SU739676A1 - Кольцевой оптический квантовый генератор - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к квантовой электронике, а именно к устройствам дл  измерени  угловой скорости вращени  с помощью кольцевых оптических квантовых генераторов (ОКГ). Взаимодействие встречных волн в кол цевых ОКГ приводит к тому, что при малых врацени х эти устройства станов тс  нечувствительными к угловым перемещени м (зона зазсвата), а при больших угло вых скорост х зависимость частоты биений встречных волн от скорости врацени  нелинейна. Дл  уменьшени  взаимодейств характеристики излучени  дл  встречных направлений в кольцевых ОКГ стрем тс  сделать как можно более отличающимис  как по частоте, так и по пол ризации. Известно невзаимкое частотное устройство , которое позвол ет выйти из зоны захвата и уменьшить погрешность измерений 1 . Однако, из-за относительной малости частотного расщеплени  (килогерцы - десу тки килогерц), обеспечиваемого невзаимным устройством в поко щемс  кольцевом ОКГ, вли ние обратной св зи остаетс  довольно большим, в результате чего зависимость частотъ биений встречных волн от скорости вращени  остаетс  нелинейной, а диапазон измер емых угпОвьтх скоростей ограничен. Начальное частотное расщепление встречных волн определ етс  величиной напр женности продольного магнитного пол  на невзаимном устройстве, поэтому нестабильность магнитного пол , а также случайные внешние магнитные пол   вл ютс  дополнительными источниками погрешности измерени  скорости вращени . Увеличива  начальное частотное ращепление, можно значительно уменьшить погрешность измерени , обусловленную взаимодействием встречных вопн, однако, при этом резко растут ошибки , вызванные нестабильностью магнитного пол  и вли нием внешних магнитных полей. того, этот метод сопр жен с существенными техническими трудност ми вследствие возрастани  потерь в маг7u39676 .оптическом веществе невзаимного, ус ройства при увеличении его толщины соз дани  высокой стабилизации сильных маг нитных полей, магнитной экранировки и т.д. Известен кольцевой оптический квантовый генератор дл.  измерени  угловых скоростей и перемещений, содержащий резонатор, образованный нечетным количеством зеркал, размещенные в резонаторе изотропные элементы и  чейку Фараде , котора  помещена в трехзеркаль ный резонатор. Взаимодействие встречных волн уменьшаетс  не за счет создани  начального частотного расщеплени , а за счет разделени  азимутов пол ризаций линейно пол ризованного излучени  дл  двух направлений распространени . С помощью этого устройства взаимодействие встречных волн можно умень шить 2 . Однако обратна  св зь между волнами полностью не устран етс . Кроме того, дп ;максимального уменьшени  взаимодействи  волн в этом устройстве необходимо использовать  чейку Фараде  с уплом поворота плоскости пол ризации, рав ным 90, что технически трудно осущест вить. Помеща  в резонатор с 90-градусной  чейкой Фараде  кристаллическую пластитгку, обладающую линейной фазовой анизотропией, можно нар ду с пол ризацис )нной невзаимностью создать также и частотное разделение встречных волн. Та ким образом, взаимодействие встречных волн из-па обратного рассе ни  в данном устройстве можно сделать м нимальвым . Кроме технической сложности осуществлени  90-градусного поворота плос кости пол ризации  чейкой Фараде , тако устройство имеет еще один существенный недостаток. Он заключаетс  в том, что кристаллическа  пластинка, котора  используетс  дл  создани  частотной подставки , разрущаетс  под вли нием радиации и других внещних возмущений. Это приводит к дополнительным ощибкам измерени  и значительно уменьщает срок службы устройства. В устройстве не уст равена также зависимость частотной noft ставки от- величины магнитного пол  на  чейке Фараде  и т.д. Цель изобретени  - повышение точности , чувствительности и расширение диап зона измерени  угловых вращений кольце вого ОКГ. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в резонатор введен кольцевой ОКГ, ч тичный амплитудный пол ризатор, ориентированный тшсим образом, что выделенное направление которого (плоскость пол ризации , дл  которой пропускание пол ризатора максимально) составл ет угол 45 относительно плоскосги резонатора, в качестве ч.тстичного амплитудного пол ри затора использованы окошки активного элемента. На фиг. 1 и 2 представлены условные схемы двух вариантов предлагаемого устройства; на фиг. За,б - принцип действи  устройства.. Генератор содержит зеркала кольцевого резонатора 1, 2 и 3,  чейка Фараде  4, активный элемент 5 (на фиг. 1 активный элемент 5 изотропный по пол ризации), блок 6 питани  активного элемента, устройство 7 дл  сведени  встречных лучей, фотодетектор 8, регистрирующее устройство 9, частичный амплитудный пол ризатор 1О., В качестве частичного амплитудного пол ризатора используют окна активного элемента, выставленные под углом, отличным от нормального. На одной из схем предлагаемого устройства (см. ,фиг. 2) активнь1й элемент 5с наклонными окощками выставлен так, что плоскость П|адёни  излучени  на окощки составлйет угол, равный (близкий к) относительно плоскости резонатора. Генератор работает следующим образом. Устройство, не содержащее частичного амплитудного пол ртзатора, характеризуетс  частртно-:пол ризационным спектром (см. фиг. За, где -оптическа  частота , Д - межмодовое рассто ние, + и - натравлени  распространени  луча, стрелками условно обозначены состо ни  пол ризации излучени , - -смещение частоты излучени  при врацении устройства . Частотный спектр излучени  дл  двух направлений распространени  волн одинаков, т.е. частотной невзаимности устройство без частичного пол ризатора не создает. Спектр состоит из двух наборов продоль лых мод, сдвинутых друг относительно друга на половину межмодового интервала (фиг. 36). Пол ризации же излучени  дл  встречных направлений разные. В одном из направлений азимуты линейно пол ризованного излучени  дл  двух гребенок продольт,1Х мод -- и соответственно равны ( If угол поворота плоскости пол рйЪа ции  чейкой Фараде ) относительно плоскости резонатора. Во встречном направлении азимута пол ризаций дл  этих наборов продолЕ ных мод равны соот ветственно М относительно пл скости резонатора. Разделение азимутов пол ризации излучени  дл  двух направле .. ,.,-НИИ распространени  равно углу Ч . Добротности волн, пол ризованных в разнь11Х плоскост х, одинаковы. При внесении в резонатор дополнительно частичного ампл тудного пол ризатора, выделенное иаг равпение которого составл ет угол, близкий к 45 относительно плоскости резона тора, ориентации плоскостей пол ризаций, воспроизвод цихс  за полный обход резонатора , измен етс , но незначительно. Пропускание излучени  дл  этих собстве ных пол ризаций также изменитс , пр чем оно станет разным дл  излучени , пол ри зованного в разных плоскост х. Подбором характеристик частичного амплитудного пол ризатора и угла поворота плоскости пол ризации  чейкой Фараде  можно добитьс  режима, когда пропускание излучени  дл  одних собственных пол ризаций (лежащих в плоскост х, ориентиро ,,vy К ИЛ| . i ж tf и i + на фиг. ванных под углами За) меньше nojjorOBoro значени , а дл  других собственных,пол ризаций (лежащих в плоскост х ориентированных под углами - иа фиг. За) - выше порогового значени . Тогда в генерации реализуетс  лишь тот набор частот, который изображен на фиг. 36 (сш1ошные линии), т.е. режим расщеплени  частот встречных волн на половину межмодового интервала с разделенными пол ризаци ми причем разделение пол ризаций ветре -ных вопн, в отличии от устройства без частичного амплитудного пол ризатора увеличиваетс  с уменьшением . Разделение пол ризаций излучени  дл  встречных , направлений приводит к дополни тельному уменьшению взаимодействи  встречных волн. Что касаетс  зависимости режима расщеплени  частот встречных волн на от напр женности магнитного пол  на  чейке Фараде , то эта зависимость заключаетс  пИшь р том, что при сильных отклонени х магнитного пол  от заданной величины могут быть нарушеньг пороговые услови  генерации, в результате чего частотный спектр излуче- ни  не будет отличатьс  от известного (фиг. За). В устройстве не используетс  кристаллическа  пластинка, поэтому оно значительно менее подвержено вли нию. таких внешних возмущений, как радиаци  и прочее. При врацении устройства частоты генерации смещаютс  {фиг. 36, пунктирные линии). Если в обоих направлени х осу , ществл етс  одномодовый pejioiM генерации , то частота биений между встречными волнами на выходе фотодетектора отличаетс  от йл на величину Cf , пропорцио 2 нальную скорости вращени . Если .осуществл етс  многомодовый режим генерации ( фиг. 36), то в спектре биений наблюда 6 -СТд . ютс  частоты Z2 Разность этих величин несет информацию о вращении. В случае одномодрвого режима генерации измерени  малых частотных смещений, обусловленных врацением, на фоне большой частотной подставки затруднительны. Использу  дополнительный радиотехнический гетеродин, настроенный на частоту, равную - , можно значительно облегчить извлечение информации. Однако, здесь требуетс  внешний а ысокост илизирсюанный гетеродин. Поэтому более предпочтительным  вл етс  многомодовый режим, где в качестве сипнала гетеродина можно использовать один из двух сигналов на выходе фотодетектора. Способы измерени  малых частотгадх измерений на фоне большой частотной подставки хорошо известны в радиотехнике. Характеристики частичного пол ртзатс эа и  чейки Фараде  при достигаетс  требуемый режим, а также азимуты пол ризаций излучени  могут быть получены с помощью рассчетной методики, использующей м атрицы Джонса, Предложенный кольцевой ОКГ отличаетс  . р дом преимуществ. В нем достигаетс  частотный режим работы, который сопровождаетс  и пол ризационной невзаимностью встречных волн, что практически исключает взаимодействие волн из-за братного рассе ни . Этот частотный реим Мало зависит от измене1т  магнитого пол . В результате устройство дает озможность измер ть угловые перемеени  с большей по сравнению с известыми устройствами точностью и расши ет диапазон измер емых угловых скоротей . В устройстве не используютс  крисаллические анизотропные элементы, по7

атому оно значительно менее чувствител11йо к таким возмущени м, как радиаци , высока  температура и т.д.

формула изобретени 

1. Кольцевой оптический квантовый генератор дл  измерени  угловых скоростей и перемещений, содержащий резонатор, образованный нечетным количеством зерквп и размещенные в резонаторе изотропные элементы и  чейку Фараде , -отличающийс  тем, что, с целью повыш1ени  точности, чувствительности и расчирени  диапазона измерени  угловых

739676

вращений, в резонатор помещен чгютичшл амплитудный пол ризатор, выдоле1тое направление которого составл ет угол 45° относительно плоскости {«зонотора. 2. Генератор по п, 1, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что в качестве ч.чстичного амплитудного пол ризатора использованы окощки активного элемента, высставленные под углом, отличным от нормального .

Источники, информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетелстство СССР № 270359, кл. Q 01 Р 3/68, 1964.

2.Рубанов В. С. ЖСП, 1969, т. 1О, аып. 5, с. 730 (прототип).

Фи,г- i

ФчгВ

-ь

- у /

ч X

2

I I (Л) 1

(

Фи.г 5

Claims (2)

1. формула изобретения

   1. Кольцевой оптический квантовый генератор для измерения угловых скоростей и перемещений, содержащий резонатор, образованный нечетным количеством зеркал и размещенные в резонаторе изотропные элементы и ячейку Фарадея, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, чувствительности и рас- , шпрения диапазона измерения угловых вращений, в резонатор помещен частичный амплитудный поляризатор, выделенное направление которого составляет угол 45° относительно плоскости резонатора.
2. 2. Генератор по π. 1, о т л и ч аю ш и й с я тем, что в качестве частич ного амплитудного поляризатора использованы окошки активного элемента, высставленныё под углом, отличным от нормального.

   Источники-информации, принятые во внимание при экспертизе

   1. Авторское свидетельство СССР № 270359, кл. Q 0.1 Р 3/68, 1964.

   2. Рубанов В. С. *ЖСГГ, 196 9,

   т. 10, аып. 5, с. 730 (прототип).

   Фиг 2 ⁺ '' \ / \

   - \ / \ / > ш

   Д'?

   -1 ч ' X \ δ) , 1 1 1 1 , · . а 2 1 2 1 1 J L Я..... 1

   фи.?. 3