SE448196B - Anod for ringlasergyron - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 448 196 - 2 tillstånd.

Fackmannen inser också, att om man kan använda en lägre anodström utan bortfall av glimurladdningen, så får man en betydande minskning av effektförbrukningen och följaktligen av värmeförlusterna i gyrot tack vare de lägre strömmarna. Det är därför ännu ett syfte med uppfinningen att åstadkom- ma ett ringlasergyro, som har reducerad effektförbrukning och värmeförlust.

Eftersom temperaturvariationer eller -gradienter i planet för den triangulära strukturen i ringlasergyrot orsakar flöde av gasströmmar, är det inte ovanligt att en felaktig ingângshastighet kan indikeras till följd av sådana gasströmmar. Eftersom ökning av fyllnadstrycket i gashâlrummet minskar känsligheten för temperaturvariation, inser man sålunda att en minskning i effektförbrukningen och följaktligen i värmeförlusterna kommer att öka stabili- teten hos själva ringlasergyrot. Det är sålunda ännu ett syfte med uppfinningen att öka stabiliteten hos ett ringlasergyro.

För att uppnå de ovannämnda syftena, liksom andra syften som e kommer att framgå från de bifogade ritningarna och den följande detaljerade beskrivningen, tillhandahåller föreliggande uppfinning en ny anod, som inkluderar ett skaftparti, vilket sträcker sig från det yttre av ringlasergyrots konstruktions- material till väsentligen intill laserstrålen. Ett yttre parti tillsluter hålrummet och tillåter elektrisk anslutning till detta. Enligt en utföringsform innefattar skaftet ett sfäriskt parti vid änden, intill laserstrålen, vilket förhindrar glimurladdning från att uppträda längs anodens skaftpartier. i en föredragen utföringsform är materialet i anoderna en titanlegering. Ett tunt skaft, eller stam, på anoden sträcker sig mellan ytterpartiet och det sfäriska partiet. Detta tunna skaft minimerar strökapacitans och resulterar i en anod som är motståndskraftig mot förstoftning.

Ovannämnda syften och efterföljande beskrivning förstås lättare med hänvisning till de bifogade ritningama, i vilka Fig. l schematískt visar ett representativt exempel på ett tidigare känt, gasfyllt gaslasergyro, som visar tidigare kända anoder och en katod, Fig. 2 schematiskt visar ett gasfyllt ringlasergyro med användning av en anod med särdragen enligt uppfinningen, och Fig. 3, 14, 5 och 6 representerar utskurna partier av Fig. 2, vilka illustrerar ytterligare utföringsformer av anoden enligt uppfinningen.

Fig. l visar ett gasfyllt ringlasergyro med anoder enligt känd teknik. innefattar ett kroppsparti 10, som typiskt sett är tillverkat av ett material med ultralág utvidgning såsom Cer Vit eller Zerodur, vilka material tillverkas av Owens Illinois Corporation och Schott. Zerodur exempelvis har en Gyrot 10 15 20 25 30 35 448 196 3 -8 x l0'8/°C. Vid varje spets av den triangelformade strukturen finns speglar 12, lll» och 16, vilka genom reflektion åstadkommer en bana genom hålrummet, vilket innefattar gaskapillärrör 18, 20 och 22. Spegeln l6 är av en speciell typ, som inbegriper piezoelektriska manöverdon, vilka böjer spegelmaterialet och därigenom medger ändringar av den totala banlängden för ringlasergyrot. Den valda gas, som finns i kapillärrören 18, 20 och 22, införs i hålrummet med hjälp av en anod 24, som kommunicerar med kapillärröret 20 och har förseglats vid tillverkningstillfället med en kallsvetsning 26. En andra anod 28, liknande anoden 24, är placerad så att den står i förbindelse med kapillärröret 22. Anoden 28 omfattar dock inte någon påfyilningsöppning. En katod 30, som kommunicerar med kapillärröret l_8, används för att fullborda den elektriska krets, som alstrar glimurladdningen. När lämplig spänning appliceras mellan katoden 30 och de två anoderna 24 och 28 för att alstra en glirnurladdning uppstår en strökapacitans, som representeras av kondensatorer 32 och 34 och illustreras med streckade linjer, på. grund av det mycket höga dielektriska indexet hos det keramiska eller glasmaterialet. Typiskt utvidgningskoeffícient på a = sett kan detta dielektriska index ligga mellan s = 9 och 10. Man inser att glimurladdning kommer att inträffa i kapillärhålrummen 18, 20 och 22 när effekt appliceras på katoden 30 och anoderna 21+ och 28. Det bör dock också noteras, att det också förekommer glimurladdning i införingsförbindelsekapillärerna 36, 38 och 40, vilka löper mellan anoderna och katoderna och hålrumsbanan. Glim- urladdningen i införingskapillärerna 36, 38 och 40 till anoderna och katoderna bidrar inte till förstärkningen i lasern och resulterar i skadliga effektförluster.

Dessutom var gastrycket i hålrummet hos detta tidigare kända ringlasergyroskop typiskt sett av storleksordningen 2 torr. Vid sådana låga tryck tenderar katoden 30 att undergå förstoftning, och den resulterande efteravgasningen reducerar ringlasergyrots livslängd. i Fig. 2 visas ett ringlasergyro med gasfyllt hålrum, som uppvisar särdragen enligt uppfinningen. För att underlätta förståelsen av uppfinningen kan noteras, att de delar av ringlasergyrot, som motsvarar de hos det tidigare kända ringlasergyrot, anges med samma hänvisningssiffror. Sålunda visas enligt uppfin- ningen ringlasergyrostommen 10 tillverkad av material med låg värmeutvidgning, t.ex. Zerodur. Ett hålrum innefattande kapillärrör 18, 20 och 22 omsluts av tre speglar 12, 14 och 16, såsom var fallet vid ringlasergyrot enligt känd teknik. I enlighet med uppfinningen är dock anoderna 42 och 41+ väsentligt mindre än anoderna 24 och 28 enligt känd teknik.

Som illustreras i Fig. 2, och än tydligare av anoden 42 i Fig. 3, omfattar en föredragen utföringsform av 'de unika anoderna enligt uppfinningen 10 15 20 25 30 35 448 196 4 en generellt häftstiftformad struktur med ett huvudparti 48, som tjänar till att avstänga det inre av det gasfyllda lasrande hålrummet 24 från den omgivande atmosfären, ett skaftparti 50 och ett sfäriskt ändparti 52. Även om de flesta material, som typiskt används som anoder såsom invar, niob, etc., är lämpliga som material för tillverkning av dessa nya anoder, så är ett speciellt lämpligt material för den i Fig. 3 visade anoden en icke-magnetisk titanlegering 6Al-4V eller rostfritt stål av typ 300.

Det- har visat sig, att den glimurladdning som förekommer i kapillär- rören 18, 20 och 22 kan förhindras från att ske ovanför bottenpartiet 54 av sfären 52 om diametern på den sfäriska änden är 3/4 (eller större) av införingshålet 36.

En typisk installation omfattar ett hål med 3,2 mm diameter och en sfär med en 2,14 mm diameter, fäst vid ett skaft med en total längd på ca 12,7 mm. Det har visat sig, att i en sådan installation förstoftning av anodskaftet 50 förhindras, eftersom glimurladdningen inte når skaftet, vilket befinner sig mellan sfären 52 och huvudpartiet 48 av anoden. Det har vidare visat sig, att ett skaftparti 50 med relativt liten diameter i förhållande till diametern på sfären ytterligare minskar strökapacitansen, och att skaftdiametern (vare sig den är stor eller liten) inte är kritisk med avseende på urladdningsströmstabilitet. Vidare indikerar beräkningar för att bestämma minimidiametern på ett skaft lämpat för användning för att undvika skador beroende på mekaniska resonansfrekvenser, att man kan använda skaft 50 med mycket små diameterar. Det har befunnits, att den reducerade strökapacitansen gör det möjligt att utnyttja ett fyllningstryck, som är större än vid tidigare kända ringlasergyron, utan att detta orsakar några plasmaoscillationer. l Fig. _14 visas en annan utföringsform av uppfinningen. Denna utförings- form liknar den som diskuterats i Fig. 3 ovan, med undantag av att den inte innefattar något huvudparti 48. l stället används en safirplatta 56, som är vakuumhårdlödd mot skaftpartiet 50 med användning av eutektisk silver-koppar- legering och titanpulver för att främja vätning, för att försegla det inre av hålrummet mot atmosfären. Vidare har det också visat sig, att niob och också Kovar är speciellt lämpliga för sfärpartiet 52 och skaftet 50 i anoden vid denna utföringsform. Tack vare den dielektriska karaktären på safirplattan 56 har det befunnits, att strökapacitansen mellan anodens huvudände 58 och glimurladd- ningen i kapillärrören 18, 20 och 24 i huvudsak har eliminerats. Vidare kräver den hårda polerade safirytan inte någon ombearbetning eller polering efter vakuumhårdlödningen.

Fig. 5 visar ytterligare en utföringsform, som reducerar strökapaci- tansen och ökar strömstabiliteten. Enligt denna Figur liknar anoden den som visas i Fig. 3, med undantag av att skaftet inte inneattar något sfäriskt parti 52. an! 10 15 20 4 4 8 1 9 6 ' 5 Även om denna utföringsform är mycket framgångsrik vad gäller att reducera strökapacitansen och öka strömstabiliteten, så har det visat sig att glimurladd- ningen under vissa betingelser gär uppför förbindelsebanan 36 och fördelas längs längden på skaftpartiet 50. Analys av anoder av denna typ, utsatta för glimurladdning, visar att skaftpartiet på anoden utsätts för förstoftning efter en viss tidrymd. Under vissa betingelser kan sådan förstoftning vara oacceptabel.

Det har dock befunnits, att om diametern på skaftet görs 3/4 (eller större) av införingshålet 36, så begränsas gasurladdningen till toppen på skaftet. Det har också visat sig, att "vandring" av urladdningen på toppen av skaftet kan förhindras genom formning av toppen till en halvsfär. Vandring av urladdningen orsakar en lågfrekvensinstabilitet hos glimurladdningen. _ Det har slutligen visat sig, att den i Fig. 6 visade utföringsformen också ökar glimurladdningsströmstabiliteten. Denna utföringsform liknar mycket den som ovan diskuterats med avseende på Fig. 5 och visas med ett skaftparti 50 med mindre längd. Ett kortare skaftparti är nödvändigt för korrekt drift om det material, av vilket anoden är tillverkad, är invar eller kovar. Detta fallet eftersom invar och kovar är magnetiska och följaktligen anoden själv inte kan utsträckas till inärheten av kapillärhålrummet 18, 20 eller 21+. Även om de unika anoderna enligt uppfinningen för användning vid ringlasergyron har beskrivits med avseende på speciell apparatur för att reducera strökapacitans och öka glimurladdningsströrnstabilitet , så är inte avsikten att dessa speciella hänvisningar skall betraktas som begränsningar av uppfinningens omfattning i annan mån än vad som anges i de efterföljande patentkraven.

Claims (2)

1. 0 15 20 448 196 - 6 PATENTKRAV l. Anod för användning i ett ring-lasergyroskop med en kropp som har ett optiskt resonanshâlrum innefattande ett kapillärrör (20) och ett införings- förbindelsekapillärrör (36), som förbinder det optiska resonanshâlrummet med den omgivande atmosfären, varvid anoden innefattar en huvuddel (48), där det radiellt sett yttre huvudpartíet är anordnat att samverka med laserkroppen (10) för att uppbäras därav och för dess avtätníng mot omgivningen med avseende på laserhålrummet, och att det radiellt sett inre huvudpartiet är avpassat att ansluta en ledare för att motta en elektrisk potential, en stamdel (50) anordnad i införingsförbindelsekapillärröret (36) och fast förbunden med det inre huvud- partiet för elektrisk kontakt med detta, och en sfärisk änddel (52) anordnad i införingsförbindelsekapillärröret (36) i närheten av det optiska hälrummet och fast förbunden med stamdelen (50) för elektrisk kontakt med denna, varvid införingsförbindelsekapillärröret (36) har en inre yta, och varvid stamdelen (50) och den sfäriska änddelen (52) har respektive yttre ytor som är anordnade pâ avstånd från införingsförbindelsekapillärrörets (36) inre yta, så att ett ringfor- migt uttrymme bildas, k ä n n e t e c k n a d av att både den sfäriska änddelen (52) och stamdelen (50) har diametrar minst 3/4 så stora som diametern för den inre ytan av in- föringsförbindelsekapillärröret (36).

2. Anod enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a d av att den sfäríska änddelen (52) har samma diameter som stamdelen (50). mv