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 PDFInfo
- 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
Links
Images
Abstract
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
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
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
ik2zd = α;
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;
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
ik 2z d = α;
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;
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)
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) |
-
1997
- 1997-08-22 RU RU97114458A patent/RU2132076C1/en active
Non-Patent Citations (1)
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 |