RU2709014C1 - Method for increasing q-factor of an optical circuit of an annular monoblock laser gyroscope - Google Patents
Method for increasing q-factor of an optical circuit of an annular monoblock laser gyroscope Download PDFInfo
- Publication number
- RU2709014C1 RU2709014C1 RU2018138304A RU2018138304A RU2709014C1 RU 2709014 C1 RU2709014 C1 RU 2709014C1 RU 2018138304 A RU2018138304 A RU 2018138304A RU 2018138304 A RU2018138304 A RU 2018138304A RU 2709014 C1 RU2709014 C1 RU 2709014C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- optical circuit
- monoblock
- gyroscope
- laser
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- G01C19/66—Ring laser gyrometers
- G01C19/661—Ring laser gyrometers details
- G01C19/662—Ring laser gyrometers details signal readout; dither compensators
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области лазерной техники и может быть использовано при создании высокоточных датчиков угловых скоростей навигационных систем, в частности, в бесплатформенных инерциальных навигационных системах.The invention relates to the field of laser technology and can be used to create high-precision angular velocity sensors of navigation systems, in particular, in strapdown inertial navigation systems.
Известно техническое решение лазерного гироскопа, разработанное американской фирмой «Honeywell» [Горенштейн И.А., Шульман И.А. Инерциальные навигационные системы./ Под ред. канд. техн. наук И.А. Горенштейна - Москва: Машиностроение, 1970. - 230 с. - С. 161-164]. Сущность конструктивного решения аналога раскрывает чертеж на Фиг. 1.The technical solution of a laser gyroscope developed by the American company Honeywell is known [I. Gorenstein, I. A. Shulman Inertial Navigation Systems./ Ed. Cand. tech. Sciences I.A. Gorenstein - Moscow: Engineering, 1970 .-- 230 p. - S. 161-164]. The essence of the structural solution of the analogue is disclosed by the drawing in FIG. 1.
Конструктивно система содержит: 1 - моноблочный корпус; 2 - аноды; 3,6 - зеркала с высокой отражательной способностью; 4 - цилиндрические каналы; 5 - катод; 7 - диафрагма; 8 - полупрозрачное зеркало; 9 - призма.Structurally, the system contains: 1 - monoblock case; 2 - anodes; 3.6 - mirrors with high reflectivity; 4 - cylindrical channels; 5 - cathode; 7 - aperture; 8 - translucent mirror; 9 - prism.
Корпус 1 прибора - монолитный блок из плавленого кварца, в котором сформированы цилиндрические каналы 4. Оси этих каналов лежат в одной плоскости и образуют равносторонний треугольник, в вершинах которого расположены зеркала 3, 6 и 8. Зеркала 3 и 6 имеют высокую отражательную способность в диапазоне рабочих длин волн излучения, что достигается, например, применением многослойного диэлектрического покрытия. Зеркало 8 является полупрозрачным, благодаря чему осуществляется вывод лучистой энергии из контура для съема выходного сигнала. Поверхность отражающего зеркала 3 выполнена в виде участка сферы большого радиуса, что позволяет значительно упростить юстировку оптического контура.The housing 1 of the device is a monolithic block of fused quartz, in which cylindrical channels are formed 4. The axes of these channels lie in the same plane and form an equilateral triangle, at the tops of which there are
Недостаток конструкции заключается в потерях лучистой энергии в зонах оптических зеркал 3, 6 и 8 за счет присутствующего эффекта переотражения. При этом технологические отверстия в зонах сопряжения оптических каналов контура моноблока создают дополнительный отрицательный эффект, выполняя функции низкодобротного оптического проходного резонатора с произвольной резонансной частотой в оптическом контуре на рабочей длине волны газового лазера. Это сказывается на качестве интерференционной картины, несущей информацию об угловой скорости объекта. Точность определения угловой скорости подвижного объекта становится затруднительной при малых угловых скоростях объекта из-за шумовой составляющей, формируемой оптическим сигналом в системе.The design drawback is the loss of radiant energy in the zones of the
Наиболее близкий способ к заявляемому способу реализован в моноблочной конструкции лазерного гироскопа, разработанного в ОАО "Научно-производственный комплекс "ЭЛАРА" имени Г.А. Ильенко [Лазерный гироскоп: патент РФ №2582900, МПК G01C 19/66 (2006.01); Заявка: 2014154547/28, 31.12.2014]. Сущность конструктивного решения прототипа раскрывает чертеж на Фиг. 2.The closest method to the claimed method is implemented in a monoblock design of a laser gyroscope developed at JSC ELARA Scientific and Production Complex named after G. Ilyenko [Laser gyro: RF patent No. 2582900, IPC G01C 19/66 (2006.01); Application: 2014154547/28, 12/31/2014]. The essence of the constructive solution of the prototype discloses the drawing in Fig. 2.
Лазерный гироскоп содержит многоугольный оптический моноблок 1 со сформированными в нем цилиндрическими оптическими каналами 4, зеркала полного отражения лучистой энергии 3 и преобразователь для съема информации в виде динамической интерференционной картины, совмещенный с полупрозрачным сферическим зеркалом 8. В качестве источника оптического излучения в конструкцию включен полупроводниковый лазерный диод 11, снабженный для обеспечения одномодового режима излучения внешним оптическим резонатором-расщепителем 12, имеющим форму усеченной призмы. Оптические каналы 4 сопрягаются с помощью технологических отверстий 10, которые по своей сущности могут выступать в роли низкодобротных оптически прозрачных резонаторов.The laser gyroscope contains a polygonal optical monoblock 1 with cylindrical
Недостатки конструкции прототипа аналогичны недостаткам аналога. Принципиальным моментом является отсутствие ограничений на конструктивно-технологическое решение технологических цилиндрических оптически прозрачных отверстий 10, создаваемых в зоне сопряжения оптических каналов моноблока. Это приводит к присутствию в оптическом контуре гироскопа некоторого дополнительного низкодобротного оптического резонатора с произвольной геометрией, а следовательно - с произвольной резонансной частотой. Его влияние является негативным из-за возникающих переотражений в его зоне, что снижает добротность оптической системы гироскопа в целом. При этом шумовая составляющая, формируемая оптическим сигналом в системе гироскопа, оказывает негативное влияние на точность измерения малых угловых скоростей объекта.The disadvantages of the design of the prototype are similar to the disadvantages of the analogue. The fundamental point is the absence of restrictions on the structural and technological solution of technological cylindrical optically
Сущность способа повышения добротности оптического контура в кольцевом моноблочном лазерном гироскопе с полупроводниковым лазерным диодом состоит в следующем.The essence of the method of increasing the quality factor of the optical circuit in a ring monoblock laser gyro with a semiconductor laser diode is as follows.
Кольцевой оптический контур моноблочного гироскопа образован тремя цилиндрическими оптическими каналами, тремя зеркалами отражения лучистой энергии и технологическими цилиндрическими оптически прозрачными отверстиями. Повысить добротность кольцевой оптической схемы можно путем компенсации потерь на переотражение лучистой энергии в каналах и зеркалах за счет трансформации технологических цилиндрических оптически прозрачных отверстий в высокодобротные оптические резонаторы типа Фабри-Перо, в которых резонансная длина волны равна рабочей длине волны гироскопа, т.е. равна рабочей длине волны полупроводникового лазера.The annular optical circuit of a monoblock gyroscope is formed by three cylindrical optical channels, three mirrors of reflection of radiant energy, and technological cylindrical optically transparent holes. The quality factor of a ring optical circuit can be improved by compensating for the loss of re-reflection of radiant energy in channels and mirrors due to the transformation of technological cylindrical optically transparent holes into high-quality optical resonators of the Fabry-Perot type, in which the resonant wavelength is equal to the working wavelength of the gyroscope, i.e. equal to the working wavelength of the semiconductor laser.
Общими признаками способа повышения добротности оптического контура в прототипе в аналоге и прототипе являются:Common signs of a method of improving the quality factor of the optical circuit in the prototype in the analogue and prototype are:
- источник лазерного излучения;- a source of laser radiation;
- зеркала отражения лучистой энергии;- mirrors of reflection of radiant energy;
- цилиндрические оптические каналы;- cylindrical optical channels;
- технологические цилиндрические оптически прозрачные отверстия.- technological cylindrical optically transparent holes.
Технический результат состоит в повышении добротности оптической схемы лазерного гироскопа за счет увеличения добротности цилиндрических оптически прозрачных резонаторов и направлен на снижение шумовой составляющей, формируемой оптическим сигналом в системе, что повышает чувствительность устройства при малых угловых скоростях объекта.The technical result consists in increasing the quality factor of the optical scheme of the laser gyroscope by increasing the quality factor of cylindrical optically transparent resonators and is aimed at reducing the noise component formed by the optical signal in the system, which increases the sensitivity of the device at low angular velocities of the object.
Заявляемый способ повышения добротности оптического контура реализуется следующим образом:The inventive method of increasing the quality factor of the optical circuit is implemented as follows:
- в цилиндрических оптически прозрачных резонаторах наносится светоотражающее покрытие, по крайней мере, на одну из его внутренних поверхностей, что позволяет совместно с зеркалами оптического контура создавать высокодобротные резонаторы Фабри-Перо для циркулирующей в оптическом контуре гироскопа лучистой энергии лазерного источника;- in cylindrical optically transparent resonators, a reflective coating is applied to at least one of its inner surfaces, which allows creating high-quality Fabry-Perot resonators together with the mirrors of the optical circuit for the radiant energy of the laser source circulating in the gyro optical circuit;
- геометрические размеры цилиндрических оптически прозрачных резонаторов должны обеспечивать резонансную длину волны, равную рабочей длине волны полупроводникового лазерного диода.- the geometric dimensions of the cylindrical optically transparent resonators should provide a resonant wavelength equal to the working wavelength of the semiconductor laser diode.
Общими для заявляемого способа и прототипа являются следующие признаки:Common to the proposed method and prototype are the following features:
- полупроводниковый лазерный диод;- semiconductor laser diode;
- многоугольный оптический моноблок;- polygonal optical monoblock;
- цилиндрические оптические каналы, сформированные в многоугольном оптическом моноблоке;- cylindrical optical channels formed in a polygonal optical monoblock;
- технологические цилиндрические отверстия в зонах сопряжения цилиндрических оптических каналов формируют низкодобротные оптически прозрачные резонаторы;- technological cylindrical holes in the mating zones of cylindrical optical channels form low-Q optically transparent resonators;
- зеркала отражения лучистой энергии, примыкающие непосредственно к граням оптического моноблока, которые совместно с цилиндрическими оптическими каналами и технологическими цилиндрическими отверстиями завершают формирование замкнутой кольцевой оптической схемы;- mirrors of reflection of radiant energy adjacent directly to the faces of the optical monoblock, which together with cylindrical optical channels and technological cylindrical holes complete the formation of a closed ring optical scheme;
Отличными от прототипа являются следующие признаки:Different from the prototype are the following features:
- по крайней мере, на одну из внутренних поверхностей оптически прозрачных резонаторов нанесено светоотражающее покрытие;- at least one of the inner surfaces of the optically transparent resonators has a reflective coating;
- геометрические размеры оптически прозрачных резонаторов определяют резонансную длину волны, равную рабочей длине волны полупроводникового лазерного диода.- the geometric dimensions of the optically transparent resonators determine the resonant wavelength equal to the working wavelength of the semiconductor laser diode.
Сущность заявляемого способа повышения добротности оптического контура раскрывает схема на Фиг. 3The essence of the proposed method for improving the quality factor of the optical circuit discloses the circuit in FIG. 3
В кольцевую оптическую схему прототипа, формируемую в моноблоке 1 на основе цилиндрических оптических каналов 4 и зеркал отражения лучистой энергии 3 и 8, вводятся дополнительные высокодобротные объемные резонаторы 15, сопряженные с оптическими каналами 4 (Фиг. 3а). При распространении оптического сигнала в контуре моноблока 1 потери в цилиндрических оптических каналах 4 и на зеркалах отражения лучистой энергии 3, 8 компенсируются усилением сигнала в объемных высокодобротных резонаторах типа Фабри-Перо (Фиг. 3б, в), чем достигается повышение добротности в оптическом контуре. Общая добротность системы становится больше. Вариант создания торцевого отражателя 13 в высокодобротном объемном резонаторе 15 приведен на Фиг. 3б. Комбинированный вариант - создание торцевого отражателя 13 и бокового отражателя 14, приведен на Фиг. 3в.In the annular optical circuit of the prototype, formed in a monoblock 1 on the basis of cylindrical
Использование заявляемого способа повышения добротности оптического контура в лазерном гироскопе позволяет модифицировать известные датчики угловых скоростей для навигационных систем объектов с целью минимизации потерь мощности и повышения их точностных характеристик путем снижения шумовой составляющей, формируемой оптическим сигналом в кольцевой оптической системе гироскопа.Using the proposed method for improving the quality factor of the optical circuit in a laser gyroscope allows you to modify the known angular velocity sensors for navigation systems of objects in order to minimize power losses and increase their accuracy by reducing the noise component generated by the optical signal in the ring optical system of the gyroscope.
Техническое решение, положенное в основу устройства, явным образом не следует из уровня техники. Кроме того, в процессе патентного поиска не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного способа.The technical solution underlying the device does not explicitly follow from the prior art. In addition, in the process of patent search did not reveal technical solutions having features that match the distinctive features of the claimed method.
Заявленный способ имеет существенные отличия от наиболее близких аналогов и удовлетворяет критерию патентоспособности изобретения - «новизна».The claimed method has significant differences from the closest analogues and meets the criterion of patentability of the invention - "novelty."
Заявленное устройство технически осуществимо и промышленно реализуемо на приборостроительном предприятии. В связи с изложенным, материалы заявки на предполагаемое изобретение соответствует уровню патентоспособности и промышленно применимо.The claimed device is technically feasible and industrially feasible at the instrument-making enterprise. In connection with the above, the materials of the application for the alleged invention corresponds to the level of patentability and is industrially applicable.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018138304A RU2709014C1 (en) | 2018-10-31 | 2018-10-31 | Method for increasing q-factor of an optical circuit of an annular monoblock laser gyroscope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018138304A RU2709014C1 (en) | 2018-10-31 | 2018-10-31 | Method for increasing q-factor of an optical circuit of an annular monoblock laser gyroscope |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2709014C1 true RU2709014C1 (en) | 2019-12-13 |
Family
ID=69006827
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018138304A RU2709014C1 (en) | 2018-10-31 | 2018-10-31 | Method for increasing q-factor of an optical circuit of an annular monoblock laser gyroscope |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2709014C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4141651A (en) * | 1977-01-10 | 1979-02-27 | Raytheon Company | Laser gyroscope output optics structure |
US4627732A (en) * | 1981-05-20 | 1986-12-09 | Raytheon Company | Mode discrimination apparatus |
RU2582900C1 (en) * | 2014-12-31 | 2016-04-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный комплекс "ЭЛАРА" имени Г.А. Ильенко (ОАО "ЭЛАРА") | Laser gyroscope |
-
2018
- 2018-10-31 RU RU2018138304A patent/RU2709014C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4141651A (en) * | 1977-01-10 | 1979-02-27 | Raytheon Company | Laser gyroscope output optics structure |
US4627732A (en) * | 1981-05-20 | 1986-12-09 | Raytheon Company | Mode discrimination apparatus |
RU2582900C1 (en) * | 2014-12-31 | 2016-04-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный комплекс "ЭЛАРА" имени Г.А. Ильенко (ОАО "ЭЛАРА") | Laser gyroscope |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Джексон Дж. "Классическая электродинамика", перевод с английского Г.В. Воскресенского и Л.С. Соловьева. Под редакцией Э.Л. Бурштейна. "Мир", Москва 1965. Всего - 703 стр.. * |
Н.А. Ус, С.П. Задорожний "Кольцевой моноблочный гироскоп с полупроводниковым лазерным диодом: особенности конструктивно-технологического решения", Вестник ВГТУ, том 12, стр. 65-71. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5096858B2 (en) | Optical resonator gyroscope and method for reducing resonance asymmetry error | |
JP2007139780A (en) | Optical gyroscope with free space resonator, and method of detecting inertial rotation speed | |
CN108195367B (en) | Optical fiber gyroscope with double sensitivity | |
WO2014180451A2 (en) | Optical carrier microwave gyroscope method for detecting angular velocity | |
RU2709014C1 (en) | Method for increasing q-factor of an optical circuit of an annular monoblock laser gyroscope | |
CN112066969B (en) | Double-light self-injection locking resonant micro-opto-electro-mechanical gyroscope based on optical phase-locked loop | |
US7414730B2 (en) | High precision interferometer apparatus employing a grating beamsplitter | |
CN112113556B (en) | High-sensitivity resonant micro-optical gyroscope based on self-injection frequency locking and detection method thereof | |
CN109781089B (en) | Resonant optical gyroscope based on Fano resonance effect | |
JP2009162629A (en) | Interferometer | |
JP2001066142A (en) | Resonance-type optical gyro | |
CN110702090B (en) | High-precision lock-zone-free laser gyro device and method | |
Zubarev et al. | A study of the temperature stability of the Zeeman laser gyro ring resonator | |
RU2655626C1 (en) | Laser gyroscope | |
RU2785441C1 (en) | Laser gyroscope | |
CN213180046U (en) | Active angular velocity detection device of large-scale equipment based on Sagnac effect | |
CN104882786B (en) | Prism and balzed grating, Combined external cavity semiconductor laser | |
RU2488773C2 (en) | Laser gyroscope | |
US5463652A (en) | Combining optics for ring laser gyro | |
RU2454630C1 (en) | Optic system of drift stabilised ring laser single-axis sensor of angular speed of laser gyroscope | |
CN218865115U (en) | Spatial triaxial laser gyro integrated prism | |
RU2617130C2 (en) | Optical interference mixer for laser gyro | |
Atashkhooei et al. | Adaptive optical head for industrial vibrometry applications | |
JP2000180184A (en) | Resonance type optical fiber gyroscope | |
RU2340873C1 (en) | Fibre-optic laser gyroscope |