RU2132076C1 - Photomixing pair of optical prisms for laser gyro with prisms of total internal reflection - Google Patents

Photomixing pair of optical prisms for laser gyro with prisms of total internal reflection Download PDF

Info

Publication number
RU2132076C1
RU2132076C1 RU97114458A RU97114458A RU2132076C1 RU 2132076 C1 RU2132076 C1 RU 2132076C1 RU 97114458 A RU97114458 A RU 97114458A RU 97114458 A RU97114458 A RU 97114458A RU 2132076 C1 RU2132076 C1 RU 2132076C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
prism
face
prisms
reflecting
faces
Prior art date
Application number
RU97114458A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU97114458A (en
Inventor
Ю.В. Бакин
Г.Н. Зюзев
В.О. Индисов
А.В. Ломакин
М.Б. Людомирский
А.А. Морозов
Original Assignee
Акционерное общество закрытого типа НПК "Электрооптика"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество закрытого типа НПК "Электрооптика" filed Critical Акционерное общество закрытого типа НПК "Электрооптика"
Priority to RU97114458A priority Critical patent/RU2132076C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2132076C1 publication Critical patent/RU2132076C1/en
Publication of RU97114458A publication Critical patent/RU97114458A/en

Links

Images

Abstract

FIELD: gyroscopes. SUBSTANCE: photomixing pair of optical prisms for laser gyro with prisms of total internal reflection has first prism with two refracting and one reflecting faces, second prism with inlet, outlet, reflecting and setting faces. Optical contact between setting face of second prism and reflecting face of first prism lies outside generation field of laser gyro. Value of distance from reflecting face of first prism to inlet face of second prism changes smoothly from zero close to rib formed by setting and inlet faces of second prism to three lengths of radiation wave near rib formed by inlet and reflecting faces of second prism. EFFECT: increased level of precision of laser gyro operating in wide temperature range. 4 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретение. The technical field to which the invention relates.

Лазерная гироскопия; МПК G 01 C 19/66. Laser gyroscopy; IPC G 01 C 19/66.

Известна фотосмесительная пара оптических призм лазерного гироскопа, являющаяся прототипом, работающая на принципе нарушения полного внутреннего отражения (ПВО) малым зазором между первой (призмой резонатора кольцевого лазера) и второй призмой, имеющим постоянный коэффициент пропускания по области диафрагмирования излучения и обеспечивающая жесткое диафрагмирование пучка излучения, причем вторая призма закрепляется на первой клеем [1]. Под жестким диафрагмированием понимается диафрагмирование пучка лазерного излучения, при котором малому смещению пучка излучения (порядка 0,05 мм), или изменению диаметра пучка соответствует значительное (порядка 100%) изменение вносимых дифракционных потерь. В диапазоне температур переюстировки могут достигать величины порядка 0,1 мм. Жесткое диафрагмирование приводит к снижению точности лазерного гироскопа при наличии переюстировок разного происхождения. Клеевое соединение не обеспечивает достаточной механической жесткости и прочности соединения, особенно в широком температурном диапазоне, из-за чего не обеспечивается постоянство зазора между первой и второй призмами, а значит и коэффициента пропускания. A known photo-mixing pair of optical prisms of a laser gyroscope, which is a prototype, operating on the principle of total internal reflection (PVO) violation by the small gap between the first (ring laser resonator prism) and the second prism, having a constant transmittance over the radiation aperture area and providing a rigid diaphragm for the radiation beam, moreover, the second prism is fixed on the first glue [1]. Rigid diaphragm refers to the diaphragm of a laser beam, in which a small shift of the radiation beam (of the order of 0.05 mm) or a change in the beam diameter corresponds to a significant (of the order of 100%) change in the introduced diffraction loss. In the temperature range, adjustments can reach values of the order of 0.1 mm. Rigid diaphragm reduces the accuracy of the laser gyroscope in the presence of adjustments of different origin. The glue connection does not provide sufficient mechanical rigidity and strength of the connection, especially in a wide temperature range, because of which the constancy of the gap between the first and second prisms, and hence the transmittance, is not ensured.

Изобретение ставит своей задачей повысить уровень точности лазерного гироскопа, работающего в широком температурном диапазоне, за счет снижения как минимум на порядок крутизны зависимости дифракционных потерь от ввода диафрагмы глубже в поле генерации. The invention aims to increase the accuracy of a laser gyroscope operating in a wide temperature range by reducing at least an order of magnitude the steepness of the dependence of diffraction loss on the input of the diaphragm deeper into the generation field.

Конструкция прототипа проиллюстрирована фиг. 1. Призма 1 имеет две преломляющие грани 2, 3 и отражающую грань (грань ПВО) 4. Призма 5 имеет отражающую грань (грань ПВО) 6, входную грань 7 и выходную грань 8. Грань 6 перпендикулярна грани 7 с малым отклонением от перпендикулярности (порядка 1') для образования интерференционной картины. Грани 6 и 7 образуют интерференционное ребро. Вторая призма закрепляется на первой заполнением зазора клеем вне зоны генерации, при этом на входной грани второй призмы имеется напыление, задающее величину зазора до 3 длин волн излучения между входной гранью второй призмы и отражательной гранью первой призмы. При этом входная грань частично перекрывает пятно генерации на отражательной грани первой призмы. Наличие малого зазора приводит к возникновению явления нарушения ПВО, которое заключается в том, что при выполнении условий полного внутреннего отражения излучение отражается тем не менее не полностью. За счет этого явления входная грань второй призмы, частично перекрывающая пятно генерации на отражательной грани второй призмы, выводит малую (порядка 0,01%) часть излучения встречно распространяющихся волн излучения кольцевого лазера, выполняя одновременно функцию диафрагмирования излучения. Выведенное из резонатора излучение одной из встречных волн распространяется к выходной грани второй призмы. Выведенное излучение второй встречной волны отклоняется отражательной гранью второй призмы так, что отраженное излучение распространяется к выходной грани второй призмы с малым углом (порядка 1') относительно излучения первой волны. В плоскости фотоприемника при этом образуется бегущая интерференционная картина, из которой затем извлекаются параметры вращения гироскопа. The design of the prototype is illustrated in FIG. 1. Prism 1 has two refracting faces 2, 3 and a reflecting face (air defense face) 4. Prism 5 has a reflecting face (air defense face) 6, an input face 7 and an output face 8. Face 6 is perpendicular to face 7 with a small deviation from perpendicularity ( about 1 ') for the formation of an interference pattern. Facets 6 and 7 form an interference rib. The second prism is fixed on the first filling of the gap with glue outside the generation zone, while there is a sputtering on the input face of the second prism, which sets the clearance to 3 radiation wavelengths between the input face of the second prism and the reflective face of the first prism. In this case, the input face partially overlaps the spot of generation on the reflective face of the first prism. The presence of a small gap leads to the appearance of an air defense violation, which consists in the fact that when the conditions of total internal reflection are fulfilled, the radiation is nevertheless not completely reflected. Due to this phenomenon, the input face of the second prism, partially overlapping the generation spot on the reflective face of the second prism, outputs a small (of the order of 0.01%) part of the radiation of counterpropagating radiation waves of a ring laser, simultaneously performing the function of iris diaphragm. The radiation from one of the counterpropagating waves extracted from the resonator propagates to the output face of the second prism. The extracted radiation of the second counterpropagating wave is deflected by the reflection face of the second prism so that the reflected radiation propagates to the output face of the second prism with a small angle (of the order of 1 ′) with respect to the radiation of the first wave. In this case, a running interference pattern is formed in the plane of the photodetector, from which the gyro rotation parameters are then extracted.

Такая конструкция неработоспособна в широком диапазоне температур по следующим причинам: значительные тепловые переюстировки порядка 0.1 мм, приводящие к изменению дифракционных свойств фотосмесительной пары призм и мощности выводимого излучения; нестабильные свойства клея, приводящие к нестабильности зазора между первой и второй призмами пары, в результате чего также изменяются дифракционные свойства пары и мощность выводимого излучения. This design is inoperative in a wide temperature range for the following reasons: significant thermal readjustments of the order of 0.1 mm, leading to a change in the diffraction properties of the photo-mixing pair of prisms and the power of the output radiation; unstable properties of the adhesive, leading to instability of the gap between the first and second prisms of the pair, as a result of which the diffraction properties of the pair and the power of the output radiation also change.

Все эти физические явления приводят к изменению разности интенсивностей для встречных волн. Разность интенсивностей приводит к дополнительной разности частот встречных воли, описываемой формулой (15.6) из [2]. Эта разность частот приводит к погрешности, называемой сдвигом нуля лазерного гироскопа. При переюстировках (тепловых, механических) условия дифракции меняются неодинаково для встречных волн, что приводит к дополнительному изменению величины сдвига нуля. Постоянный сдвиг нуля можно учесть при калибровке лазерного гироскопа, однако в диапазоне температур сдвиг нуля становится переменной величиной, что снижает точность лазерного гироскопа. All these physical phenomena lead to a change in the difference in intensities for counterpropagating waves. The difference in intensities leads to an additional difference in the frequencies of the opposite waves, described by formula (15.6) from [2]. This frequency difference leads to an error called the zero-shift of the laser gyro. In rearrangements (thermal, mechanical), the diffraction conditions change unequally for counterpropagating waves, which leads to an additional change in the magnitude of the zero shift. A constant zero shift can be taken into account when calibrating a laser gyro, however, in the temperature range, the zero shift becomes a variable, which reduces the accuracy of the laser gyro.

Для стабилизации сдвига нуля необходима конструкция фотосмесительной пары призм, мало чувствительной к переюстировкам. To stabilize the zero shift, a design of a photo-mixing pair of prisms is required, which is slightly sensitive to rearrangements.

Предлагаемая фотосмесительная пара призм показана на фиг. 2. В конструкцию вводится установочная грань 9, причем вторая призма устанавливается оптическим контактом по этой грани на отражательную грань первой призмы. Установочная и входная грани второй призмы образуют установочное ребро. Входная грань второй призмы полностью перекрывает пятно генерации, причем величина зазора плавно меняется от 0 у установочного ребра до 3 (в зависимости от необходимого коэффициента пропускания излучения) длин волн излучения у интерференционного ребра. Оптический контакт между установочной гранью второй призмы и отражающей гранью первой призмы является существенным признаком в связи с тем, что при оптическом контакте, во-первых, возникает новое свойство - межмолекулярное взаимодействие между установочной гранью второй призмы и отражательной гранью первой призмы; во-вторых, коэффициент отражения отражающей грани первой призмы будет близок к нулю в зоне оптического контакта, что является основой для выбора закона плавного изменения величины расстояния от отражательной грани первой призмы до входной грани второй призмы. A proposed photo-mixing pair of prisms is shown in FIG. 2. A mounting face 9 is introduced into the structure, the second prism being installed by optical contact along this face onto the reflective face of the first prism. The installation and input faces of the second prism form the installation rib. The input face of the second prism completely covers the generation spot, and the gap varies smoothly from 0 at the mounting edge to 3 (depending on the required transmittance of radiation) radiation wavelengths at the interference edge. The optical contact between the mounting face of the second prism and the reflecting face of the first prism is an essential feature due to the fact that during optical contact, firstly, a new property arises - the intermolecular interaction between the mounting face of the second prism and the reflective face of the first prism; secondly, the reflection coefficient of the reflecting face of the first prism will be close to zero in the zone of optical contact, which is the basis for choosing the law of a smooth change in the distance from the reflective face of the first prism to the input face of the second prism.

Предлагаемая конструкция обеспечивает вывод излучения за счет эффекта нарушения ПВО малым (до 3 длин волн излучения) переменным зазором между призмами пары. Мягкое диафрагмирование обеспечивается градиентом коэффициента пропускания, возникающим благодаря переменности зазора. Под мягким диафрагмированием понимается диафрагмирование, при котором малому смещению пучка излучения или малому изменению диаметра пучка соответствует малое изменение вносимых дифракционных потерь. Благодаря способности к диафрагмированию отпадает необходимость в специально вводимой диафрагме, что снижает дифракционные потери и обратное рассеяние излучения. Стабильность смещения излучения обеспечивается креплением призм жестким и прочным оптическим контактом. The proposed design provides the output of radiation due to the effect of violation of air defense by a small (up to 3 radiation wavelengths) variable gap between the prisms of the pair. Soft aperture is ensured by the transmittance gradient arising due to the variability of the gap. Soft aperture refers to aperture in which a small shift in the radiation beam or a small change in the diameter of the beam corresponds to a small change in the introduced diffraction loss. Thanks to the ability to diaphragm, there is no need for a specially introduced diaphragm, which reduces diffraction loss and backscattering of radiation. The stability of the radiation bias is provided by fixing the prisms with a rigid and strong optical contact.

Таким образом, предложенная совокупность трех существенных признаков: установочная грань; оптический контакт между установочной гранью второй призмы и отражательной гранью первой призмы; плавное изменение величины расстояния от отражательной грани первой призмы до входной грани второй призмы от нуля у установочной грани до трех длин волн излучения у интерференционного ребра второй призмы; дает новое свойство: повышение уровня точности лазерного гироскопа в диапазоне температур, причем каждый в отдельности признак не дает данного положительного эффекта. Thus, the proposed combination of three essential features: installation face; optical contact between the mounting face of the second prism and the reflective face of the first prism; a smooth change in the distance from the reflective face of the first prism to the input face of the second prism from zero at the installation face to three radiation wavelengths at the interference edge of the second prism; gives a new property: increasing the accuracy of the laser gyroscope in the temperature range, and each individual symptom does not give this positive effect.

Перечень фигур чертежей и иных материалов:
фиг. 1 - чертеж прототипа фотосмесительной пары призм,
фиг. 2 - чертеж предлагаемой фотосмесительной пары призм, указано взаимное расположение призм пары, оптической оси,
фиг. 3 - график распределения коэффициента отражения излучения по сечению зазора,
фиг. 4 - график чувствительности к переюстировкам для предлагаемой смесительной призмы и прототипа.
The list of figures of drawings and other materials:
FIG. 1 is a drawing of a prototype of a photo-mixing pair of prisms,
FIG. 2 is a drawing of the proposed photo-mixing pair of prisms, the relative location of the prisms of the pair, the optical axis,
FIG. 3 is a graph of the distribution of the reflection coefficient of radiation over the cross section of the gap,
FIG. 4 is a graph of sensitivity to readjustment for the proposed mixing prism and prototype.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. Information confirming the possibility of carrying out the invention.

Конструкция фотосмесительной пары призм приведена на фиг. 2. На фиг. 3 показано распределение энергетического коэффициента отражения по сечению в случае клиновидного зазора, т.е. зазора, у которого величина зазора линейно меняется от 0 у установочного ребра второй призмы до 3 длин волн излучения у интерференционного ребра второй призмы. На фиг. 3 координата X соответствует расстоянию от середины клиновидного зазора. The design of the photo-mixing pair of prisms is shown in FIG. 2. In FIG. Figure 3 shows the distribution of the energy reflection coefficient over the cross section in the case of a wedge-shaped gap, i.e. gap, in which the gap varies linearly from 0 at the mounting edge of the second prism to 3 radiation wavelengths at the interference edge of the second prism. In FIG. 3, the X coordinate corresponds to the distance from the middle of the wedge-shaped gap.

Клиновидный зазор обладает переменным коэффициентом пропускания по сечению зазора. The wedge-shaped gap has a variable transmittance over the gap section.

Зависимость энергетического коэффициента пропускания излучения от величины зазора имеет вид

Figure 00000002

ik2zd = α;
Figure 00000003

Figure 00000004

где τ - коэффициент пропускания по интенсивности зазора размером d;
n - показатель преломления материала призм;
θ - угол падения излучения внутри первой призмы;
ε1 - диэлектрическая проницаемость материала призм;
ε2 - диэлектрическая проницаемость воздуха;
Figure 00000005
волновой вектор излучения в призмах;
λ - длина волны излучения.The dependence of the energy transmittance of radiation on the magnitude of the gap has the form
Figure 00000002

ik 2z d = α;
Figure 00000003

Figure 00000004

where τ is the transmission coefficient for the intensity of the gap of size d;
n is the refractive index of the material of the prisms;
θ is the angle of incidence of radiation inside the first prism;
ε 1 - dielectric constant of the material of the prisms;
ε 2 - dielectric constant of air;
Figure 00000005
wave vector of radiation in prisms;
λ is the radiation wavelength.

Для подтверждения получения указанного выше технического результата были произведены сравнительные расчеты чувствительности к переюстировкам. Чувствительность к переюстировкам определяется как отношение изменения вносимых потерь к смещению оптического пучка при тепловых переюстировках. Результаты расчетов приведены на фиг.4 для прототипа и предлагаемой конструкции. На фиг.4 ΔS - величина переюстировки, ΔA - изменение вносимых потерь. To confirm the receipt of the above technical result, comparative calculations of sensitivity to rearrangements were made. Sensitivity to adjustments is defined as the ratio of the change in insertion loss to the shift of the optical beam during thermal adjustments. The calculation results are shown in figure 4 for the prototype and the proposed design. In figure 4, ΔS is the amount of adjustment, ΔA is the change in insertion loss.

Очевидно, что чувствительность к переюстировкам существенно ниже для предлагаемого варианта смесительной призмы. It is obvious that the sensitivity to rearrangements is significantly lower for the proposed version of the mixing prism.

Литература
1. II Санкт-Петербургская международная конференция по гироскопической технике и навигации. Ч. 1. - Санкт-Петербург, 1995, с. 125-127.
Literature
1. II St. Petersburg International Conference on Gyroscopic Engineering and Navigation. Part 1. - St. Petersburg, 1995, p. 125-127.

2. Зейгер С.Г., Климонтович Ю.Л., Ланда П.С. и др. Волновые и флуктуационные процессы в лазерах/ Под ред. Ю.Л. Климонтовича - М.: Наука, 1974. 2. Zeiger S.G., Klimontovich Yu.L., Landa P.S. et al. Wave and fluctuation processes in lasers / Ed. Yu.L. Klimontovich - Moscow: Nauka, 1974.

Claims (1)

Фотосмесительная пара оптических призм для лазерного гироскопа с призмами полного внутреннего отражения, включающая первую и вторую призмы, причем первая призма содержит две преломляющие грани и одну отражающую грань, а вторая призма содержит входную, выходную и отражающую грани, отличающаяся тем, что во второй призме вводится установочная грань, имеется оптический контакт между установочной гранью второй призмы и отражающей гранью первой призмой вне поля генерации лазерного гироскопа, причем величина расстояния от отражающей грани первой призмы до входной грани второй призмы плавно меняется от нуля у ребра, образованного установочной и входной гранями второй призмы, до трех волн излучения у ребра, образованного входной и отражающей гранями второй призмы. A photomixing pair of optical prisms for a laser gyro with total internal reflection prisms, including the first and second prisms, the first prism containing two refracting faces and one reflecting face, and the second prism containing input, output and reflecting faces, characterized in that the second prism is introduced mounting face, there is an optical contact between the mounting face of the second prism and the reflecting face of the first prism outside the laser gyroscope generation field, the distance from the reflecting face being of the first prism to the input face of the second prism smoothly changes from zero at the edge formed by the installation and input faces of the second prism to three radiation waves at the edge formed by the input and reflecting faces of the second prism.
RU97114458A 1997-08-22 1997-08-22 Photomixing pair of optical prisms for laser gyro with prisms of total internal reflection RU2132076C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97114458A RU2132076C1 (en) 1997-08-22 1997-08-22 Photomixing pair of optical prisms for laser gyro with prisms of total internal reflection

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97114458A RU2132076C1 (en) 1997-08-22 1997-08-22 Photomixing pair of optical prisms for laser gyro with prisms of total internal reflection

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2132076C1 true RU2132076C1 (en) 1999-06-20
RU97114458A RU97114458A (en) 1999-06-20

Family

ID=20196655

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97114458A RU2132076C1 (en) 1997-08-22 1997-08-22 Photomixing pair of optical prisms for laser gyro with prisms of total internal reflection

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2132076C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. II Санкт-Петербургская международная конференция по гироскопической технике и навигации. Ч.1. - С.-Петербург, 1995, с.125-127. 2. Зейгер С.Г и др. Волновые и флуктационные процессы в лазерах/ Под ред. Ю.Л. Климонтовича. - М.: Наука, 1974. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH05288556A (en) Semiconductor laser gyroscope
US4904083A (en) Partially transparent mirror for a ring laser
JP4139070B2 (en) Integrated optical chip with reduced surface wave propagation
US5004342A (en) Measuring device having a laser and a ring resonator
US4676643A (en) Ring laser gyro readout assembly simplification with adjustment capability
RU2132076C1 (en) Photomixing pair of optical prisms for laser gyro with prisms of total internal reflection
US5166949A (en) Method and apparatus for suppressing off-axis modes in laser and ring laser gyroscopes
US5293439A (en) Integrated optical circuit for fiber-optics gyroscopes
JP3825112B2 (en) Acousto-optic tunable filter
US7499175B1 (en) Enhanced Michelson interferometric optical filter with broadened wavelength blockage
US5495462A (en) Light beam splitting apparatus
JPH02122681A (en) Ring laser
AU2015265695B2 (en) A beamsplitter and frequency monitoring system
JP2934535B2 (en) Waveguide type tunable ring laser
US4890923A (en) Apparatus for superposing two light beams
JPH02287411A (en) Optical coupling device
JPS6135486B2 (en)
US5059029A (en) Radiation-hardened rlg readout
US4563092A (en) Laser rotation rate sensor
JP2002236261A (en) Variable group delay unit and variable group delay module
CA1275722C (en) Simplified readout optics for a ring laser apparatus
JP3650241B2 (en) Optical encoder
EP0246352B1 (en) Readout apparatus for a ring laser angular rate sensor
Farah Miniature integrated optic Fabry-Perot slit interferometer
JPH04154179A (en) Ring laser gyro device