RU2676835C1 - Оптический смеситель излучения с применением призм из оптически активных материалов - Google Patents
Оптический смеситель излучения с применением призм из оптически активных материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2676835C1 RU2676835C1 RU2018101600A RU2018101600A RU2676835C1 RU 2676835 C1 RU2676835 C1 RU 2676835C1 RU 2018101600 A RU2018101600 A RU 2018101600A RU 2018101600 A RU2018101600 A RU 2018101600A RU 2676835 C1 RU2676835 C1 RU 2676835C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rays
- mixer
- prism
- prisms
- optical
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 28
- 239000011149 active material Substances 0.000 title claims abstract description 12
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title description 32
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 20
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000010790 dilution Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000012895 dilution Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 206010011878 Deafness Diseases 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 229910052956 cinnabar Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QXKXDIKCIPXUPL-UHFFFAOYSA-N sulfanylidenemercury Chemical compound [Hg]=S QXKXDIKCIPXUPL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
- G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Изобретение предназначено для получения сигналов вращения четырехчастотного лазерного гироскопа. Оптический смеситель лучей, распространяющихся во встречных направлениях в резонаторе четырехчастотного лазерного гироскопа, предназначен для одновременного детектирования интерференционных картин, независимо полученных для излучения левой и правой круговых поляризаций. Смеситель включает сводящий встречные лучи элемент, два направляющих глухих зеркала и один или два анизотропных элемента, состоящих из двух призм из левого и одной призмы из правого кристаллов оптически активного материала, обеспечивающих разведение по углу и координате лучей различных круговых поляризаций. Смеситель может содержать один анизотропный элемент, при этом в качестве сводящего встречные лучи элемента может быть использована треугольная призма, а на отражающие поверхности глухих зеркал нанесены полуволновые фазовые пластины. Смеситель может содержать два анизотропных элемента, а в качестве сводящего встречные лучи элемента может быть использовано полупрозрачное делительное зеркало. Технический результат - повышение точности за счет компенсации влияния магнитных полей. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к оптическим элементам, являющимся неотъемлемой частью лазерных гироскопов, применяемых в навигационной технике, и предназначено для получения сигналов вращения четырехчастотного лазерного гироскопа, планируемого к размещению в высокоточных инерциальных и интегрированных навигационных системах.
Перспективным для современных лазерных гироскопов является переход к четырехчастотному режиму работы, который позволит существенно повысить точность за счет компенсации магнитной составляющей ошибки измерений. Четырехчастотный лазерный гироскоп требует специальной системы детектирования и обработки сигнала, в частности необходима разработка нового оптического смесителя, позволяющего одновременно получать сигналы интерференции двух пар выходных лучей различной поляризации.
Известен оптический смеситель для лазерного гироскопа [1], решающий задачу получения интерференционной картины лучей, распространяющихся в резонаторе лазерного гироскопа во встречных направлениях. Применение данного оптического смесителя для четырехчастотного режима работы лазерного гироскопа невозможно, так как конструкция оптического смесителя не подразумевает разведения по углу и координате пар лучей различных круговых поляризаций для дальнейшего независимого детектирования их интерференционных картин.
Известны оптические смесители для четырехчастотного лазерного гироскопа [2], [3], решающие задачу одновременного получения разведенных интерференционных картин пар лучей различных круговых поляризаций. Использование данных оптических смесителей приводит к следующей проблеме.
Максимизация чувствительности четырехчастотного лазерного гироскопа с непланарным резонатором достигается выбором угла излома резонатора, обеспечивающего максимум соотношения эффективной площади резонатора к периметру. Данная конфигурация резонатора лазерного гироскопа ведет к существенному различию пропускания р- и s-компонент излучения выходным интерференционным зеркалом, что нарушает круговую поляризацию выводимого излучения, и, как следствие, приводит к неортогональности линейных поляризаций, получаемых пропусканием различных круговых поляризаций через четвертьволновую фазовую пластину. Данный эффект имеет следствием частичную потерю полезного сигнала при отсечении поляризатором одной из линейных поляризаций перед фотоприемным устройством, регистрирующим другую линейную поляризацию. Соотношение сигнал/шум уменьшается, что негативно сказывается на точностных характеристиках лазерного гироскопа.
Задачей настоящего изобретения является создание лишенного указанных недостатков оптического смесителя излучения с применением призм из оптически активного материала, имеющего различные показатели преломления для излучения с левой и правой круговыми поляризациями, обеспечивающего одновременное получение интерференционной картины встречных лучей левой круговой поляризации (ЛКП) и интерференционной картины встречных лучей правой круговой поляризации (ПКП), причем под встречными подразумеваются лучи, распространявшиеся во встречных направлениях (CW - по часовой стрелке, CCW - против часовой стрелки) в резонаторе четырехчастотного лазерного гироскопа.
Технический результат достигается тем, что оптический смеситель лучей, распространяющихся во встречных направлениях в резонаторе четырехчастотного лазерного гироскопа, предназначенный для одновременного детектирования интерференционных картин, независимо полученных для ЛКП и ПКП излучения, включает сводящий встречные лучи элемент, два направляющих глухих зеркала и один либо два анизотропных элемента, состоящих из двух призм из левого и одной призмы из правого кристаллов оптически активного материала, обеспечивающих разведение по углу и координате ЛКП и ПКП лучей, что достаточно для получения разнесенных в пространстве интерференционных картин для ЛКП и ПКП излучения.
В предпочтительном варианте исполнения оптический смеситель лучей содержит один анизотропный элемент, состоящий из двух призм из левого и одной призмы из правого кристаллов оптически активного материала, при этом в качестве сводящего встречные лучи элемента использована треугольная призма, а на отражающие поверхности глухих зеркал нанесены полуволновые фазовые пластины.
В другом варианте оптический смеситель лучей содержит два анизотропных элемента, состоящих из двух призм из левого и одной призмы из правого кристаллов оптически активного материала, а в качестве сводящего встречные лучи элемента использовано полупрозрачное делительное зеркало.
Предлагаемый оптический смеситель излучения с применением призм из оптически активных материалов (ОСИППОАМ) работает следующим образом.
Исходными сигналами для формирования выходных сигналов ОСИППОАМ являются лучи выходного излучения четырехчастотного лазерного гироскопа. Через выходное интерференционное зеркало четырехчастотного лазерного гироскопа в ОСИППОАМ поступают две пары лучей: ЛКП CW луч и ПКП CW луч; ЛКП CCW луч и ПКП CCW луч.
Используемые в составе ОСИППОАМ кристаллы из оптически активных материалов при пропускании излучения вдоль оптической оси имеют разные показатели преломления для ЛКП и ПКП излучения. В левом кристалле показатель преломления для ЛКП излучения меньше показателя преломления для ПКП излучения. В правом кристалле показатель преломления для ПКП излучения меньше показателя преломления для ЛКП излучения. На границе раздела левого и правого кристаллов излучение с ЛКП и ПКП имеют различный относительный показатель преломления, что приводит к разделению дальнейших оптических путей ЛКП и ПКП излучения.
Считывание сигналов от ЛКП и ПКП четырехчастотного лазерного гироскопа происходит на разных фотоприемных устройствах независимо и одновременно. Последующая математическая обработка сигналов позволяет обнулить магнитную составляющую ошибки четырехчастотного лазерного гироскопа.
Таким образом, применение ОСИППОАМ в составе четырехчастотного лазерного гироскопа позволит без потерь в соотношении сигнал/шум одновременно получать сигнал вращения от излучения различных круговых поляризаций, что позволит повысить точность лазерного гироскопа, а также создаваемых на его основе инерциальных навигационных систем нового поколения, благодаря компенсации влияния магнитных полей.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 и фиг. 2 приведены схемы предлагаемого оптического смесителя излучения соответственно с одним и двумя анизотропными элементами, состоящими из двух призм из левого и одной призмы из правого кристаллов оптически активного материала.
В соответствии с фиг. 1 оптический смеситель содержит один анизотропный элемент, состоящий из двух призм 1 из левого и призмы 2 из правого оптически активных кристаллов, приводящих к разделению оптических путей лучей разных круговых поляризаций; сводящий встречные лучи элемент 3, в качестве которого использована треугольная призма, и два направляющих глухих зеркала 4, обеспечивающих многократных проход излучения через призмы 1, 2, при этом на отражающие поверхности глухих зеркал 4 нанесены полуволновые фазовые пластины 5, компенсирующие изменение направления вращения вектора напряженности электрического поля в излучении с круговой поляризацией при отражении от глухих зеркал 4. Интенсивность излучения интерференционной картины регистрируют при помощи фотоприемных устройств 6, каждое из которых снабжено двумя фотодиодами.
На фиг. 2 изображена схема оптического смесителя, содержащего два анизотропных элемента, состоящих из двух призм 1 из левого и призмы 2 из правого оптически активных кристаллов, приводящих к разделению оптических путей лучей разных круговых поляризаций; сводящий встречные лучи элемент 3, в качестве которого использовано полупрозрачное делительное зеркало, пропускающее около 50% излучения одной поляризации и отражающее в том же направлении около 50% излучения другой поляризации; два направляющих глухих зеркала 4 с коэффициентами отражения, близкими к 100%.
Из анизотропного элемента, состоящего из двух призм 1 из левого и призмы 2 из правого оптически активных кристаллов, выходят разведенные по углу и координате ЛКП и ПКП лучи.
В схеме предлагаемого оптического смесителя излучения с одним анизотропным элементом, состоящим из двух призм 1 из левого и призмы 2 из правого оптически активных кристаллов, в соответствии с фиг. 1 сведение CW и CCW лучей обеспечивает сводящий встречные лучи элемент 3, в качестве которого использована треугольная призма. Разведение ЛКП и ПКП лучей усиливается многократным проходом через анизотропный элемент, при этом при повторных проходах излучение сохраняет направление вращения вектора напряженности электрического поля (ПКП остается ПКП, ЛКП остается ЛКП), так как на направляющие глухие зеркала 4 нанесены компенсирующие полуволновые фазовые пластины 5.
После многократного прохождения анизотропного элемента излучение поступает на фотоприемные устройства 6, где происходит детектирование смещений интерференционных картин.
Расчет угла разведения ЛКП и ПКП лучей анизотропным элементом из кристалла кварца дает значение 1°0'46'' для конфигурации: длина основания призмы 2-8 мм, высота призмы 2 - 1 мм, угол при вершине призмы 2 - 152°, число проходов через анизотропный элемент - 17.
В схеме предлагаемого оптического смесителя излучения с двумя анизотропными элементами, состоящими из двух призм 1 из левого и призмы 2 из правого оптически активных кристаллов, в соответствии с фиг. 2 излучение направляется с разных сторон на сводящий встречные лучи элемент 3, в качестве которого использовано полупрозрачное делительное зеркало, причем ЛКП и ПКП лучи сводятся на делительном зеркале в разных точках, так как были разведены по углу и координате анизотропным элементом. Делительное зеркало обеспечивает пропускание и отражение излучения приблизительно в равной степени, таким образом, в обоих направлениях от делительного зеркала распространяются пара ЛГП лучей и пара ПКП лучей. В составе каждой пары один CW луч и один CCW луч.
Слева от делительного зеркала ЛКП излучение поступает на фотоприемное устройство 6, регистрирующее смещение интерференционной картины. Справа от делительного зеркала ПКП излучение поступает на фотоприемное устройство 6, регистрирующее смещение интерференционной картины.
Расчет угла разведения ЛКП и ПКП лучей анизотропным элементом из кристалла сульфида ртути (киноварь, HgS) дает значение 1°0'40'' для конфигурации: длина основания призмы 2-8 мм, высота призмы 2-1 мм, угол при вершине призмы 2 - 152°.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент РФ №2617130, «Оптический интерференционный смеситель лазерного гироскопа».
2. Unites States Patent 4,141,651, Laser gyroscope output optics structure, 27.02.1979.
3. Unites States Patent 5,420,683, Multiosciilator ring laser gyro beam combining optics, 30.05.1995.
Claims (3)
1. Оптический смеситель лучей, распространяющихся во встречных направлениях в резонаторе четырехчастотного лазерного гироскопа, предназначенный для одновременного детектирования интерференционных картин, независимо полученных для излучения левой и правой круговых поляризаций, включающий сводящий встречные лучи элемент, два направляющих глухих зеркала и один либо два анизотропных элемента, состоящих из двух призм из левого и одной призмы из правого кристаллов оптически активного материала, обеспечивающих разведение по углу и координате лучей различных круговых поляризаций.
2. Оптический смеситель лучей по п. 1, который содержит один анизотропный элемент, состоящий из двух призм из левого и одной призмы из правого кристаллов оптически активного материала, при этом в качестве сводящего встречные лучи элемента использована треугольная призма, а на отражающие поверхности глухих зеркал нанесены полуволновые фазовые пластины.
3. Оптический смеситель лучей по п. 1, который содержит два анизотропных элемента, состоящих из двух призм из левого и одной призмы из правого кристаллов оптически активного материала, а в качестве сводящего встречные лучи элемента использовано полупрозрачное делительное зеркало.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018101600A RU2676835C1 (ru) | 2018-01-16 | 2018-01-16 | Оптический смеситель излучения с применением призм из оптически активных материалов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018101600A RU2676835C1 (ru) | 2018-01-16 | 2018-01-16 | Оптический смеситель излучения с применением призм из оптически активных материалов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2676835C1 true RU2676835C1 (ru) | 2019-01-11 |
Family
ID=65025082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018101600A RU2676835C1 (ru) | 2018-01-16 | 2018-01-16 | Оптический смеситель излучения с применением призм из оптически активных материалов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2676835C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2709428C1 (ru) * | 2019-05-21 | 2019-12-17 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" | Оптический смеситель излучения четырехчастотного лазерного гироскопа зеемановского типа |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5386288A (en) * | 1987-10-28 | 1995-01-31 | Litton Systems, Inc. | Split gain multimode ring laser gyroscope and method |
| US5420683A (en) * | 1987-10-01 | 1995-05-30 | Litton Systems, Inc. | Multioscillator ring laser gyro beam combining optics |
| US5751425A (en) * | 1996-12-30 | 1998-05-12 | Litton Systems, Inc. | Apparatus and method for detecting rotation rate, Faraday bias and cavity length in a ring laser gyroscope |
| RU2382333C2 (ru) * | 2006-01-27 | 2010-02-20 | Талес | Четырехмодовый гироскоп на стабилизированном твердотельном лазере без зоны нечувствительности |
| RU2617130C2 (ru) * | 2014-12-30 | 2017-04-21 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Оптический интерференционный смеситель лазерного гироскопа |
-
2018
- 2018-01-16 RU RU2018101600A patent/RU2676835C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5420683A (en) * | 1987-10-01 | 1995-05-30 | Litton Systems, Inc. | Multioscillator ring laser gyro beam combining optics |
| US5386288A (en) * | 1987-10-28 | 1995-01-31 | Litton Systems, Inc. | Split gain multimode ring laser gyroscope and method |
| US5751425A (en) * | 1996-12-30 | 1998-05-12 | Litton Systems, Inc. | Apparatus and method for detecting rotation rate, Faraday bias and cavity length in a ring laser gyroscope |
| RU2382333C2 (ru) * | 2006-01-27 | 2010-02-20 | Талес | Четырехмодовый гироскоп на стабилизированном твердотельном лазере без зоны нечувствительности |
| RU2617130C2 (ru) * | 2014-12-30 | 2017-04-21 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Оптический интерференционный смеситель лазерного гироскопа |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2709428C1 (ru) * | 2019-05-21 | 2019-12-17 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" | Оптический смеситель излучения четырехчастотного лазерного гироскопа зеемановского типа |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11268811B2 (en) | Non-interferometric optical gyroscope based on polarization sensing | |
| US11293757B2 (en) | Non-interferometric optical gyroscope based on polarization sensing and implementations of closed loop control allowing for slow phase modulation | |
| US9506759B2 (en) | Energy-efficient optic gyroscope devices | |
| US20120287441A1 (en) | Displacement Detecting Device | |
| JPH0466295B2 (ru) | ||
| JP2016004048A (ja) | 光学的誤差の低減した小型で低コストな共振器光ファイバジャイロスコープ | |
| EP2988096A1 (en) | Resonant fiber optic gyroscope with polarizing crystal waveguide coupler | |
| JP5588769B2 (ja) | 光学式計測装置 | |
| EP0502196B1 (en) | Optical interference angular velocity meter | |
| RU2676835C1 (ru) | Оптический смеситель излучения с применением призм из оптически активных материалов | |
| JPH04130213A (ja) | 光ファイバジャイロ | |
| EP0078931B1 (en) | Angular rate sensor | |
| US3717404A (en) | Apparatus for determining the position of an object in an arbitrary cross-section of a beam of radiation | |
| JPS6344136A (ja) | 偏光測定用ヘテロダインマイケルソン干渉計 | |
| RU2709428C1 (ru) | Оптический смеситель излучения четырехчастотного лазерного гироскопа зеемановского типа | |
| JPS59166873A (ja) | 光応用電圧・電界センサ | |
| JP2007218864A (ja) | 不感域のない４モード安定化半導体レーザジャイロ | |
| JPS5899761A (ja) | 光による電界，磁界測定器 | |
| JP2900052B2 (ja) | 微小変位計 | |
| JPS6097215A (ja) | 測長装置 | |
| JPH0352911B2 (ru) | ||
| JP2004361261A (ja) | 距離検出装置 | |
| JPS6326326B2 (ru) | ||
| JPH01186902A (ja) | ４ビームスプリッタプリズム | |
| JPH02253239A (ja) | 音響光学光スイッチ |