SE448320B

SE448320B - RING LASER GYRO

Info

Publication number: SE448320B
Application number: SE7902823A
Authority: SE
Inventors: V E Sanders
Original assignee: Litton Systems Inc
Priority date: 1978-05-26
Filing date: 1979-03-29
Publication date: 1987-02-09
Also published as: GR66808B; NO791638L; GB2021851B; IT7948410A0; NZ189487A; FR2426887B1; JPS596520B2; IT1115066B; NL181953C; IL56658A; JPS54155794A; ES479075A1; BR7901915A; CH645718A5; NL7901581A; AU4398179A; NL181953B; SE7902823L; GB2021851A; CA1125895A

Description

10 15 -20 25 30' 35. 44-8 e 320 , 2 _ , heter._Låsningseffekterna beskrivs mer i detalj i skriften "Laser Applications".sammanställd av Monte Ross, Academic _PreaS, Inc., New York 1971, vari på sidorna 133 - zoo in- går en artikel "The Laser Gyro" av Frederick Aronowitz. 10 15 -20 25 30 ' 35. 44-8 and 320 , 2 _, The locking effects are described in more detail in the publication "Laser Applications" .compiled by Monte Ross, Academic _PreaS, Inc., New York 1971, where on pages 133 - zoo in- goes an article "The Laser Gyro" by Frederick Aronowitz.

Det är välkänt att huvudanledningen.till låsning är den ömsesidiga energispridníngen från var och en av . strålarna i den andra strålens riktning. Denna ömsesidiga sbridning,'eller bakåtstrålning, beskrivs detaljerat i ' nämnda artikel av E. Aronowità, sid 148 - 153. I korthet' kan sätas att frekvensskillnaden mellan två varandra mot- "riktade vågor i en ringlaser styrs av ekvationen _ . a tub sin Ü /åärttfär den momentana fasskillnaden mellan de varandra i motriktade vågorna, _ . a_är proportionell mot ringlaserns rotationshastighet K och I g t Vb är proportionell mot storleken nå bakåtstrålad ener- gi, g i g- För det fall att a är mindre än b5 blir interfe- -grensfrekvensen lika med noll, varvid ringlasern kommer att låsas; För att få en gyroskoputsignal som är represen- *tativ för ringlaserkroppens rotation så måste a vara större -änïb, g i -1 " i VEtt sätt att undvika låsning är att ge ringlaser- :kropnen en mekanisk svängning; Genom att försätta lasern iyvibration eller darrning blir en rotationshastighet-över- lagrad på gyroskonet så att a mestadels är större än b, "varvid effekten av b blir minimal eller helt elimineras. _En gyro som omfattar mekaniska darrningsorgan beskrivs i amerikanskt patent 4 115 011m V _' 7 1' Ett annat känt sätt.att göra låsningseffekten- 'minimal är att åstadkomma.en_riktad vibrering av det mag- Änetíska fältet i en faradaycell,-somfanordnats i ring- 1 laserbanan, I ringlaserkaviteten omvandlas linjärt polari- serade laservågor till cirkulärt polariserat ljus, vars x» 10 15 20 ,25 448 sza 3 'vektor roterar i samma riktning som lindningen i faraday- »cellen.“De cirkulärt polariserade ljusvågorna påverkas >av_det magnetiska fältet när de passerar genom faraday-- cellen; varvid en förlängning eller förkortning av den optiska banlängden uppträder i beroende av fältets rikt- .ning ooh den riktning i vilken vågorna utbreder sig. Efter att ha lämnat faradaycellen återomvandlas-det cirkulärt polariserade ljuset till.linjärt polariserat ljus. Genom ' att låta strömmen i faradayoellens_lindníng svänga kommer även det magnetiska fältet att svänga och därmed variera de optiska banlängderna för de varandra motriktade vågorna på ett direkt sätt; Även detta kan utnyttjas för att göra a större än b i den ovan givna ekvationen, så att låsnings- 1 effekten blir minimalj Utnyttjandet av en faradaycell med magnetisk vibration förklaras i ovan angiven artikel av .F._Aronowitz, sid 157 - 153.It is well known that the main reason.for locking is the mutual energy distribution from each of. the rays in the direction of the other ray. This mutual sbridning, 'or backward radiation, is described in detail in 'the said article by E. Aronowità, pages 148 - 153. In brief' can be set that the frequency difference between two "directional waves in a ring laser are controlled by the equation _. a tub sin Ü / åärttfär the instantaneous phase difference between each other in the opposite waves, _. a_ is proportional to the rotational speed of the ring laser K and I g t Vb is proportional to the magnitude of the backward radiated energy gi, g i g- In case a is less than b5, the interference the cut-off frequency equal to zero, whereby the ring laser comes to be locked; To obtain a gyroscope output signal that is * tripod for the rotation of the ring laser body, a must be larger -änïb, g i -1 "i One way to avoid locking is to give ring laser : the body a mechanical oscillation; By moving the laser vibration or tremor becomes a rotational speed stored on the gyro cone so that a is mostly larger than b, "whereby the effect of b is minimal or completely eliminated. A gyro comprising mechanical tremors is described in U.S. Patent 4,115,011m W 7 1 'Another known way.to make the locking effect- minimal is to achieve a directional vibration of the stomach. The genetic field of a faraday cell, arranged in a ring 1 laser path, In the ring laser cavity, linearly polarized laser waves to circularly polarized light, whose x » 10 15 20 , 25 448 sza 3 'vector rotates in the same direction as the winding in faraday- »The cell.“ The circularly polarized light waves are affected > of_the magnetic field as they pass through faraday-- cells; wherein an extension or shortening thereof optical path length occurs depending on the direction of the field .ning ooh the direction in which the waves propagate. After having left the faraday cell is re-transformed circularly polarized light to.linearly polarized light. Through 'to let the current in the faradayoellens_lindníng swing will also the magnetic field to oscillate and thus vary the optical path lengths of the opposite waves in a direct way; This too can be used to do a greater than b in the equation given above, so that the locking 1 the effect is minimal The utilization of a faraday cell with magnetic vibration is explained in the above article by .F._Aronowitz, pp. 157 - 153.

De ovan anförda antilåsningsmetoderna är passiva, dvs} de är ej beroende av.något aktivt laserförstärknings-I medium; Med dessa metoder erhålles även effekter sedda i utbredningsriktningen för vågorna i laserbanan, vilka effekter är lika med men motriktade de effekter som utbre- gderjsig*i,motsatt riktning.The above anti-locking methods are passive, that is, they are not dependent on any active laser gain medium; With these methods, effects seen in the direction of propagation of the waves in the laser path, which effects are equal to but opposite to the effects gderjsig * in, opposite direction.

' Redogörelse för-uppfinningen För den följande beskrivningen kommer de två var- randra motriktade resonansvågorna i en ringlaserkavitet, vilka kombineras för att ge rotationsinformation, att be- nämnas "primära vågor"; Ett ändamål med den föreliggande uppfinningen är att göra läsningen mellan primära vågor, ¿ som utbreder sig mot varandra, minimal i en ringlaser- 30 35 kayitet genom att man ínmatar ytterligare vågor i denna ringlaserkavitet. Dessa ytterligare vågor eller sekundära lvågor, svänger med frekvenser som skiljer sig från de pri- emärafvågornas frekvenser och sammanförs med primärvågorna _;via laserförstärkningsmediet för att alstra en antilås- ningseffekt.Disclosure of the Invention For the following description, the two var- edge the opposite resonant waves in a ring laser cavity, which are combined to provide rotation information, to mentioned "primary waves"; An object of the present the invention is to make the reading between primary waves, ¿Extending towards each other, minimal in a ring laser 30 35 kayitet by feeding additional waves into it ring laser cavity. These additional waves or secondary waves, oscillating at frequencies different from the pri- the frequencies of the emerald waves and are combined with the primary waves via the laser amplification medium to generate an anti-lock effect.

Vid en utföringsform av uppfinningen genereras exempelvis fyra oscillerande resonansvågor inom ringlaser- 10 15 20 25 .~ is44ß-s20 - 4 kaviteten: Dessa fyra vågor kan genereras genom att laser- _kaviteten sidoavstämes så att de två primära vågorna_ arbetar vid en frekvens som ligger något på sidan om 'fl V centrum_förelaserförstärkningskurvan medan två svagare _ seknndära_vågor svänger med frekvenser på förstärknings~ kurvan något ovanför tröskelvärdet. Tröskelvärdet defini- eras här som det område på förstärkningskurvan där en resonansvåg börjar att förstärkas i laserförstärknings- mediet. Via det aktiva förstärkningsmediet sammanförs de två sekundära vågprna med de två starka vågorna för att alstra en darrningseffekt på'$. Denna darrningseffekt som 'ipåläggesíﬁisom ett resultat av sammanförning av svaga och ~starka vågor motverkar låsningskomponenten i ekvationen och nedbringar eller helt undanröjer denna komponent. 1-H' Ä* it _ En.annandntföringsform av uppfinningen innefattar en störningssvängning från en yttre laserkälla. Två laser- strålar kan inmatas i ringlaserkaviteten i~en ringlaser för två vågor. De inmatade vågorna§ som går i var sin rikt- ning,.erhåller förstärkning av lasermediet och sammanförs därvid med de två primära vågorna_som genereras i ring- -lasern. Dessa inmatade vågor, vilka har andra frekvenser än de primära-vågorna, sammanförs med de primära vågorna för att ge en darrningseffekt på skillnadsfrekvensen. Darr- ningen reducerar eller eliminerar koppling mellan de båda varandra motriktade primära vågorna och reducerar eller 7 eliminerar därmed låsning.In one embodiment of the invention is generated for example, four oscillating resonant waves within the ring laser 10 15 20 25 . ~ is44ß-s20 - 4 cavity: These four waves can be generated by laser the cavity is side-tuned so that the two primary waves_ works at a frequency that is slightly on the side 'fl V center_lectar reinforcement curve while two weaker _ secondary_waves oscillate with frequencies on gain ~ the curve slightly above the threshold. The threshold value is defined eras here as the area on the gain curve where one resonant wave begins to be amplified in the laser amplification the medium. They are brought together via the active reinforcement medium two secondary waves with the two strong waves to generate a tremor effect of '$. This trembling effect as is imposed as a result of the amalgamation of weak and ~ strong waves counteract the locking component in the equation and reduces or completely eliminates this component. 1-H 'Ä * it Another embodiment of the invention includes an interference oscillation from an external laser source. Two laser beams can be fed into the ring laser cavity in a ring laser for two waves. The input waves§ that go in different directions receive amplification of the laser medium and merge thereby with the two primary waves_ generated in the ring laser. These input waves, which have other frequencies than the primary waves, are merged with the primary waves to give a tremor effect on the difference frequency. Trembling- reduces or eliminates coupling between the two mutually opposite primary waves and reduces or 7 thus eliminates locking.

En ytterligare utföringsform av uppfinningen ut- -nyttjar en del av en av de varandra motriktade vågorna i _' s_ringlasern som en yttre källa. I detta fall där tvâ primära e* 30 35 vens och mättas, varefter den åter inmatas i ringlasern. fvågor_i ringlasern har tillräcklig förstärkning för att svänga, nttas en del av den ena vågen från ringlaserkavi- teten via en partiellt reflekterande spegel. Den nttagna delen blir kopplerskiftad för att ändra.sin resansfrek- Denna dopplerskiftade Våg¿ som uppvisar en.nägot annor- _' lunfa frekvens, återförenas med den ursprungliga primära* _ " ilj' Z' “ 7vâgen'oeh förorsakar en darrning-som reducerar låsning.A further embodiment of the invention -use part of one of the opposite waves in _ ' s_ringlaser as an external source. In this case where two primary e * 30 35 and saturated, after which it is fed back into the ring laser. fvågor_i ringlaser has sufficient gain to turn, part of one wave is taken from the ring laser cavity via a partially reflecting mirror. The taken the part becomes clutch-shifted to change its travel frequency. This Doppler-shifted Våg¿ which has a slightly different _ _ lunfa frequency, reunited with the original primary * _ "ilj 'Z'“ 7vâgen'oeh causes a tremor-which reduces locking.

Ch 10 15 20 25 sol 35' ,vensen för att sedan återinmatas i kaviteten till 448 520 5. tKÄndamålet med den föreliggande uppfinningen är även att åstadkomma organ för att kombinera delar av huvudvågorna för erhållande av signaler som representerar hastighet och riktning för lasergyroskopets rotation.- Uppfinningen innefattar även en anordning för övervakning och optimering av lasergyroskopets kavitetslängd, så att -resonansvågorna svänger mef önskad frekvens på förstärk- ningskurvan. 7 Andra ändamål, egenskaper och fördelar med den föreliggande uppfinningen~kommer_att framgå av den följande 'beskrivningen.- Föredragna utföringsformer “ Den följande beskrivningen kommer att mer i detalj- 'ange olika föredragna utföringsformer av uppfinningen, vilken sålunda kommer att beskrivas under hänvisning till bifogade ritningar, där l "i fig, 1 visar en första utföringsform där en styr- i krets reglerar kavitetslängden så att två starka primära .vågor och två svagare sekundära vågor genereras i förstärk- ningsmediet, ffig. 2 och 3 visar hur resonanskavitetens optiska frekvens kan avstämmas så att resinansvågorna i kaviteten arbetar vid önskade punkter på laserförstärkningskurvan, Vfig. M visar hur sidoavstämning av en laserkavi- tet kan ske för att svagare sekundära vågor skall samman- föras med starkare primära vågor, så att låsning mellan två varandra motriktade primära vågor reduceras, -fig. 5 visar en andra utföringsform av uppfinning- -en, där sekundära vågor genereras av en yttre laserkälla och inmatas i resonanskaviteten för att sammanföras med varandra motriktade primära vågor och afig. 6 visar en tredje utföringsform av uppfinning- en där en del av en primär våg uttas från ringlaserns _resonanskavitet och dopplerskiftas med avseende på frek- att _sammanföras med den primära strålen.Ch 10 15 20 25 solar 35 ' , the vence and then re-fed into the cavity to 448 520 5. The object of the present invention is also to provide means for combining parts of the main waves for obtaining signals representing speed and direction of rotation of the laser gyroscope.- The invention also comprises a device for monitoring and optimizing the cavity length of the laser gyroscope so that the resonant waves oscillate with the desired frequency on the amplifier- curve. 7 Other purposes, features and benefits of it The present invention will become apparent from the following 'the description.- Preferred embodiments “The following description will be described in more detail. indicate various preferred embodiments of the invention, which will thus be described with reference to attached drawings, where l "i Fig. 1 shows a first embodiment where a control i circuit regulates the cavity length so that two strong primary .waves and two weaker secondary waves are generated in amplification medium, ffig. 2 and 3 show how the resonant cavity optical frequency can be tuned so that the resin waves in the cavity works at desired points on the laser gain curve, Vfig. M shows how the lateral alignment of a laser cavity can occur for weaker secondary waves to coalesce carried with stronger primary waves, so that locking between two opposing primary waves are reduced, -fig. 5 shows a second embodiment of the invention. -en, where secondary waves are generated by an external laser source and fed into the resonant cavity to be combined with opposing primary waves and afig. 6 shows a third embodiment of the invention one in which a portion of a primary wave is removed from the ring laser resonant cavity and Doppler shift with respect to frequency to _connected with the primary beam.

Såsom angivits ovan kan skillnadsfrekvensen eller 10' Ås, 20 -_25 30 A35 sekvationen if44ss32o 6 interferensfrekvensen, som utgör resultatet av kombina- ,tionen av två primära motriktade resonansvågor inuti fm ringlaserkaviteten; uttryckas enligt ekvationen V' = där w å'momentan fasskillnad mellan varandra motriktade ivågor, ¿ ~_a = ett mot ringlasergyroskopets rotationshastighets -proportíonellt värde och ' s b_: ett mot storleken på bakåtriktad energi propor- ": tionellt värde. _ _ _'h_ Den andra termen på ekvationens högra sida (b sin W) representerar den koppling som blir resultatet av den bakåtriktade'energispridningen¿ För små rotations- _ hastigheter är'a mindre än b och W går mot noll. I denna "situation blir.ringlasergyroskopet låst och avger ej någon' utsígnal som representerar den verkliga rotationen. Vid s små men bestämda rotationshastigheter har ringlasern allt- så ej någon god funktion som gyroskop. 7 7Genom.att fysiskt åtgärda ringlasern på ett sådant sätt att interferensfrekvensen störs sinusformigt kommer en tídsberoende tilläggsterm att tillföras den ovan givna ekvationen så att den blir 7 '-_ im~= a.+ basin W + c - cosmt sI den nya ekvationen representerar c och w ampli-s ituden respektive frekvensen för den störning som pâlagts_ skillnadsfrekvensen_w} Löses den_nya ekvationen med avseende på w(t) ger 7en.god_approximation den resulterande ekvationen I c - -cos at w 7 _ w Om värdena på c och m väljes så att JO = noll blir 10 15 '_20 30' 35 448 sang W-(t) = at och låsningstermen i den ursprungliga skillnadsfrekvens- ekvationen är undanröjd. I den följande beskrivningen 'av uppfinningen åstadkommes en dylik ytterligare stör~ ningseffekt på skillnadsfrekvensen genom införande av ytterligare strålar eller frekvenser i ringlaserkavitetenn för att sammanföras med de primära resonansvågorna. Effek~ ten av dessa ytterligare störningsvågor¿ eller sekundära vågor, beskrivs genom tilläggstermen c-cos mt såsom för- klarats ovan. Genom att styra storlek och frekvens på de sekundära vågorna kan termerna c och w manövreras så att. låsning undvikes i ringlasergyron.As stated above, the difference frequency or 10 ' Ridge, 20 -_25 30 A35 the equation if44ss32o 6 the interference frequency, which is the result of the combination , the tion of two primary opposite resonant waves inside fm the ring laser cavity; expressed according to the equation V '= where the momentary phase difference between them is opposite ivågor, ¿ ~ _a = one against the rotational speed of the ring laser gyroscope -proportional value and ' s b_: one proportional to the magnitude of the backward energy ": national value. _ _ _'h_ The second term on the right side of the equation (b sin W) represents the coupling that results of the reverse 'energy dissipation¿ For small rotational _ velocities are'a less than b and W goes towards zero. In this "situation, the ring laser gyroscope is locked and does not emit any" output signal representing the actual rotation. At s small but fixed rotational speeds, the ring laser has so no good function as a gyroscope. 7 7By physically repairing the ring laser on one way that the interference frequency is disturbed sinusoidally will a time-dependent additional term to be added to the one given above the equation so that it becomes 7 '-_ im ~ = a. + basin W + c - cosmt sIn the new equation, c and w represent ampli-s in the respective frequency of the disturbance imposed_ difference frequency_w} Solves the_new equation with respect to w (t) gives 7en.god_approximation the resulting equation I c - -cos at w 7 _ w If the values of c and m are chosen so that JO = zero 10 15 '_20 30 ' 35 448 sang W- (t) = at and the locking term in the original difference frequency the equation is eliminated. In the following description of the invention such an additional disturbance is provided effect on the difference frequency through the introduction of additional beams or frequencies in the ring laser cavity to be combined with the primary resonant waves. Effect ~ of these additional disturbance waves¿ or secondary waves, is described by the additional term c-cos mt as cleared above. By controlling the size and frequency of the secondary waves, the terms c and w can be operated so that. locking is avoided in ring laser gyros.

Pig. 1 visar ett ringlasergyroskop 2. Laserkroppen 4.är tillverkad av kvarts och en avtätad kavitet 6 inuti är fylla med 90 % och två katoder 12, 1H är anbringade vid Iaserkroppen helium och 107% neon. Två anoder 8¿-10 Gasblandningen i områdena mellan katoden 12 och katoden'14 och anoden 10 är elektriskt laddad för att ge en gasplasma, som tjänar som förstärk- kaviteten 6. och anoden 3 'ningsmedium för att generera och förstärka resonanta laservågor inuti kaviteten 6, Tre dielektriska speglar 16, 18; 20 är anordnade i de tre hörnan av den triangelformade resonanskaviteten 6. Dessa speglar omfattar flera skikt av dielektrisk beläggning på i och för sig känt sätt.Pig. 1 shows a ring laser gyroscope 2. The laser body 4.is made of quartz and a sealed cavity 6 inside is filling with 90% and two cathodes 12, 1H are attached to The laser body helium and 107% neon. Two anodes 8¿-10 The gas mixture in the areas between the cathode 12 and the cathode 14 and the anode 10 are electric charged to give a gas plasma, which serves as an amplifier cavity 6. and the anode 3 medium for generating and amplifying resonances laser waves inside the cavity 6, Three dielectric mirrors 16, 18; 20 are arranged in the three corners of the triangular resonant cavity 6. These mirrors comprise several layers of dielectric coating in a manner known per se.

I '_ Spegeln ZÛ är partiellt reflekterande, vilket med- ger att en liten del av de ringlaservågor som träffar spegeln passerar_genom densamma. Delar av de två varandra imotriktade vågorna, som utbreder sig i kaviteten 6 längs den bana som representeras av linjen 22, passerar genom *spegeln och sammanförs i en prismaanordníng ingående i kombinerar- och fotodetektorenheten 23 för att bilda ett kammönster. Detta mönster mottas av fotokänsliga detektore, er och de signaler som genereras däri överförs i ledare 24 till standarddatareducerings- och logikkretsar 26, som bestämmer hastighet och riktning för rotationen. En mera 'detaljerad beskrivning av kombinationen av de varandra 10 15 20 25 443] 320- 8 motriktade vågorna ooh bearbetningen av informationen som erhålles därur ingår i tidigare anförd artikel av F--Aronowitz,-sid 139 --1H1. ' 'Laserstrålfrekvensen styrs genom reglering av 7 e kavitetslängden, dvs. av det avstånd som laservågorna går under ett helt varv av banan 22. Det är vanligen önskvärt -att reglera eller avstämma kavitetslängden, så att de vågor som kan komma i resonans i kaviteten, ligger i centrum av intensitetsfördelningskurvan (förstärknings- kurvan) för det aktuella laserförstärkningsmediet. För att reglera kavitetslängden är spegeln 16 anbringad på laser- 'kroppen_4 på ett sådant sätt att den kan förflyttas inåt oeh utåt._På baksidan av spegeln 16 är en stapel piezo- elektriska element anordnade. Kavitetslängdstyrningen sker genom oscillering eller darrning_av sprgeln 16 med hjälp av växelström som tillförs de piezoelektriska elementen 28; Eftersom spegeln 16 oseillerar med en given frekvens kommer den i-fotodetektorenheten 23 genererade intensi- tetssignalen.att variera i motsvarighet därtill, vilken intensitetssignal matas över ledningen 30 till styrkret- sen 82, som är av standardtyp för slutna kavitetslingor.The mirror ZÛ is partially reflective, which gives that a small part of the ring laser waves that hit the mirror passes_by the same. Parts of the two each other counter-waves, which propagate in the cavity 6 along the path represented by line 22 passes through * the mirror and assembled in a prism device included in combiner and photodetector unit 23 to form one comb pattern. This pattern is received by photosensitive detectors, and the signals generated therein are transmitted in conductors 24 to standard data reduction and logic circuits 26, which determines the speed and direction of rotation. One more 'detailed description of the combination of each other 10 15 20 25 443] 320- 8 the opposite waves ooh the processing of the information obtained therefrom is included in the previously cited article by F - Aronowitz, -page 139 --1H1. ' 'The laser beam frequency is controlled by regulating 7 e cavity length, ie. of the distance that the laser waves travel during a full lap of lane 22. This is usually desirable -to regulate or tune the cavity length, so that they waves that can resonate in the cavity, lie in center of the intensity distribution curve (amplification curve) of the current laser gain medium. In order to To regulate the cavity length, the mirror 16 is mounted on the laser 'body_4 in such a way that it can be moved inwards oeh outwards._On the back of the mirror 16 is a stack of piezo- electrical elements arranged. The cavity length control takes place by oscillation or trembling_of the question 16 with help of alternating current supplied to the piezoelectric elements 28; Since the mirror 16 oscillates at a given frequency the i-photodetector unit 23 generated intensity to vary correspondingly, which intensity signal is fed over line 30 to control circuit sen 82, which is of the standard type for closed cavity loops.

Denna krets bestämmer var resonansvågorna i kaviteten be- -lfinner sig på förstärkningskurvan och reglerar den nomi- nella kavitetslängden genom ökning eller minskning av lik- strömssignalen, som matas längs ledaren 34 till de piezo- _elektriska elementen 28. En ingående diskussion av detta slags kretsar ingår i NASA report No. CR-132 261 "Design 'lfend Development oi the AA 1300 Aboz Leeer syre" ev T.J.e 30 35 , Peagereki een D.N._Thymien, 197s_eid. 10 - 11, Vid utföringsformen enligt fíg. 1 åstadkommes :darrningen av skillnadsfrekvensen mellan de primära, 'varandra motriktade vågorna i kaviteten medelst sídoav- stämning av akvitetslängden. I fig. 2 visas ekempelvis' laserförstärkníngskurvan H4, dvs§ intensitetsfördelningen av ljus som utstrålas i laserförstärkningsmedieplasmat som funktion av den optiska frekvensen för dylikt ut- Strålat ljus. Såsom är välkänt kommer endast vissa frek- fa 10 15 25 '30 44sis2un an: V9 venser i resonans, dvs. att bli förstärkta, i ringlaser- kaviteten. Frekvensmellanrummet mellan dessa resonans- vågor sestämmes av ljushastigheten (c) dividerad med ban- ilängden (L) eller den vägsträcka som vågen tillrygga- 1 lägger då den har fulländat ett helt varv runt laserbanan. 7 I fig. 2 representerar linjerna 36, 38 de medurs- respektive motursvågor som föreligger vid en given fre- kvens när ringlaserkaviteten är avstämd på centrum av íforstärkningskruvan_4H. Linjerna_H0, 42 och linjerna 46, u H8 representerar de närmaste vagorna på den optiska fre- kvensskalan som också skulle kunna föreligga inom kavi- teten utom i det fall då något förstärkningsmedium, som gskulle förstärka dessa andra vågor i kaviteten 6, före- Aligger. Intensitetsnivån, som representeras av den streck- ade linjen 50, anger den tröskel eller nivå ovanför vilken laserförstärkningsmediet kommer att förstärka resonans- vågorna inom kaviteten.' ,»För den i fig. 1 visade utföringsformen åstadkom- a mes sidoavstämningen av kavitetslängden genom reglering 20 av likströmskqmponenten hos den elektriska signalen som* ínmatas_på de_piezoelektriska elementen 28, så att kavi- "tetslängden sidoavstämmes för att huvudvågorna 36, 38 skall förskjutas från förstärkningskurvans centrum. Till- k,räcklig sídoavstämning måste åstadkommas för att de sekun- dära resonansvågorna¿ som kommer att svänga över tröskeln, skall komma in i resonanskaviteten 6. Pig. 3 visar hur kavitetsländen är reglerad så att resonansvågorna 38, 38 är b ortflyttade från förstärkningskurvans HH centrum så smycket att de sekundära vågorna HO, H2 medges svänga "något över tröškelvärdet på förstärkningskurvan. _ Den sekundära vågen H0,_som utbreder sig medurs _i kaviteten, kommer nu att sammanföras med eller kopplas _ _till den starkare primära vågen 36, som utbreder sig i .ru kaviteten 6 väl över tröskelvärdet och i samma riktning.i ~* ast Detta kommer att medföra en darrningseffekt på m-termen ii skillnadsfrekvensekvationen¿ På samma sätt kombineras den motursriktade sekundära vågen 42_med den primära vågen 10 15 20* 25 20 '35 4i4ä pdšzo f '10 38 för erhållande av darrningseffekten, Störningsvågornasp _40, H2 effekt kan uttryckas med termen c - cos mt i den ovan givna ekvationen. Genom reglering av vågornas H0, 42 intensitet längs förstärkningskurvan liksom av den fre- kvens vid vilken de kommer i svängníng, så kan c och m i ekvationen styras för nedbringande av låsningseffekterna, , såsom förklarats ovanf Pig. 4 återger grafiskt hur sidoavstämning påverkar 7 'låsníngsfrekvensen mellan de primära vågorna 36, 88 i ett bestämt exempel. Sidoavstämningen definieras som en av- stämning av ringlaserns banlängd så att den optiska fre- kvensen för de primära vågorna förskjuts från förstärk- I ningskurvans centrum. Observera att låsningen i fig. 4 var praktiskt taget eliminerad i ett fall när kavitetbanläng- den sidoavstämdes så att de primära vågorna låg 150 MHZH från förstärkningskurvans centrum. 0 I _ En annan utföringsform av uppfinningen återges i fig. 5. Denna ntföringsform innefattar en dubbelvågigi ringlaser.i likhet med ringlasergyroskopet enligt fig. 1.This circuit determines where the resonant waves in the cavity are finds itself on the gain curve and regulates the nominal the cavity length by increasing or decreasing the the current signal, which is fed along the conductor 34 to the piezo _electric elements 28. An in-depth discussion of this such circuits are included in NASA report no. CR-132 261 "Design 'lfend Development oi the AA 1300 Aboz Leeer syre "ev T.J.e 30 35 , Peagereki a D.N._Thymien, 197s_eid. 10 - 11, In the embodiment according to fig. 1 is achieved : the tremor of the difference frequency between the primary, 'the opposite waves in the cavity by means of tuning of the length of the equity. Fig. 2 shows, for example, the laser gain curve H4, ie§ the intensity distribution of light emitted in the laser amplification media plasma as a function of the optical frequency of such output Radiated light. As is well known, only certain frequencies will fa 10 15 25 '30 44sis2un an: V9 venser in resonance, i.e. to be amplified, in ring laser the cavity. The frequency gap between these resonant waves are tuned by the speed of light (c) divided by the length (L) or the distance traveled by the scales- 1 lays when it has completed an entire lap around the laser path. In Fig. 2, lines 36, 38 represent the clockwise respective counterclockwise waves present at a given frequency frequency when the ring laser cavity is tuned to the center of íforstärkningskruvan_4H. Lines_H0, 42 and lines 46, u H8 represents the nearest waves on the optical frequency frequency scale that could also exist within the cavity except in the case of a reinforcement medium, which would amplify these other waves in the cavity 6, Aligger. The intensity level, which is represented by the line 50, indicates the threshold or level above which the laser amplification medium will amplify the resonant the waves within the cavity. ' For the embodiment shown in Fig. 1, a mes the lateral alignment of the cavity length by regulation 20 of the direct current component of the electrical signal which * fed into the piezoelectric elements 28 so that cavities "the length is laterally tuned so that the main waves 36, 38 shall be displaced from the center of the reinforcement curve. To- sufficient page reconciliation must be achieved in order for the those resonant waves¿ that will swing over the threshold, shall enter the resonant cavity 6. Pig. 3 shows how the cavity lumbar region is regulated so that the resonant waves 38, 38 are displaced from the HH center of the reinforcement curve so jewelry that the secondary waves HO, H2 are allowed to swing "slightly above the threshold value of the gain curve. _ The secondary wave H0, _ which propagates clockwise _in the cavity, will now be joined to or connected _ _to the stronger primary wave 36, which propagates in .ru cavity 6 well above the threshold and in the same direction.i ~ * ast This will cause a tremor effect on the m-term ii the difference frequency equation¿ In the same way combined the counterclockwise secondary wave 42_with the primary wave 10 15 20 * 25 20 '35 4i4ä pdšzo f '10 38 to obtain the tremor effect, Disturbance waveasp _40, H2 power can be expressed with the term c - cos mt in it the equation given above. By regulating the waves H0, 42 intensity along the gain curve as well as of the kvens at which they come in oscillation, so can c and m i the equation is controlled to reduce the locking effects, , as explained above Pig. 4 graphically shows how page alignment affects 7 the locking frequency between the primary waves 36, 88 in one particular example. The page reconciliation is defined as a tuning the path length of the ring laser so that the optical the frequency of the primary waves is shifted from the amplifier- I the center of the curve. Note that the lock in Fig. 4 was virtually eliminated in a case where the cavity path length it was side-tuned so that the primary waves were 150 MHZH from the center of the gain curve. 0 I Another embodiment of the invention is shown in Fig. 5. This embodiment comprises a double wave jig ring laser.like the ring laser gyroscope of Fig. 1.

En avtätad kavitet 52 innehåller 90 % helium och 10 % neon, som när elektrisk excitering sker mellan anoderna SH och. katoderna 56 utgör laserförstärkningsmedium. Delar av de två primära, varandra motriktade vågorna i kaviteten matas I via en partiellt reflekterande dielektrisk spegel 58 till en kombinerar- ooh fotodetektorenhet 60, där signaler genereras ooh överförs till en datareducerings- och logik- krets 62. En växelströmsignal, som genereras i styrkretsen 'ss för kavirersiängaen, matas till ett piezoelekrriskr 'stapelorgan 68, vilket sätter spegeln 70 i darrning och därmed oscillerar gyroskopets kavitetslängd. Intensitets- signaler från enheten 60 överförs via ledaren GH till styr- kretsen_66.dVariationer i intensitetssignalen på grund av det piezoelektriska stapelorganet 68 oscillering behand- las i styrkretsen 66. Likströmskomponenten av den till det piezoelektriska stapelorganet via ledaren 72 matade sig- nalen regleras för uppnående av optimal kavitetslängd för maximal intensitet av de däri mot varandra utbredande 'u -10 15 42 o~ 25 30 35 4448 320 411 vågorna. I motsats till utföringsformen enligt fig. 1 är ' kavitetslängden reglerad så att resonansvågorna arbetar huvudsakligen vid förstärkningskurvans centrum. 7 I utföringsformen enligt fig. 5 inmatas de sekun- dära störvågorna; som har frekvenser som skiljer sig frän frekvenserna för de primära resonansvågorna i lasergyrot, 'från en yttre källa. I detta fall utgörs den yttre källan av en dubbelvågig linjär laser 74. Två separata vågor genereras i den linjära lasern 74 och matas kolinjärt till' ett dispersivt element 76. Dylika dispersiva element är_. välkända och kan omfatta ett gitter för att avböja skill- nadsfrekvenser olika mycket. Efter passage genom det dis- persiva elementet 76 avböjs en sekundär våg 78 mot en di- ¿ elektrisk spegel 80, där den reflekteras mot en partiellt genomsläpplig spegel 82. Vid passage genom spegeln 82 kommer vågen 78 in i ringlaserkaviteten 52 i medursriktningen och sammanföra med den medursriktade primära vågen som gene- reras i kaviteten.A sealed cavity 52 contains 90% helium and 10% neon, as when electrical excitation occurs between the anodes SH and. the cathodes 56 constitute laser amplification medium. Parts of the two primary, opposing waves in the cavity are fed In via a partially reflecting dielectric mirror 58 to a combiner- ooh photodetector unit 60, where signals generated ooh is transferred to a data reduction and logic circuit 62. An AC signal, which is generated in the control circuit 's for the caviar cage, fed to a piezoelectric risk stacking means 68, which vibrates the mirror 70 and thus, the cavity length of the gyroscope oscillates. Intensity signals from the unit 60 are transmitted via the conductor GH to the control kretsen_66.dVariations in the intensity signal due to the piezoelectric stacking means 68 oscillating read in the control circuit 66. The DC component of it to it the piezoelectric stacking means via the conductor 72 fed sig- the channel is regulated to achieve the optimal cavity length for maximum intensity of those prevalent therein 'u -10 15 42 o ~ 25 30 35 4448 320 411 the waves. In contrast to the embodiment of Fig. 1 is the cavity length is regulated so that the resonant waves work mainly at the center of the gain curve. In the embodiment according to Fig. 5, the secondary there the disturbing waves; which have frequencies different from the frequencies of the primary resonant waves in the laser gyro, 'from an external source. In this case, the external source is of a double-wave linear laser 74. Two separate waves generated in the linear laser 74 and fed cholinearly to a dispersive element 76. Such dispersive elements are_. well known and may include a grating to deflect different frequencies. After passing through the dis- the persistent element 76 a secondary wave 78 is deflected towards a di- ¿Electric mirror 80, where it is reflected towards a partial permeable mirror 82. When passing through the mirror 82 comes wave 78 into the ring laser cavity 52 clockwise and combine with the co-directed primary wave that generates in the cavity.

Den sekundära vågen 84 avböjs av det dispersiva .elementet 76 mot en spegel 86 och av denna mot spegeln 82.The secondary wave 84 is deflected by the dispersive the element 76 against a mirror 86 and thereof against the mirror 82.

Vågen 84 inträder i kaviteten 52 i motursriktning och sammanförs med den motursriktade primära vågen. "Åter kommer störeffekten från de sekundära vågorna, som nu inmatas i kaviteten, att vara representerbar av termen cj~ cos mt i skillnadsfrekvensekvationen_ Skillnads- frekvensen mellan de sekundära vågorna 78, 84 represen- _teras av m. Amplituddelen c är proportionell mot storleken på signalerna 78, 84 och storleken av frekvensskillnaderna mellan de sekundära och primära vågorna i kaviteten. Ter- merna c och m kan därför påverkas för medbringande av lås- níngsrisken genom styrning av spegelns 82 genomsläpplighet och av frekvrns och storlek på de signaler som genereras i den linjära lasern 74. ' I Pig. 6 visar en tredje utföríngsform enligt upp- finningen. Denna utföringsform innefattar ett triangel- format ringlasergyroskop i likhet med de i figÅ 1 och 5 visade. En styrkrets är anordnad att reglera det_till- -,.-| '10 15 448 320 i 12Å , hörande píeoelektriska stapelorganet för att-maximera intensiteten på-ringlasergyroskopets utsignal. De två varandra motriktade vågorna som utbreder sig i kavitetenr längs banan 22 uppvisar frekvenser som är avstämda på i' huvudsak centrum för laserförstärkningskurvan 44 enligt _fig.'2'och_3.The scale 84 enters the cavity 52 in the counterclockwise direction and combined with the counterclockwise primary wave. "Again, the noise effect comes from the secondary waves, which is now fed into the cavity, to be represented by the term cj ~ cos mt in the difference frequency equation_ the frequency between the secondary waves 78, 84 represents _terts of m. The amplitude part c is proportional to the size on the signals 78, 84 and the magnitude of the frequency differences between the secondary and primary waves in the cavity. Ter- c and m can therefore be affected for carrying the locking the risk by controlling the permeability of the mirror 82 and of the frequency and magnitude of the signals generated in the linear laser 74. ' In Pig. 6 shows a third embodiment according to the finding. This embodiment comprises a triangular shaped ring laser gyroscope similar to those in Figures 1 and 5 showed. A control circuit is arranged to regulate the -, .- | '10 15 448 320 i 12Å, associated piezoelectric stacking means for maximizing the intensity of the output of the ring laser gyroscope. The two the opposite waves propagating in the cavity no along the path 22 have frequencies tuned to i ' mainly the center of the laser gain curve 44 according to _fig.'2'och_3.

I anordningen enligt fig. 6 inmatas en sekundär störvåg i ringlaserkaviteten, vilken störvåg sammanföra med den motnrs utbredande primära vågen. För att erhålla den sekundära vågen bringas en del av den moturs riktade vågen i banan 22 att lämna banan via en partiellt genom- släpplig dielektrisk spegel 88. Den utsända våg 102 pas-» serar därefter genom en enkelriktad isolator 90. Dylika enkelriktade isolatorer är-tidigare kända och ger upphov till vinkeländring för polariseringen hos de vågor som går genom densamma. Vågen 102 träffar därefter den dielek- triska spegeln 92, som är infäst på en piezoelektrisk stapel 94. En växelspänning med vald frekvens tillförs D den piezoelektriska stapeln SH från en oscillatorkrets 20 D25 30 104,~så att spegeln 92 försattes i svängning, Denna sväng- ning medför i sin tur en dopplerskiftning av vägens 102 frekvens, så att efter det att den avböjts från den di- elektriska spegeln 98 och återinmatats i ringlaserbanan via den partiellt genomslâppliga spegeln 88, är dess frek- vens ändrad relativt den primära vågen varifrån den ut- togs. Denna dopplerskiftade våg sammanförs vid återin- matningen i banan 22 med den moturs riktade primära vågen för att ge en antilåsningsdarrningseffekt på å-värdet, såsom angivits ovan. ' Storleken på den dopplerskiftade signalen 102, som ”_ återinmatas i.kaviteten, representeras i skillnadsfre- 35 kvensekvationen av värdet c; Värdet c kan styras genom íreglering av storleken på signalen 102. förfarandena för att styra denna storlek omfattar styrning av den partiellt genomsläppliga dielektriska spegelns 88 genomsläpplighet.In the device according to Fig. 6 a secondary is input interference wave in the ring laser cavity, which interference wave brings together with the counter-propagating primary wave. To obtain the secondary wave is brought part of the counterclockwise direction the wave in the path 22 to leave the path via a partial passage releasable dielectric mirror 88. The emitted wave 102 pas- » then passes through a unidirectional insulator 90. Such unidirectional insulators are previously known and give rise to to angular change for the polarization of the waves that goes through the same. Scale 102 then hits the dielectric optical mirror 92, which is attached to a piezoelectric mirror bar 94. An alternating voltage of selected frequency is applied D the piezoelectric stack SH from an oscillator circuit 20 D25 30 104, ~ so that the mirror 92 was set in oscillation. This in turn causes a Doppler shift of the road 102 frequency, so that after it is deflected from the di- electric mirror 98 and re-fed into the ring laser path via the partially permeable mirror 88, its frequency is changed relative to the primary wave from which it togs. This Doppler-shifted wave is merged at the feed in path 22 with the counterclockwise primary wave to give an anti-locking tremor effect on the river value, as stated above. ' The magnitude of the Doppler shifted signal 102, which '_ Is re-fed into the cavity, is represented in the difference 35 the sequence equation of the value c; The value c can be controlled by control of the magnitude of the signal 102 controlling this size involves controlling it in part permeability of the permeable dielectric mirror 88.

Värdet Q i skillnadsfrekvensekvationen motsvarar den till den piezoelektriska stapeln 9U överförda svängningen.The value Q in the difference frequency equation corresponds to it the piezoelectric bar 9U transmitted the oscillation.

Olli! w .~'.1 10 15 20 25 44% ÉÉQÛ 13 Detta värde kan lätt regleras genom styrning av sväng- ningsfrekvensen hos kretsen TOR. Genom styrning av stor- lek och frekvens på vägens 102 svängningar, då den åter- Lnmatas L lascrkaviteten och sammanförs med den moturs- riktade primära vågen, så kan låsningseffekterna i huvud- sak undanröjas. K _Den i banan för vågen 102 anordnade polarisatorn u 96 medger effektivt att strålar av en polarisationstyp kan passera medan den helt blockerar strålar med annan polarísation. Polarisatorn 96 är inställd att medge pas- '_sage för strålarna T02. Eftersom den enkelriktade isola- torn 90 har ändrat vägens 102 polarísationstyp kommer de delar av den medurs riktade huvudvågen som passerar genom spegeln 88 att uppvisa en annan polarisatíon och kommer -därfö-r att helt blockeras ._ Olika ändringar kan göras av de ovan beskrivna utföringsformerna utan att uppfínningstanken frångås.Olli! w . ~ '.1 10 15 20 25 44% ÉÉQÛ 13 This value can be easily regulated by controlling the frequency of the circuit TOR. By controlling large- play and frequency of the 102 oscillations of the road, as it The laser capacity is input and combined with the counterclockwise directed primary wave, the locking effects in the main thing is eliminated. K The polarizer arranged in the path of the wave 102 u 96 effectively allows rays of a polarization type can pass while completely blocking rays with another polarization. The polarizer 96 is set to allow '_sage for the rays T02. Since the unidirectional insulation tower 90 has changed the polarization type of road 102 they will parts of the clockwise main wave passing through mirror 88 to exhibit a different polarization and will -therefore-being completely blocked ._ Various changes can be made to those described above embodiments without departing from the inventive concept.

Exempel på sådana ändringar är, utan att vara begränsande, en rektangulärt.formad ringlaserbana, andra organ än piezo- elektriska staplar för att bringa speglarna att oscillera¿ :alternativa styrkretsar för kavitetlängdstyrningen inklu- sive en anordning helt utan sådan styrkrets samt olika organ för kombinering och bearbetning av de primära, var- 'andra motriktade strålarna för erhållande av rotationsin- 'formation> *wExamples of such changes are, without limitation, a rectangular shaped ring laser path, means other than piezoelectric electric bars to cause the mirrors to oscillate¿ : alternative cavity length control circuits included sive a device completely without such a control circuit and various means for combining and processing the primary, var- 'other opposite beams to obtain the rotational input 'formation> * w

Claims

44a32b 4:14 PATENT REQUIREMENT 4

-1. A ring laser gyroscope comprising a ring laser body (4) having reflective surfaces (16-20; 58, 70, 82; 88) defining a closed optical path (22), means being arranged to generate and maintain at least two primary traveling resonant waves (36, 38) propagating in opposite directions in the optical? the path (22), the difference angular frequency W between these primary waves being representative of the angular movement to which the ring laser (4) is subjected, and means (23, 26; 60, 62) are provided. (for the angular motion of the ring laser body (4), '4.' animaloscope according to claim 1, characterized for processing the difference angular frequency @ between the primary waves (36, 38) to generate signals representative of the means of supply means. of a sinusoidal angular interference frequency m and amplitude c to the difference angular frequency f.

2. A gyroscope according to claim 1, characterized in that the means for generating and maintaining the primary waves (36, sa respectively 40, 42, 46, 43) and the means for supplying the sinusoidal angular disturbance frequency m comprise an electrically charged gas plasma medium and means for generating and amplifying the primary waves and means (28; 68) for regulating the length of the optical path (22) so that it is tuned to generate and amplify two weaker, mutually opposite secondary waves (40, -42, 46, 48) having an angular frequency difference w inside the electrically charged gas plasma medium, the sinusoidal angular interference frequency being generated at the difference angular frequency @, which interference has an angular frequency w and an amplitude c which depends on the means for regulating the optical path length.

3. ' 3Gyroscope according to claim 1, characterized in that the means for applying the sinusoidal angular interference frequency m and amplitude c to the difference angular frequency Û: comprise external laser means (74) for generating two secondary laser waves (78, 84) with a fixed difference angular frequency m , - the amplitude c being a function of the amplitudes of the secondary "," laser waves, and of means (82) for inputting the secondary laser waves to the path (22). Z 'of the means for supplying the sinusoidal angular interference frequency m and the amplitude c of the difference angle frequency.Û »u 10 44sa32o 1 s: 'comprises means (88) for extracting the energy of one of the primary waves (36, 38) from the closed path (22), means (92, 94 , 104) for sinusoidal modification of the angular frequency of the extracted energy by an angular frequency m, the amplitude c of the angular interference frequency being a function of the oscillation amplitude of the oscillator means. t of the preceding claims, k a ngn e t e c kïn a t in that c / w is regulated so that JO (c / w) is kept minimal, where c is the amplitude and w is the angular frequency of the sinusoidal disturbance on the difference angular frequency Ü.