SE451889B - Forfarande for undertryckning av oonskade resonanssvengningsmoder i ett ringlasergyroskop samt optiskt system for genomforande av forfarandet - Google Patents

Forfarande for undertryckning av oonskade resonanssvengningsmoder i ett ringlasergyroskop samt optiskt system for genomforande av forfarandet

Info

Publication number
SE451889B
SE451889B SE8203079A SE8203079A SE451889B SE 451889 B SE451889 B SE 451889B SE 8203079 A SE8203079 A SE 8203079A SE 8203079 A SE8203079 A SE 8203079A SE 451889 B SE451889 B SE 451889B
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
optical system
electromagnetic waves
propagation path
waves
modes
Prior art date
Application number
SE8203079A
Other languages
English (en)
Other versions
SE8203079L (sv
Inventor
M S Perlmutter
K H Braun
Original Assignee
Raytheon Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Raytheon Co filed Critical Raytheon Co
Publication of SE8203079L publication Critical patent/SE8203079L/sv
Publication of SE451889B publication Critical patent/SE451889B/sv

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08059Constructional details of the reflector, e.g. shape
    • H01S3/08068Holes; Stepped surface; Special cross-section
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
    • G01C19/66Ring laser gyrometers
    • G01C19/667Ring laser gyrometers using a multioscillator ring laser

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)

Description

451 889 2 en icke reciprok polarisationsvridning genom att den har något olika brytningsindex för vågor som utbreder sig medurs resp moturs. Detta gör att frekvensen för motsatt vandrande vågor med samma rotationsriktning splittras i två, Sålunda drivs ett lasergyro med högervridande cirku- lärt polariserade vågor, som är förspända i en rotationsriktning, odh med vänstervridande cirkulärt polariserade vågor, som är förspända i motsatt riktning, varvid förspänningen elimineras genom att de två utsignalerna subtraheras.
I ett ringlasergyroskops kavitet finns det ett antal resonans- moder, av vilka många är oönskade och måste undertryckas. Enligt tekni- kens ståndpunkt har de oönskade moderna undertryckts genom att man tagit upp en liten öppning i gyroblocket, företrädesvis mitt emot en sfärisk spegel i en kavitet med tre speglar. Ett annat sätt att angripa problem- et har varit att sätta in en kopparskiva med ett mitthål i resonanskavi- teten som en del av Faradayroterarenheten. Ett ytterligare angreppssätt enligt teknikens ståndpunkt har varit att förlita sig på ofullständig- heter, som av naturen uppvisas av lasergyroblocket och härrör från be- arbetningsprooessen. En grundläggande nackdel med de kända diskrimine- rings- eller undertryckningsförfarandena har varit att öppningen inte var justerbar, vilket omöjliggör fininställning när väl gyroblocket bearbetats och satts ihop. Dessutom fick man en spridning av de uppfång- ade ljusvågorna, vilket medförde en ökning i uppträdandet av låsnings- band vi höga vinkelrotationshastigheter ooh ändringar i gyrots förspän- ning. Dessa variationer försämrar ringlasergyrots prestanda.
Uppfinningen avser att lösa problemet att skilja ut och under- trycka oönskade svängningsmoder i ett ringlasergyroskop på ett inställ- bart och justerbart sätt utan att man samtidigt får någon försämring av gyroskopets prestanda.
Denna uppgift löses genom att ringlasergyroskopet givits särdragen enligt bifogade krav 1, varvid fördelaktiga utföringsformer framgår av de osjälvständiga kraven.
Uppfinningen visar ett optiskt system, som innefattar don för att åstadkomma ett flertal elektromagnetiska vågor och don av dielektriskt material i en optisk väg i det optiska systemet för att ändra fas- och amplitudförhållandena hos de elektromagnetiska vågorna. Det dielektriska donet består av ett dielektriskt material, där ett eller flera områden på materialet behandlats med hjälp av en elektronstråle för att åstad- komma fas- och amplitudändringarna i vågorna. Det dielektriska materialet består av flera skikt, som vardera kan ha olika brytningsindex. Skikten innefattar aïternerande skikt av kiseldioxid och titandioxid, som avsatts på ett kvartsglessubstrato Det dielektriskn donet kan också bestå av en <7škï?ífiï fineäel med ett absorborande ämne avsatt på en del av speveln '“ t: 5 451 889 för att undertrycka oönskade moder. Det absorberande ämnets tjocklek ökar som en funktion av avståndet bort från spegelns mittpunkt för att åstadkomma ökad energiförlust i de nämnda oönskade resonansmoderna.
I en anordning med i motsatt riktning vandrande elektromagnetiska vågor i en sluten utbredningsväg undertryckes oönskade vågor med hjälp av âtskiljningsdon, som alstrar en riktningsberoende fasändring i vågor- na, vilket leder till frekvensdelning mellan de motsatt vandrande vågor- na. Vidare anordnas don för att justera undertryckningsdonen medan vågorna utbreder sig. _ I ett ringlasergyroskop av ovan nämnt slag, som arbetar med flera frekvenser, finns det en sluten väg med ett förstärkningsmedium för ut- bredning av ett flertal elektromagnetiska vågor i motsatta riktningar, varvid varje våg har sin egen frekvens, och viadre finns det don för att alstra cirkulärt polariserade, i motsatt riktning vandrande vågor i den slutna vägen, vilka är anordnade i par av första och andra polarisations- riktning, don för att alstra en riktningsberoende fasändring i vågorna, vilket medför frekvensdelning mellan motsatt vandrande vågor i vardera paret, och don för att undertrycka oönskade moder i nämnda väg. Donen för motsatt vandrande, oirkulärt polariserade vågor består av en icke- plan sluten väg. Lasermediet består av en blandning av helium.och neon, som exciteras elektriskt med hjälp av elektroder, som innefattar en eller flera anoder och katoder. En Faradayroterare alstrar de riktningsberoende fasändringarna i de elektromagnetiska vågorna och den slutna vägen inne- fattar don för att absorbera elektromagnetiska áågor, som reflekterats från Faradayroteraren.
I ett ringlasergyroskop av ovan angivet slag skickas vågorna runt i kaviteten med hjälp av speglar. Enligt uppfinningen kan åtminstone en av dessa innefatta ett don för att skilja ut och undertrycka oönskade resonansmoder i den slutna vägen. ' I ett utförande av modutskiljningen i ringlasergyroskopet består undertryckningsdonet av en faskänslig ljusspärr. Denna innefattar vidare en dielektrisk spegel, som över en del behandlats med hjälp av en elak» tronstråle för att åstadkomma fas- och amplitudändringar i en del av de elektromagnetiska vågor som reflekteras från den behandlade delen av den dielektriska spegeln. Denna består av ett flertal skikt av ämnen med om- växlande högt och lågt brytningsindex, vilka ämnen innefattar kiseldioxid och ütendioxid, vilka avsatts på ett kvartsglassubstrat, såsom redan nämnts.
I ett annat utförande av modutskiljningen i ringlasergyroskcpet består modundertryokningsdonen av en absorberande ljusspärr. Denna spärr innefattar en dielektrisk spegel, varvid ett absorberande ämne avsatts 451 889 på en del av spegeln. Även här är spegeln gjord av omväxlande skikt av kiseldioxid och titandioxid på ett kvartsglassubstrat. Tjoekleken hos det absorberande ämne som avsatts på spegelns yta ökar som en funk- tion av avståndet från spegelns mitt, vilket gern en differentiell för- lust hos de oönskade resonanta moderna. Ljusabsorberande glas är en typ av absorberande ämne, som är lämpligt som ljusspärr.
Uppfinningen består även i ett förfarande för undertryckning av oönskade resonansmoder i ett lasergyroskopsystem, vilket innefattar stegen att utbreda ett flertal i motsatt riktning vandrande elektromag- netiska vågor i en sluten väg, varvid varje våg har sin egen frekvens, förstärka vågorna i ett förstärkningsmedium, som är gemensamt för åtmins- tone en del av vägen för varje våg, anordna don för reciprok dispersiv polarisering och don för att alstra icke-reciprok dispersiv polarisering för vågorna i den slutna vägen, och anordna utskiljningsdon på åtminstone en av ett flertal reflektorer i den slutna vägen för att undertrycka resonanta moder. Steget att anordna modutskiljningsdon för att under- trycka de oönskade moderna består antingen av att anordna en faskänslig ljusspärr eller en absorberande ljusspärr.
Uppfinningen ska i det följande beskrivas närmare med hänvisning till ritningen, där fig 1 är ett blockschema över ett ringlasergyroskops- system, vilket innefattar en perspektivvy av gyroblocket med den däri ingående uppfinningen; fig 2 en kurva, som visar förstärknings/frekvens- karakteristikan för ringlasergyroskopssystemet enligt fig 1 och anger de relativa lägena för frekvenserna hos de fyra vågorna i systemet; fig En är en vy framifrån av ytan på en reflektor med en faskänslig ljusspärr enligt uppfinningen sedd från det inre av den slutna vägen enligt fig 1; fig BB en överdriven skuren vy från sidan av en reflektor, som innefattar den faskänsliga spärren enligt uppfinningen; fig 4A en vy framifrån av ytan på en reflektor, som innefattar den absorberande ljusspärren enligt uppfinningen sedd från det inre av den slutna vägen; fig 4B en överdriven skuren vy från sidan av en reflektor, som innefattar den absorberande ljusspärren enligt uppfinningen; fig 5A en kurva, som visar grundmoden i Hermite-Gauss' funktion UO(š ), som motsvarar en en- dimensionell intensitetsfördelning av grundmoden; fig SB en kurva över Hermite-Gauss' funktion U1(š ), som motsvarar en endimensionell inten- sitetsfördelning av den första axelskilda moden; fig 5G motsvarande andra axclskilda mod enligt funktionen U2(š ); och fig SD den tredje axelskilda moden U3(š ).
I fig 1 visas ett ringlasergyroblock 100 I detta finns en ieke= plan resonatorkavítet 16, som innefattar en sluten väg för utbredning av elektromagnetiska vågor, fyra dielektriska speglar eller reflektorer 13, 50, 32, 38 för att rikta vågorna runt den slutna vägen, en Faraday~ 5 r 2 451 889 roterarenhet 28, som åstadkommer icke-reciprok polarisationsvridning hos vågorna, anoder 14 och 56, katod 34 och ett laserförstärkningsmedium 59 inuti den optiska kaviteten 16, vilket medium består av en blandning av neon och helium, där de båda aktiva isotoperna är neon 20 och neon 22.
Det gasformiga förstärkningsmediet 39 exciteras elektriskt med hjälp av urladdningsströmmar, som alstras mellan anoderna 14 och 56 och katoden 34, och det bildar ett ljusemitterande förstärkningsmedium eller plasma, som upprätthåller de resonanta laservågorna i den optiska kaviteten 16.
Gyroblocket 10 framställs lämpligen av ett material med låg temperatur- utvidgningskoefficient, såsom ett glas-keramikmaterial, för att minimera inverkan av temperaturändringar på lasergyroskopsystemet. Ett föredraget kommersiellt tillgängligt material säljes under namnet Ger-Vit C-101 av Owens-Illinois Company; alternativt kan man använda Zerodur från Schott Optical Company.
Den icke-plana ringen understödjer av naturen endast cirkulärt polariserade vågor utan att man behöver använda någon kristallroterare.
Placeringen av reflektorerna 13, 50, 32, 38 längs ringvägen 16 alstrar en fasändring, som ändrar vågornas resonansfrekvenser. Resultatet blir, så som visas i fig 2, att vågor med vänstervridande cirkulär polarisa- tion (f1 och fz) kommer att uppvisa.en resonansfrekvens som skiljer sig från den hos de högervridande cirkulärt polariserade vågorna (fä och f4).
Denna icke-plana vågringresonator visas i US A 4 110 045, som härmed innefattas i denna beskrivning.
Reflektorn 15 är fäst på ett piezoelektriskt element 12, som för- flyttar reflektorn inåt och utåt som en del av väglängdsstyrnings- systemet i kaviteten. Reflektorn 50 används enbart för att reflektera de elektromagnetiska vågorna längs den slutna laservägen. Reflektorn 52 reflekterar de önskade elektromagnetiska vågorna inom den slutna laser- vägen 16, men innefattar dessutom föreliggande uppfinning i form av en ljusspärr 53 för att undertrycka oönskade resonansmoder i den slutna vägen. Reflektorn 38 är endast delvis reflekterande och tillåter däri- genom en del av de vågor som infaller mot dess yta att passera genom reflektorn och kombineras och bearbetas för att ge rotationsinformation.
Faradayroterarenheten 28 visas i ett av segmenten av den icke- plana ringlaservägen 16 mellan reflektorerna 30 och 52. Denna icke-reci- proka magnetooptiska anordning alstrar en fasfördröjningsförspänning i vågor av båda de cirkulära polarisationsriktningarna, som vandrar medurs, som skiljer sig från den hos vågor av motsvarande polarisation, som vandrar moturs. Kombinationen av reflektorer 13, 30, 32 och 38 och Faradayroteraren 28 är sådan att ringsresonatorn upprätthåller vågor med svängningsfrekvenser enligt fig 2. Det finns emellertid andra, alter- nativa medel för att f R P astadkomma samma resultat som med en Faradayroterare. 451 889 e En sådan anordning utnyttjar Zeemaneffekten och visas i US A 4 229 106.
Fotonabsorberare 24 och 26 är placerade för att absorbera elek- tromagnetiska vågor, som reflekteras från Faradayroterarenheten 28.
Förutom lasergyroskopblocket 10 visar fig 1 anslutningar till tillhörande lasergyroskopelektronik och -optik. Högspänningsaggregatet 50 ger en hög negativ spänning till katoden 54 och en hög positiv spän- ning till drivenheten 52 för den piezoelektriska anordningen. Urladd- ningsstyrelektronik 54 reglerar den ström som flyter från anoderna till katoderna; olika gyroblock kan behöva olika värden på katodströmmen i beroende av de optiska förlusterna inom det enskilda gyroblocket.
Väglängdsstyrsystemet utgörs av ett återkopplingsnät, som upprätt- håller en konstant och optimal optisk väglängd inuti gyrokaviteten 16.
Det innefattar detektorförförstärkaren 56, väglängdsstyrenheten 58 och högspänningsdrivelektroniken 52 för den piezoelektriska anordningen. Den optiska väglängden styrs med hjälp av en reflektor 15, som är anordnad på en piezoelektrisk omvandlare 12. Den högspända drivkretsen 52 driver omvandlaren 12 med en pålagd spänning inom området noll till 400 volt.
Emedan stabila arbetspunkter eller moder uppträder med väglängdsinter- vall på halva laservåglängden, kommer normalt den mod som ligger närmast mitten av omvandlarens dynamiska omrâdet att väljas som permanent arbets- punkt. Detektorförförstärkaren 56 separerar växelströms- och likströms- utsignalerna från utgångsoptiken 55. Likströmssignalerna används för väg- längdsstyrningen._Växelströmssignalerna består av sinusvågor, som mot- svarar gyrots utsignaler, och leds till signalbearbetaren 60, där de om- vandlas till två digitala pulståg (f1-f2 och f5-f4), varvid det alstras en puls för varje period i de inkommande vågformerna. Väglängdsstyr- ningen beskrivs i sin helhet i US A 4 108 555, som härmed tas upp i denna beskrivning.
Utgångsoptiken 55 tar ut en del av varje strålknippe, som cirku- lerar i laserkaviteten, för att alstra två utsignaler f1-f2 och fš-f4, som vardera motsvarar skillnaden i frekvens mellan vågpar, som har samma cirkulära polnrisationsriktning i kaviteten, såsom visas i fig 2. Ut- gångsreflektorn 58 har en transmissionsbeläggning på den ena sidan och en stråldelarbeläggning på den andra sidan. Båda beläggningarna är av standardtyp och använder omväxlande skikt av Ti02 och SiO2. Stråldelar- beläggningen släpper igenom halva den infallande intensiteten och re- flekterar den andra halvan. Ett bakåtreflekterande prisma 57 används för att överlagra de båda strålarna. Detta rätvínkliga prisma är gjort av kvartsglas och har försilvrade reflekterande ytor. Mellan silvret och kvartsglaset finns en dielektrisk beläggning för att minimera fasfelet vid reflexionu En kvartsvågsskiva (icke visad) följd av polarisator- skivor används för att separera de fyra frekvenserna i varje knippe. '01 7 3 3 451 889 Mellan det bakåtreflekterande prismat och kvartsvågsskivan finns en kil (icke visad) för att förhindra reflexioner från förbindelseytorna från att utbreda sig tillbaka in i gyrokaviteten och blandas med de i motsatt riktning roterande strälknippena. Ett fotodiodstäckglas (antireflexbe- handlat på den ena sidan) och ett fotodiodaggregat (icke visat) full- ständigar utgångsoptiken 35. Ett optiskt cement används mellan de olika förbindelseytorna för att åstadkomma vidhäftning och minimera reflexi- onerna. Utgångsoptiken beskrivs i sin helhet i US A'4 141 651, som här- med tas upp i denna beskrivning.
I fig 3A visas en reflektor 32, vilken verkar som en faskänslig ljusspärrapparat och innefattar en dielektrisk spegel 31, av vars yta en bestämd del bestrålats med en elektronstrâle i ett svepelektromikros- kop eller liknande instrument. Detta elektronstålebehandlade område 33 ger en fasändring och en liten amplitudminskning i en bråkdel av en vandrande elektromagnetisk våg på grund av ändrat brytningsindex i det elektronstrålebehandlade området 33. Den dielektriska spegeln är, så som visas i fig 3B, uppbyggd av omväxlande skikt av kiseldioxid (SiO2) 62 och titandioxid (TiO2) 64 på ett kvartsglassubstrat 66. Det behandlade området sträcker sig genom det mesta av de omväxlande skikten av S102 och Ti02. Denna faskänsliga ljusspärr skiljer ut resonanta moder utan att bidra med någon mätbar spridning av de i motsatt riktning roterande elektromagnetiska vågorna. Den ger en liten minskning av amplituden hos de elektromagnetiska vågorna, men i sig själv inte tillräcklig för att undertrycka oönskade moder. Eftersom den emellertid också ändrar fasen hos en liten bråkdel av de i motsatt riktning roterande oönskade vågorna (högre moder) i den slutna vägen 16, åstadkommer dessa tillräckliga för- luster för att hindra dem från att lasra.
Bestrålningen av en reflektor eller dielektrisk spegel 31 för att åstadkomma en behandlad yta, som är ungefär 0,5 mm bred och 4 mm lång och förskjuter fasen i en elektromagnetisk våg, åstadkommas med hjälp av ett elektronstråleinstrument, så som ett svepelektronmikroskop tillverkat av Cambridge Scientific Instrument Ltd i Cambridge, England, modell S-4 Stereoscan med videopresentationsenhet. Svepelektronmikroskopets kontrol- ler ställs in på följande värden under elektronstrálebehandlingen: Accelerationsspänning (EB) = 30 kV Provsu-öm (IS) = 2 x 1o'8 A Ändaperturdiameter = 700 /um Förstoring = 20 x Arbetssätt = Enkellinjigt återkommande svep Lutning = Noll Förfarandet för att behandla en dielektrisk spegel med svep_ olektronmikroskopet tillgår som följer: 451 889 '8 1. Belägga en dielektrisk spegel med 500 Ä koppar för jordanslutning. 2. Ställa in svepelektronmikroskopet för normalt provbetraktande vid lutningsvinkeln noll och notera arbetsavståndsvärdet. 3. Sätta videopresentationsenheten i mikrosknpet på en rotationsvinkel noll vid det arbetsavstånd som bestämts genom stgget 2. 4. Placera det område på den dlelektriska spegeln som skall behandlas under elektronstrålen.- 5. Defokusera elektronstrålen till ett arbetsavstånd på 40 mm. 6. Sätta videopresentationsenheten på en rotationsvinkel noll vid ett arbetsavstånd på 40 mm. 7. Ställa driftsättsväljaren på linjesvep. 8. Utsätta den dielektriska spegeln för elektronstrålen i fyra (4) tim- mar . 9. Skala av kopparn från den dielektriska spegeln i ett lämpligt ets- medel, såsom ammoniumpersulfat.
I fig 5A - 5D visas Hermite-Gauss-funktioner motsvarande den en- dimensionella intensitetsfördelningen hos grundmoden och högre axel- skilda resonansmoder. Existensen av dessa moder i en resonator, såsom av Fabrey-Pero-typen eller en ringlaserresonator med sfäriska och plana reflektorer av lika storlek och reflektionsförmåga har visats och be- skrivits i detalj i artiklarna "Resonant Modes in a Maser Interferometer" av A G Fox och Tingvye Li, och "Confocal Mnltimode Resonator for Milli- meter Through Optical Wavelength Masers" av G D Boyd och J P Gordon i Bell System Technical Journal, mars 1961, vol 40, PP 453-488 resp 489- 508. En mod kan definieras som en fältfördelning, som fortplantar sig i rymdspridning och fas, men inte i amplitud emedan vågen studsar fram och tillbaka mellan de två reflektorerna. Pâ grund av förluster beroende av diffraktion och reflexion, minskar intensiteten hos det fortplantade mönstret för varje successiv passage genom resonatorn om det inte finns något förstärkningsmedium närvarande. I de nyssnämnda artiklarna har författarna visat, att det finns en uppsättning moder, som kommer att fortplanta sig över resonatorns lika stora speglar. När man tar med verkan av diffraktionsförluster på grund av ändliga aperturer blir moder- na unika, och varje mod har sin egen karakteristiska avklingningshastig- het Q. När man tar med förstärkning genom en helium-neonurladdning får man ett stabilt tillstånd, där alla de moder som uppvisar mer förstärk- ning än förluster kommer oscillera eller lasra. Dessa modförluster inne- fattar diffraktionsförluster och förluster på grund av ofullkomliga speglar.
I fallet med låga diffraktionsförluster ges egenfunktionerna för moderna fortfarande med god approximation av följande Hermite-Gauss- funktioner, visade i fig 5A - ED, vilka är exakta endast för det för- 9 _ « 451 889 lustfria fallet med oändliga aperturer: ;_Å%š2 UflvffuzL/"é HL/šße där UL är Hermite-Gauss-polynomet av L:te ordningen. Kurvorna i fig 5A - SD visar intensitetsfördelningen för de transversella elektriska moderna av låg ordning, vilka är normaliserade för att visa en fast kvantitet total stråleffekt i alla moderna _f- UL2(§ ) df = 1. Det är viktigt att observera att de högre moderna innehåller mera energi i svansarna (större avstånd från strålens mitt) än de lägre moderna. Ljusspärrs- modutskiljaren enligt uppfinningen ökar de högre modernas förluster tillräckligt för att hindra dem att lasra, men ökar inte grundmodens förluster så mycket att den hindras att lasra.
I fig 4A och 4B visas en alternativ absorberande ljusspärr 70.
Den är framställd genom -' avsättning av ett absorberande ämne 74 På en dielektrisk spegel 72. Det absorberande ämnet, såsom förstoftat ljus- absorberande glas, avsätts ovanpå ungefär 20 omväxlande skikt av S102 och TiO2, som avsatts på ett kvartsglassubstrat 76. Tjockleken hos det absorberende ämnet 74 varierar linjärt eller kvadratiskt som en funktion av avståndet från spegelns 72 mitt för att man skall kunna minimera spridningseffekterna och uppnå undertryckning genom energiabsorption av högre moder. Med detta slags ljusspärr kommer det emellertid alltid att finnas någon form av diskret övergång 75 mellan början av det absorbe- rande ämnet (närmast intill spegelns 72 mitt) och spegelns 72 yta, vil- ken ger upphov till den oönskade spridningen av en del av den infallande ljusenergin.
Ljusspärren enligt uppfinningen medför en avsevärd förbättring i förhållande till förfarandena enligt mknikens ståndpunkt för undertryck- ning av resonansmoder genom möjligheten att justera ljusspärren efter tillverkning och hopsättning av gyroblocket 10 och medan elektromagne- tiska vågor utbreder sig längs den slutna vägen 16 enligt fig 1. Denna justering åstadkommes genom att man ändrar läget hos reflektorn 32 i förhållande till de vandrande vågorna. Om ytan hos en reflektor är plan, består justeringsförfarandet helt enkelt i att förskjuta reflektorn på fästytan, samtidigt som man iakttar förlusterna i grundmoden och de högre moderna i utsignalen från signalbearbetaren 60. Om en reflektor är sfä- risk (icke visat) och innefattar en absorberande ljusspärr 70, måste det absorberande ämnet avsättas i radiell riktning och modjusteringen åstad- koms då genom att man vrider reflektorn kring dess sfäriska axel. För- utom förbättringen i form av justerbarhet eliminerar ljusspärren enligt uppfinningen behovet av ett i kaviteten placerat element för undertryck- ningen av de oönskade moderna.
Ovan har beskrivits föredragna utföringsexempel av uppfinningen.

Claims (11)

451 889 10 Fackmannen kan dock variera grundtanken på allehanda sätt utan att från- gå ramen för uppfinningen så som den definieras av de bifogade patent- kraven. Det bör också påpekas att de här beskrivna åtgärderna för att skilja ut och undertrycka oönskade moder även kan användas i andra optiska system, där man alstrar ett flertal elektromagnetiska vågor. P a t e n t k r a v :
1. Förfarande för undertryckning av oönskade resonanssvängnings- moder i ett ringlasergyroskop med en sluten utbredningsväg, längs vilken cirkulärt polariserade elektromagnetiska vågor av vardera polarisations- riktningen bringas att utbreda sig i vardera omloppsriktningen efter att ha nlstrats i ett i den slutna utbredningsvägen anordnat lasermedium, k ä n n e t e c k n a t av att åtminstone en första av flera reflektorer som anordnas för att bestämma den slutna utbredningsvägen, först behand- las lokalt med hjälp av en elektronstråle för selektiv amplitud- och fasändring hos den elektromagnetiska vågen, så att oönskade moder dämpas under lasringsgränsen, eller först förses med absorptionsmaterial, före- trädesvis med radiellt från reflektornæmitt tilltagande tjocklek, att vidare de från en utkopplad del av de alstrade elektromagnetiska vågorna avledda utsignalerna övervakas, och att i beroende av dessa signaler läget hos nämnda första reflektor justeras för undertryckning av de oönskade moderna. å
2. Optiskt system för genomförande av förfarandet enligt krav 1 för undertryckning av oönskade resonanssvängningsmoder i t ex ett ring- lasergyroskop, med en optisk vågutbredningsväg (16), vilken innehåller ett förstärkningsmedium, i vilket ett flertal elektromagnetiska vågor kan alstras, med ett flertal reflekterar (15,30,52,38) för att rikta de elektromagnetiska vågorna längs en sluten utbredningsväg, k ä n n e - t e c k n a t av att denna vågutbredningsväg uppvisar anordningar (31, 62,64,55 resp 72,76,78,74) med dielektriskt material för att ändra fasen och amplituden hos åtminstone några av de elektromagnetiska vågorna, så att åtminstone några av de oönskade moderna utsätts för sådan dämpning, att de hindras att uppnå en väsentlig förstärkning i förstärkningsmediet.
3. Optiskt system enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att anordningarna med dielektriskt material innehåller ett dielektriskt ämne (33,62,64)» som i ett eller flera områden har behandlats på sådant sätt med hjälp av en elektronstråle, att de elektromagnetiska vågor som in- faller mot dessa områden utsätts för fas- och amplitudändring.
4. Optiskt system enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att det dielektriska ämnet är uppbyggt av ett antal skikt (53,62,64) med oli- ka brytningsindex, företrädesvis omväxlande stort och litet brytnings- index, varvid företrädesvis vidare skikten består av på varandra följande 11 - 451 889 skikt av omväxlande kiseldioxid och titandioxid, som avsatts på ett substrat (66) av kiselglas.
5. ; Optiskt system enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att anordningarna med dielektriskt material innefattar en dielektrisk spegel (70), på vilken avsatts ett eller flera områden (74,75) av absorberande material för undertryckning av oönskade resonansmoder.
6. Optiskt system enligt kravet 5, k ä n n e t e 0 k n a t av att tjockleken hos det avsatta absorptionsmaterialet (74) tilltar i beroende av det radiella avståndet från spegelns mitt, för att åstadkom- ma tilltagande energiförlust för oönskade resonanssvängningsmoder, var- vid företrädesvis det absorberande materialet innefattar ett ljusabsor- berande glas, och den dielektriska spegeln (70) är uppbyggd av ett antal på varandra följande skikt (76,78) av omväxlande kiseldioxid och titan- dioxid, vilka avsatts på ett substrat (76) av kvartsglas.
7. Optiskt system enligt något av kraven 2 - 6, k ä n n e - t e c k n a t av att anordningarna (32 resp 70) med dielektriskt materi- al för undertryckning av oönskade resonanssvängningsmoder är placerade i den slutna utbredningsvägen (16), i vilken kan alstras i motsatta om- loppsriktningar vandrande elektromagnetiska vågor, vilkas frekvens delas medelst don (28), som inför en utbredningsriktningsberoende fasförskut- ning, varvid nämnda don företrädesvis utgörs av en magnetooptisk anord- ning eller en Faradayroterare (28).
8. Optiskt system enligt något av kraven 2 - 7, k ä n n e - t e c k n a t av att förstärkningsmediet består av ett lasermedium med en helium/neonblandning, som exciteras med hjälp av en elektrisk urladd- ning mellan ett flertal anoaer och katoaer (3456).
9. Optiskt system enligt något av kraven 2 - 8, k ä n n e - t e c k n a t av att anordningarna med dielektriskt material (52 resp 70) är anordnade att kunna justeras under drift.
10. Öptiskt system.enligt något av kraven 2 - 9, k ä n n e - t e c k n a t av att anordningarna med dielektriskt material (32 resp 70) är utformade på en eller av en av de reflektorer (13,30,32,35) som bestämmer utbredningsvägen för de elektromagnetiska vågorna.
11. Optiskt system enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t av att längs vågutbredningsvägen (16) utbreder sig i mot- satta omloppsriktningar cirkulärt polariserade vågor i par av vardera polarisationsriktningen, varvid utbredningsvägen är icke-plant utbildad, och varvid don för att alstra en omloppsriktningsberoende fasförskjutning hos vågorna är anordnade på sådant sätt att det medför en frekvensdel- ning mellan vågorna av motsatt omloppsriktning i vardera paret.
SE8203079A 1981-05-20 1982-05-17 Forfarande for undertryckning av oonskade resonanssvengningsmoder i ett ringlasergyroskop samt optiskt system for genomforande av forfarandet SE451889B (sv)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/265,712 US4519708A (en) 1981-05-20 1981-05-20 Mode discrimination apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SE8203079L SE8203079L (sv) 1982-11-21
SE451889B true SE451889B (sv) 1987-11-02

Family

ID=23011589

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE8203079A SE451889B (sv) 1981-05-20 1982-05-17 Forfarande for undertryckning av oonskade resonanssvengningsmoder i ett ringlasergyroskop samt optiskt system for genomforande av forfarandet

Country Status (14)

Country Link
US (1) US4519708A (sv)
JP (1) JPS57210681A (sv)
AU (2) AU553685B2 (sv)
BE (1) BE893254A (sv)
CA (1) CA1201190A (sv)
CH (1) CH661154A5 (sv)
DE (1) DE3217916C2 (sv)
DK (1) DK164412C (sv)
FR (1) FR2506451B1 (sv)
GB (1) GB2099178B (sv)
IT (1) IT1147973B (sv)
NL (1) NL185687C (sv)
NO (1) NO164440C (sv)
SE (1) SE451889B (sv)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2143076A (en) * 1983-07-05 1985-01-30 Litton Systems Inc Laser mode control
US5357338A (en) * 1983-07-11 1994-10-18 Litton Systems, Inc. Path length controller with offset bias for a ring laser gyro
US4672625A (en) * 1984-03-30 1987-06-09 Spectra-Physics, Inc. Methods and apparatus for maximizing the power output of a gas laser
US4742506A (en) * 1984-07-12 1988-05-03 Sony Corporation Tracking error detecting apparatus for an optical head with skew error reduction by using an inclined header portion
US4559475A (en) * 1984-07-12 1985-12-17 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Quasi-optical harmonic gyrotron and gyroklystron
US4821282A (en) * 1985-12-27 1989-04-11 Honeywell Inc. Mirror assembly for lasers
US4865436A (en) * 1986-03-25 1989-09-12 Honeywell Inc. Low cost ring laser angular rate sensor
US4865451A (en) * 1986-12-22 1989-09-12 Ahonen Robert G Silicon substrate mirror assembly for lasers
EP0294459B1 (en) * 1986-12-22 1992-03-25 Honeywell Inc. Mirror assembly for lasers
US4962506A (en) * 1988-04-14 1990-10-09 Litton Systems, Inc. Scatter symmetrization in multi-mode ring laser gyros
US5495335A (en) * 1989-04-05 1996-02-27 Litton Systems, Inc. Ring laser gyroscope with a non-loss inducing mode suppression mechanism
CA2037428C (en) * 1990-03-05 1997-04-01 Akira Takahashi Reproducing optical device for a magneto-optical recording medium
US5166949A (en) * 1990-12-20 1992-11-24 Northrop Corporation Method and apparatus for suppressing off-axis modes in laser and ring laser gyroscopes
CA2154726A1 (en) 1994-07-27 1996-01-28 Robert M. Curran Laser etching of transverse mode discrimination apertures on ring laser gyro mirrors
US5663792A (en) * 1996-02-09 1997-09-02 Killpatrick; Joseph E. Transverse mode selected operation for a ring laser
FR2751795B1 (fr) * 1996-07-26 1998-08-28 Commissariat Energie Atomique Cavite microlaser et microlaser a selection de mode, et procedes de fabrication
GB2352050A (en) * 1999-07-13 2001-01-17 Coherent Optics Interference filters
US7535573B2 (en) * 2006-02-23 2009-05-19 Picarro, Inc. Cavity enhanced optical spectroscopy with a cavity having a predetermined deviation from a mode degeneracy condition
WO2010019531A1 (en) * 2008-08-12 2010-02-18 Lockheed Martin Corporation Mode suppression resonator
CN102645214B (zh) * 2012-04-10 2014-12-31 浙江大学 一种具有温度稳定性的光波导谐振腔

Family Cites Families (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1482754A (en) * 1920-08-07 1924-02-05 Laughlin Myron Penn Liquid-feed regulator
US3045530A (en) * 1960-07-14 1962-07-24 Agency Ind Science Techn Optical system having aberration correcting plate member with ring shaped phase retarding layers
US3292103A (en) * 1963-03-15 1966-12-13 Jack A Soules Laser image amplifying system
US3309621A (en) * 1963-06-24 1967-03-14 Hughes Aircraft Co Mode controlled laser
US3365671A (en) * 1966-07-12 1968-01-23 Bell Telephone Labor Inc Multiple-pass molecular laser amplifier with masking to prevent oscillations
US3603688A (en) * 1967-11-08 1971-09-07 Perkin Elmer Corp Alignment apparatus
US3573656A (en) * 1968-12-23 1971-04-06 Bell Telephone Labor Inc Laser oscillator with mode selector
US3741657A (en) * 1971-03-03 1973-06-26 Raytheon Co Laser gyroscope
DE2127483A1 (de) * 1971-06-03 1972-12-14 Leitz Ernst Gmbh Verfahren zur interferentiellen Messung von Langen, Winkeln, Gangunter schieden oder Geschwindigkeiten
US4006989A (en) * 1972-10-02 1977-02-08 Raytheon Company Laser gyroscope
US3882415A (en) * 1973-02-13 1975-05-06 Owens Illinois Inc Glass laser discs with annular alkali lead borate coatings and uses thereof
GB1406730A (en) * 1973-12-20 1975-09-17 Sperry Rand Corp Ring lasers
FR2256563A1 (en) * 1973-12-28 1975-07-25 Sperry Rand Corp Ring laser closed loop optical cavity system - has light reflecting frequency biasing element for phase shift imparting
DE2400346C2 (de) * 1974-01-04 1983-02-17 Sperry Corp., 10019 New York, N.Y. Ringlaser sowie magnetischer Vorspannungsspiegel zur Verwendung als reflektierendes Bauteil des optischen Hohlraumes eines Ringlasers
GB1482754A (en) * 1974-02-06 1977-08-17 Emi Ltd Lasers
CH583978A5 (sv) * 1974-02-26 1977-01-14 Lasag Sa
GB1529813A (en) * 1974-10-16 1978-10-25 Siemens Ag Narrow-band interference filter
NL7511581A (nl) * 1975-10-02 1977-04-05 Philips Nv Reflektor.
CA1077602A (en) * 1976-01-02 1980-05-13 Raytheon Company Electromagnetic wave ring resonator
US4110045A (en) * 1976-01-02 1978-08-29 Raytheon Company Electromagnetic wave ring resonator
US4108553A (en) * 1977-01-04 1978-08-22 Raytheon Company Laser gyroscope detector and path length control system
US4141651A (en) * 1977-01-10 1979-02-27 Raytheon Company Laser gyroscope output optics structure
GB2006515B (en) * 1977-10-18 1982-03-03 Atomic Energy Authority Uk Laser apparatus
FR2409518A1 (fr) * 1977-11-22 1979-06-15 Thomson Csf Gyrometre interferometrique a laser
DE2804103A1 (de) * 1978-01-31 1979-08-02 Siemens Ag Interferometer mit einer spule aus einem einmode-wellenleiter
DE2804119A1 (de) * 1978-01-31 1979-08-02 Siemens Ag Interferometer mit einer spule aus einem einmode-wellenleiter
GB1596319A (en) * 1978-02-14 1981-08-26 Emi Ltd Lasers
DE2814476A1 (de) * 1978-04-04 1979-10-18 Siemens Ag Interferometer mit einer spule aus einem einmode-wellenleiter
US4229106A (en) * 1978-05-18 1980-10-21 Raytheon Company Electromagnetic wave ring resonator
US4219275A (en) * 1978-06-22 1980-08-26 Rockwell International Corporation Ring laser having magnetic isolation of counter-propagating light waves
US4219254A (en) * 1978-08-11 1980-08-26 Macken John A Corrective optics for higher order mode lasers
IL57936A (en) * 1978-10-02 1982-07-30 Litton Systems Inc Ring laser with adjustable mirrors
CA1145023A (en) * 1979-02-22 1983-04-19 John C. Stiles Low loss apertures for ring laser gyros
DE2911129A1 (de) * 1979-03-21 1980-10-16 Siemens Ag Ringinterferometer mit einem zu einer spule gewickelten einmode-lichtwellenleiter
GB2050683B (en) * 1979-06-02 1983-09-14 Ferranti Ltd Lasers
DE2936284C3 (de) * 1979-09-07 2003-03-27 Litef Gmbh Ringinterferometer
US4494873A (en) * 1981-02-17 1985-01-22 Raytheon Company Electromagnetic wave reflections absorber

Also Published As

Publication number Publication date
JPS57210681A (en) 1982-12-24
AU553685B2 (en) 1986-07-24
GB2099178A (en) 1982-12-01
CH661154A5 (de) 1987-06-30
GB2099178B (en) 1985-10-23
NO164440B (no) 1990-06-25
NL185687B (nl) 1990-01-16
IT8248428A0 (it) 1982-05-14
NL8202002A (nl) 1982-12-16
AU572392B2 (en) 1988-05-05
NL185687C (nl) 1990-06-18
AU5703086A (en) 1986-09-11
DE3217916C2 (de) 1995-04-20
BE893254A (fr) 1982-09-16
FR2506451A1 (fr) 1982-11-26
SE8203079L (sv) 1982-11-21
JPH0117275B2 (sv) 1989-03-29
DE3217916A1 (de) 1982-12-09
US4519708A (en) 1985-05-28
NO164440C (no) 1990-10-10
CA1201190A (en) 1986-02-25
NO821656L (no) 1983-01-26
FR2506451B1 (fr) 1986-03-14
DK164412B (da) 1992-06-22
IT1147973B (it) 1986-11-26
DK226782A (da) 1983-01-07
AU8301882A (en) 1982-11-25
DK164412C (da) 1992-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
SE451889B (sv) Forfarande for undertryckning av oonskade resonanssvengningsmoder i ett ringlasergyroskop samt optiskt system for genomforande av forfarandet
US4627732A (en) Mode discrimination apparatus
US5513039A (en) Ultraviolet resistive coated mirror and method of fabrication
US4397027A (en) Self-compensating gas discharge path for laser gyro
US4006989A (en) Laser gyroscope
US4284329A (en) Laser gyroscope system
CA1190308A (en) Electromagnetic wave reflections absorber
US4470701A (en) Dispersion equalized ring laser gyroscope
US4949358A (en) Ring laser with improved beam quality
JPS596519B2 (ja) レ−ザ−ジヤイロスコ−プ
US4548501A (en) Laser gyroscope system
JPH0321889B2 (sv)
EP0100418B1 (en) Opto-optical light deflector
US4616930A (en) Optically biased twin ring laser gyroscope
Sato et al. Fabrication techniques and characteristics of Al-SiO/sub 2/laminated optical polarizers
US5333046A (en) Diagonal pathlength control
US4917447A (en) Extreme ultraviolet reflector
US5347360A (en) Ring laser gyro
US5007060A (en) Linear laser with two-swept frequencies of controlled splitting
GB2044518A (en) Low loss apertures for ring laser gyros
JPH07122802A (ja) リングレーザジャイロ

Legal Events

Date Code Title Description
NAL Patent in force

Ref document number: 8203079-2

Format of ref document f/p: F

NUG Patent has lapsed

Ref document number: 8203079-2

Format of ref document f/p: F