primærmodiene på 150 MHz forskyves bort fra midten av forsterkningskurven. Figure 4 graphically shows the effect of the pre-tuning of the input frequency between the primary modes 36 and 38 in this case. Pretuning occurs by changing the path length in the ring laser, so that the optical frequency of the primary modes is shifted away from the center of the gain curve. Figure 4 shows that lock-in is practically eliminated in the case where the length of the cavity is pretuned, so that the primary modes at 150 MHz are shifted away from the center of the gain curve.

Også ved utførelsen på figur 5 inneholder hulrommet 52 90% helium og 10% neon, som lades elektrisk mellom anodene 54 og katodene 56 til et plasma som tjener som laserforsterk-ningsmedium. Delene av de to primære i motsatt retning forplantende bølger i hulrommet passerer et delvis transparent dielektrisk speil 58 og treffer en fotodetektorenhet 60 hvis utgangssignaler overføres til en logisk krets 62. Et veksel-spenningssignal frembringes i en styrekrets 66 og leveres til en stabel av piezoelektriske elementer 68 som styrer et vibrerende speil 70 og derved endrer lengden av hulrommet i gyroskopet. Styrkesignaler fra fotodetektoren 60 tilføres via ledningen 64 til styrekretsen 66. Variasjoner i styrke-signalet som følge av svingningene av de piezoelektriske elementer 68 bearbeides i styrekretsen 66. Likespennings-komponenten i signalet som tilføres de piezoelektriske elementer via ledningen 72 justeres til optimal hulromslengde for maksimal styrke av de i motsatte retninger forplantende bølger. I motsetning til utførelsen på figur 1 justeres hulrommets lengde slik at resonansmodiene opptrer hovedsakelig i midten av forsterkningskurven. Also in the embodiment in Figure 5, the cavity 52 contains 90% helium and 10% neon, which is electrically charged between the anodes 54 and the cathodes 56 into a plasma which serves as the laser amplification medium. The parts of the two primary waves propagating in the opposite direction in the cavity pass a partially transparent dielectric mirror 58 and strike a photodetector unit 60 whose output signals are transmitted to a logic circuit 62. An alternating voltage signal is produced in a control circuit 66 and supplied to a stack of piezoelectric elements 68 which controls a vibrating mirror 70 and thereby changes the length of the cavity in the gyroscope. Strength signals from the photodetector 60 are supplied via the line 64 to the control circuit 66. Variations in the strength signal as a result of the oscillations of the piezoelectric elements 68 are processed in the control circuit 66. The DC component of the signal which is supplied to the piezoelectric elements via the line 72 is adjusted to the optimum cavity length for maximum strength of the waves propagating in opposite directions. In contrast to the embodiment in figure 1, the length of the cavity is adjusted so that the resonance modes appear mainly in the middle of the amplification curve.

Ved utførelsen på figur 5 innføres forstyrrende sekun-dærbølger ved frekvenser som avviker fra primærresonansmodienes frekvens i hulrommet fra en ytre kilde. Den ytre kilde er i dette tilfelle en tomodus lineær laser 74. To forskjellige modi frembringes i den lineære laser 74 som spres i et element 76. Slike elementer er vel kjente og kan omfatte et bøynings-gitter, hvor forskjellige frekvenser avbøyes i forskjellig grad. Etter passering av elementet 76 vil den ene sekundærmodus 78 avbøyes mot et dielektrisk speil 80, hvor det reflek-teres mot et delvis transparent speil 82. Ved passering av speilet 82 vil denne modus 78 tre inn i ringlaserhulrommet 52 med urviseren og bli koplet med primærmodusen med urviseren som er frembragt i hulrommet. In the embodiment in Figure 5, disturbing secondary waves are introduced at frequencies that deviate from the frequency of the primary resonance modes in the cavity from an external source. In this case, the external source is a two-mode linear laser 74. Two different modes are produced in the linear laser 74 which are spread in an element 76. Such elements are well known and may comprise a bending grating, where different frequencies are deflected to different degrees. After passing the element 76, the one secondary mode 78 will be deflected towards a dielectric mirror 80, where it is reflected towards a partially transparent mirror 82. When passing the mirror 82, this mode 78 will enter the ring laser cavity 52 clockwise and be coupled with the primary mode with the clockwise produced in the cavity.

Den andre sekundærmodus 84 avbøyes i elementet 76 mot The second secondary mode 84 is deflected in the element 76 towards

et speil 86 og gjennom speilet 82 og trer inn i hulrommet 52 a mirror 86 and through the mirror 82 and enters the cavity 52

mot urviseren og koples med primærmodusen som forplantes mot urviseren. counter-clockwise and coupled with the primary mode propagating counter-clockwise.

Sekundærmodiene med forstyrrende virkning innføres i hulrommet med en avvikende frekvens ifølge uttrykket c cos tot. Dif ferensfrekvensen mellom sekundærmodiene 78 og 84 er tu. Amplitudedelen c er proporsjonal med amplituden av signalene The secondary modes with a disturbing effect are introduced into the cavity with a deviant frequency according to the expression c cos tot. The difference frequency between the secondary modes 78 and 84 is tu. The amplitude part c is proportional to the amplitude of the signals

78 og 84 og størrelsen av differensfrekvensene mellom sekundærmodiene og primærmodiene i hulrommet. c og to kan derfor reguleres for å fjerne innlåsning ved å regulere passerbarheten av speilet 82 og frekvensen og amplituden av signalene som frembringes i den lineære laser 74. Figur 6 viser en tredje utførelsésform av et ringlasergyroskop ifølge oppfinnelsen med et triangelformet ringlaserlegeme, slik som anvendt ved utførelsene på figur 1 og 5. Hulrommets lengde styres også her av stabelen med piezoelektriske elementer for maksimal styrke av utgangssignalet fra gyroskopet. De to i motsatt retning forplantende modi 22 har sine frekvenser avstemt tilnærmet til midten av forsterkningskurven 44 på figur 2 og 3-Ved utførelsen på figur 6 blir en forstyrrende sekundærmodus innført i ringlaserhulrommet og koples med den mot urviseren forplantende primærmodus. For å tilveiebringe den andre modus blir en del av primærmodusen som forplanter seg mot urviseren tatt ut gjennom et delvis transparent dielektrisk speil 88 fra laserstrålen 22. Denne bølge 102 passerer en dielektrisk isolator 90 av vel kjent art og endrer polariserings-vinkelen for bølgen som passerer. Bølgen 102 treffer et dielektrisk speil 92 som er festet på en stabel piezoelektriske elementer 94. En vekselspenning med valgt frekvens tilføres stabelen 94 fra en oscillator 104, slik at speilet 92 bringes til å svinge. Denne svingning på sin side dopplerforskyver frekvensen av bølgen 102, slik at etter at den er reflektert fra et dielektrisk speil 98 blir den gjennom det delvis trans-parente speil 88 igjen innført i ringlaserbanen med en frekvens som er forskjøvet i forhold til primærmodusen, fra hvilken den ble tatt ut.. Den dopplerforskjøvede modus koples etter innføringen igjen i banen 22 med den primære modus mot urviseren og bevirker en minskning av inn 1 å sningsvirkningen på slik som ved foregående utførelseseksempler. 78 and 84 and the magnitude of the difference frequencies between the secondary modes and the primary modes in the cavity. c and to can therefore be regulated to remove lock-in by regulating the passability of the mirror 82 and the frequency and amplitude of the signals produced in the linear laser 74. Figure 6 shows a third embodiment of a ring laser gyroscope according to the invention with a triangular ring laser body, as used in the embodiments in figures 1 and 5. The length of the cavity is also controlled here by the stack of piezoelectric elements for maximum strength of the output signal from the gyroscope. The two modes 22 propagating in the opposite direction have their frequencies tuned approximately to the middle of the gain curve 44 in figures 2 and 3-In the embodiment in figure 6, a disturbing secondary mode is introduced into the ring laser cavity and is coupled with the counter-clockwise propagating primary mode. To provide the second mode, a portion of the primary mode propagating counterclockwise is taken out through a partially transparent dielectric mirror 88 from the laser beam 22. This wave 102 passes a dielectric insulator 90 of a well-known type and changes the polarization angle of the passing wave . The wave 102 hits a dielectric mirror 92 which is attached to a stack of piezoelectric elements 94. An alternating voltage with a selected frequency is supplied to the stack 94 from an oscillator 104, so that the mirror 92 is caused to oscillate. This oscillation, in turn, Doppler shifts the frequency of the wave 102, so that after it has been reflected from a dielectric mirror 98, it is again introduced through the partially transparent mirror 88 into the ring laser path with a frequency that is shifted in relation to the primary mode, from which it was taken out. The doppler-shifted mode is coupled after the introduction back into the path 22 with the primary mode counter-clockwise and causes a reduction of the input 1 to sning effect on such as in previous embodiments.

Amplituden av den dopplerforskjØvede bølge 102 som trer inn igjen i hulrommet er representert i differensfrekvens-uttrykket ved c. c kan styres ved å styre amplituden av bølgen 102. Dette kan skje ved styring av passerbarheten i det dielektriske speil 88. to i dif f erensf rekvensuttrykket svarer til frekvensen av svingningen for den piezoelektriske stabel 94. to kan lett styres ved ganske enkelt å endre styrefrek-vensen for svingningen som frembringes i kretsen 104. Ved å styre amplitude og frekvens av svingningen for modus 102 når den trer inn igjen i laserhulrommet og koples med primærmodusen mot urviseren, kan inn 1 åsningsvirkningen svekkes vesentlig. The amplitude of the Doppler-shifted wave 102 that re-enters the cavity is represented in the difference frequency expression by c. c can be controlled by controlling the amplitude of the wave 102. This can be done by controlling the passability in the dielectric mirror 88. two in dif f erensf the frequency expression corresponds to the frequency of oscillation for the piezoelectric stack 94. two can be easily controlled by simply changing the control frequency of the oscillation produced in circuit 104. By controlling the amplitude and frequency of the oscillation for mode 102 as it re-enters the laser cavity and coupled with the primary mode counter-clockwise, the in 1 seeding effect can be significantly weakened.

Eventuelt kan en polarisator 96 anordnes i banen for bølgen 102 slik at bølger med en polarisasjonsretning kan passere mens bølger med annen polarisasjon sperres. Polarisatoren 96" er innstillbar slik at bølgen 102 slipper gjennom. Optionally, a polarizer 96 can be arranged in the path of the wave 102 so that waves with one polarization direction can pass while waves with another polarization are blocked. The polarizer 96" is adjustable so that the wave 102 passes through.

Da retningsisolatoren 90 har endret polarisasjonsretningen for bølgen 102 vil deler av primærstrålingen med urviseren i hulrommet som passerer speilet 88 ha forskjellig polarisasjon og vil sperres av polarisatoren 96. Since the directional isolator 90 has changed the polarization direction of the wave 102, parts of the clockwise primary radiation in the cavity that passes the mirror 88 will have different polarization and will be blocked by the polarizer 96.

Endringer kan naturligvis foretas i de ovenfor beskrevne utførelseseksempler innenfor oppfinnelsens ramme, for eksempel kan det anvendes en rektangulær ringlaserbane, Changes can of course be made in the above-described embodiments within the scope of the invention, for example a rectangular ring laser path can be used,

og det kan anvendes andre hjelpemidler enn piezoelektriske elementer for å sette dielektriske speil i svingninger, det kan også anvendes andre styreinnretninger for å endre lengden av laserhulrommet, og det behøves ikke og anvendes slik styring overhodet, og for kombinering og bearbeidning av de primære i motsatt retning forplantende modi for å utlede rotasjonsinfor- and aids other than piezoelectric elements can be used to set dielectric mirrors in oscillations, other control devices can also be used to change the length of the laser cavity, and such control is not needed and used at all, and for combining and processing the primary in the opposite direction propagating modes to derive rotational information

Claims

1. Ring laser gyroscope comprising a ring laser body with reflective surfaces defining a closed optical path, means for generating and maintaining at least two oppositely propagating primary resonant modes in the path, and means for processing the hover frequency signal between the primary modes to generate signals representing the angular motion of the ring laser body about its sensitivity axis, characterized by means for generating and maintaining at least one secondary propagating resonant mode in the path to reduce the locking effect between the primary modes.

2. Ring laser gyroscope according to claim 1, where an electrically charged gas plasma is used to produce and amplify the primary and secondary modes, characterized by aids to regulate the length of the optical path so that at least two weaker secondary modes propagating in the opposite direction and at least two stronger in the opposite direction direction propagating primary modes are produced and amplified in the gas plasma.

3. Ring laser gyroscope according to claim 1, where at least one secondary mode is produced, characterized by a source arranged outside the ring laser body for a secondary mode with a frequency different from the primary modes, and a device for introducing the outer secondary mode(s) into the path.

4. Ring laser gyroscope according to claim 1, where the aids for producing and maintaining at least one secondary mode comprise a device for removing part of at least one of the primary modes from the closed path, characterized in that a device is arranged in the path to change the oscillation frequency of the removed part, and that a device is arranged to introduce the removed part with a changed frequency into the path again.