RU2627566C1 - Laser gyroscope - Google Patents
Laser gyroscope Download PDFInfo
- Publication number
- RU2627566C1 RU2627566C1 RU2016143885A RU2016143885A RU2627566C1 RU 2627566 C1 RU2627566 C1 RU 2627566C1 RU 2016143885 A RU2016143885 A RU 2016143885A RU 2016143885 A RU2016143885 A RU 2016143885A RU 2627566 C1 RU2627566 C1 RU 2627566C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- monoblock
- resonator
- channel
- external
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 183
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 43
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 17
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 17
- 230000013011 mating Effects 0.000 claims description 6
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 5
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 abstract description 4
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 abstract description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 2
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 2
- 238000010615 ring circuit Methods 0.000 description 2
- 230000009291 secondary effect Effects 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000368 destabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 230000002277 temperature effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
- G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
- G01C19/66—Ring laser gyrometers
- G01C19/661—Ring laser gyrometers details
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области лазерной техники и может быть использовано при создании навигационных систем, в частности, в безинерциальных навигационных системах.The invention relates to the field of laser technology and can be used to create navigation systems, in particular, in inertial-free navigation systems.
Известно техническое решение моноблочной конструкции лазерного гироскопа [патент РФ на изобретение №2488773, МПК: G01С 19/66, патентообладатель: Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Военный авиационный инженерный университет» (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации (RU)], в котором двунаправленный режим излучения в оптическом треугольном контуре моноблока от полупроводникового лазерного диода достигается путем использования дополнительного внешнего оптического резонатора в виде полусферы, усеченной симметрично относительно центральной оси симметрии с обеих сторон до толщины оптического моноблока и покрытой светоотражающим металлизированным покрытием. Вдоль ее продольной оси симметрии в светоотражающем слое сформированы два оптически прозрачных отверстия на уровне, совпадающем с уровнем оси симметрии сопрягаемых оптических каналов моноблока, реализующих в резонаторе излучателя продольный оптический канал, по геометрии и положению совпадающий с основным оптическим каналом моноблока. Сопряжение источника оптического излучения с моноблоком осуществляется посредством сформированного посадочного места радиусом, совпадающим с радиусом полусферы дополнительного оптического резонатора. При этом сформированный наведенный оптический канал в оптическом резонаторе являлся продолжением оптического канала моноблока, замыкая кольцевую оптическую схему моноблока. Оптическое же излучение полупроводникового лазерного диода поступает через дополнительное оптическое отверстие в покрытии внешнего резонатора, которое находится на оси симметрии в его центре.A technical solution is known for the monoblock design of a laser gyro [RF patent for the invention No. 2488773, IPC: G01C 19/66, patent holder: Federal State Military Educational Institution of Higher Professional Education “Military Aviation Engineering University” (Voronezh) of the Ministry of Defense of the Russian Federation (RU) ], in which the bidirectional radiation mode in the optical triangular circuit of a monoblock from a semiconductor laser diode is achieved by using an additional external optical resonator in the form of a hemisphere, truncated symmetrically with respect to the central axis of symmetry on both sides to the thickness of the optical monoblock and coated with a reflective metallized coating. Two optically transparent holes are formed along its longitudinal axis of symmetry in the reflective layer at a level that coincides with the level of the axis of symmetry of the mating monoblock optical channels, realizing a longitudinal optical channel in the emitter cavity, coinciding in geometry and position with the main optical channel of the monoblock. The coupling of the optical radiation source with a monoblock is carried out by means of a formed seat with a radius that coincides with the radius of the hemisphere of the additional optical resonator. In this case, the generated induced optical channel in the optical cavity was a continuation of the optical channel of the monoblock, closing the ring optical circuit of the monoblock. The optical radiation of a semiconductor laser diode enters through an additional optical hole in the coating of the external resonator, which is located on the axis of symmetry in its center.
Недостаток конструкции аналога состоит в том, что через наведенный оптический канал во внешнем резонаторе в ортогональных направлениях встречаются оптические потоки кольцевой схемы моноблока и излучения лазерного диода. Это может приводить к вторичным эффектам во внешнем оптическом резонаторе и изменению моды в основном оптическом контуре гироскопа, что сказывается на точности интерференционного датчика. Кроме того, полусферическая поверхность линии сопряжения внешнего оптического резонатора и моноблока создают техническую трудность при юстировке наведенного оптического канала внешнего оптического резонатора и оптического контура моноблока.The disadvantage of the analogue design is that through the induced optical channel in the external resonator in the orthogonal directions, there are optical flows of the ring circuit of the monoblock and the radiation of the laser diode. This can lead to secondary effects in the external optical cavity and a mode change in the main optical circuit of the gyroscope, which affects the accuracy of the interference sensor. In addition, the hemispherical surface of the interface line between the external optical resonator and the monoblock creates a technical difficulty in aligning the induced optical channel of the external optical resonator and the optical circuit of the monoblock.
Наиболее близким к заявляемому устройству является другая моноблочная конструкция лазерного гироскопа [патент РФ на изобретение №2507482, МПК: G01С 19/66, патентообладатель: Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Военный авиационный инженерный университет» (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации (RU)].Closest to the claimed device is another monoblock design of a laser gyroscope [RF patent for invention No. 2507482, IPC: G01C 19/66, patent holder: Federal State Military Educational Institution of Higher Professional Education “Military Aviation Engineering University” (Voronezh) of the Ministry of Defense of the Russian Federation Federation (RU)].
Лазерный гироскоп содержит треугольный оптический моноблок со сформированными оптическими каналами, зеркала полного отражения лучистой энергии, полупрозрачное зеркало, призму и источник оптического излучения на основе полупроводникового лазера. Для обеспечения одномодового режима излучения полупроводниковый лазер снабжен дополнительным внешним оптическим резонатором в виде усеченной призмы, которая покрыта светоотражающим металлизированным покрытием. На боковых гранях усеченной призмы, которые образуют угол 40-60 градусов по отношению к основанию, параллельно основанию и симметрично сформированы в светоотражающем покрытии два оптически прозрачных отверстия на уровне, совпадающем с уровнем оптических каналов моноблока, для создания в резонаторе наведенного продольного оптического канала, по геометрии и положению совпадающего с основным оптическим каналом моноблока. Накачка внешнего оптического резонатора полупроводниковым лазерным диодом осуществляется через дополнительное оптическое отверстие в покрытии внешнего резонатора основания усеченной призмы, которое находится на оси симметрии в его центре. При этом, наличие граней у внешнего оптического резонатора позволяет однозначно сопрягать наведенный оптический канал с физическим оптическим контуром моноблока, что упрощает процедуру юстировки оптического контура моноблока.The laser gyroscope contains a triangular optical monoblock with formed optical channels, mirrors of the total reflection of radiant energy, a translucent mirror, a prism, and a source of optical radiation based on a semiconductor laser. To ensure a single-mode radiation regime, the semiconductor laser is equipped with an additional external optical resonator in the form of a truncated prism, which is coated with a reflective metallized coating. On the lateral faces of the truncated prism, which form an angle of 40-60 degrees with respect to the base, two optically transparent holes at the same level as the level of the optical channels of the monoblock are parallel to the base and symmetrically formed in the reflective coating to create an induced longitudinal optical channel in the cavity along geometry and position of the monoblock coinciding with the main optical channel. The external optical resonator is pumped by a semiconductor laser diode through an additional optical hole in the coating of the outer cavity of the base of the truncated prism, which is located on the axis of symmetry in its center. At the same time, the presence of faces at the external optical resonator makes it possible to unambiguously match the induced optical channel to the physical optical circuit of the monoblock, which simplifies the procedure for aligning the optical circuit of the monoblock.
Недостаток конструкции прототипа состоит в том, что через наведенный оптический канал во внешнем резонаторе в ортогональных направлениях встречаются оптические потоки кольцевой схемы моноблока и излучения лазерного диода. Это может приводить к вторичным эффектам во внешнем резонаторе и изменению моды в основном оптическом контуре гироскопа, что сказывается на точности интерференционного датчика.The disadvantage of the design of the prototype is that through the induced optical channel in the external resonator in orthogonal directions there are optical flows of the ring circuit of the monoblock and the radiation of the laser diode. This can lead to secondary effects in the external cavity and a mode change in the main optical circuit of the gyroscope, which affects the accuracy of the interference sensor.
Технический результат заявляемого объекта - обеспечение стабилизации моды оптического излучения в оптическом контуре моноблока гироскопа и повышение точности интерферометрического датчика.The technical result of the claimed object is the stabilization of the mode of optical radiation in the optical circuit of a monoblock gyroscope and improving the accuracy of the interferometric sensor.
Технический результат достигается тем, что лазерный гироскоп содержит многоугольный оптический моноблок со сформированными оптическими каналами, зеркала полного отражения лучистой энергии, полупрозрачное зеркало, призму и внешний оптический резонатор для сопряжения полупроводникового лазера с оптическим моноблоком, выполненный из оптически прозрачного материала. Его поверхность покрыта светоотражающим металлизированным покрытием толщиной, достаточной для полного отражения оптического излучения внутри объема, в котором сформированы три оптических окна прозрачности, два из которых образуют горизонтальный наведенный оптический канал с двунаправленной развязкой для замыкания оптического контура моноблока, а третий служит для подачи во внутренний объем резонатора когерентного оптического излучения от полупроводникового лазера.The technical result is achieved in that the laser gyroscope contains a polygonal optical monoblock with formed optical channels, mirrors of total reflection of radiant energy, a translucent mirror, a prism and an external optical resonator for interfacing a semiconductor laser with an optical monoblock made of optically transparent material. Its surface is covered with a reflective metallized coating thick enough to completely reflect optical radiation inside the volume, in which three optical transparency windows are formed, two of which form a horizontal induced optical channel with bi-directional isolation to close the optical circuit of the monoblock, and the third serves to feed into the internal volume resonator coherent optical radiation from a semiconductor laser.
Обеспечение стабилизации моды оптического излучения в оптическом контуре моноблока гироскопа и, соответственно, повышение точности интерферометрического датчика достигается специальной конструкцией внешнего оптического резонатора. Он выполнен в виде плоскопараллельной объемной фигуры многогранной формы симметричной относительно его главной вертикальной оси, в которой для стабилизации моды оптического излучения в оптическом контуре гироскопа внутри наведенного горизонтального оптического канала оптического резонатора дополнительно создан физический сквозной открытый оптический канал меньшего диаметра. Причем его ось совпадает с осью оптического контура гироскопа, а посадочное место для полупроводникового лазерного диода может быть расположено в любой точке строго на линии его поперечной оси.Ensuring the stabilization of the optical radiation mode in the optical circuit of the monoblock gyroscope and, accordingly, increasing the accuracy of the interferometric sensor is achieved by the special design of the external optical resonator. It is made in the form of a plane-parallel volumetric figure of a multifaceted shape symmetrical with respect to its main vertical axis, in which, to stabilize the optical radiation mode in the gyro optical circuit, inside the induced horizontal optical channel of the optical resonator, an additional through optical open channel of smaller diameter is additionally created. Moreover, its axis coincides with the axis of the optical contour of the gyroscope, and the seat for the semiconductor laser diode can be located at any point strictly on the line of its transverse axis.
За главную вертикальную ось внешнего оптического резонатора принимается ось, которая перпендикулярна оси симметрии сопрягаемого оптического канала моноблока.The axis that is perpendicular to the axis of symmetry of the mating optical channel of the monoblock is taken as the main vertical axis of the external optical resonator.
Данное конструктивно-технологическое решение внешнего оптического резонатора снижает коэффициент взаимодействия ортогональных оптических потоков в оптическом контуре моноблока и внешнем оптическом резонаторе за счет развязки на границе «внутренний объем резонатора - физический сквозной канал». Уровень качества технологической обработки физического канала позволяет довести коэффициент взаимодействия практически до нуля, чем и достигается итоговый технический результат заявляемого устройства.This structural and technological solution of the external optical resonator reduces the interaction coefficient of orthogonal optical fluxes in the optical circuit of the monoblock and the external optical resonator due to isolation at the interface “internal cavity volume - physical through channel”. The level of quality of technological processing of the physical channel allows you to bring the interaction coefficient to almost zero, which is achieved the final technical result of the claimed device.
Общими для заявляемого устройства и прототипа являются следующие признаки:Common to the claimed device and prototype are the following features:
- многоугольный оптический моноблок,- polygonal optical monoblock,
- сформированные в многоугольном оптическом моноблоке оптические каналы,- optical channels formed in a polygonal optical monoblock,
- зеркала полного отражения лучистой энергии,- mirrors of the full reflection of radiant energy,
- полупрозрачное зеркало;- translucent mirror;
- призма для съема информации в виде лучистой энергии интерференционной картины;- a prism for acquiring information in the form of radiant energy of the interference pattern;
- полупроводниковый лазер в качестве источника оптического излучения;- a semiconductor laser as a source of optical radiation;
- внешний оптический резонатор, выполненный из оптически прозрачного материала, для сопряжения полупроводникового лазера с оптическим моноблоком;- an external optical resonator made of optically transparent material for coupling a semiconductor laser with an optical monoblock;
- внешний оптический резонатор покрыт светоотражающим металлизированным покрытием толщиной, достаточной для полного отражения оптического излучения внутри замкнутого объема, при этом в покрытии сформированы три оптических окна прозрачности, два из которых образуют горизонтальный наведенный оптический канал с двунаправленной развязкой для замыкания оптического контура моноблока, а третий служит для подачи во внутренний объем резонатора когерентного оптического излучения от полупроводникового лазера;- the external optical resonator is coated with a reflective metallized coating with a thickness sufficient to completely reflect optical radiation inside the enclosed volume, while three optical transparency windows are formed in the coating, two of which form a horizontal induced optical channel with bi-directional isolation to close the monoblock optical circuit, and the third serves for supplying coherent optical radiation from a semiconductor laser into the internal volume of the resonator;
- для сопряжения источника излучения в оптическом моноблоке сформировано посадочное место, геометрия которого совпадает с геометрией оптического резонатора излучателя так, что сформированный оптический канал является продолжением оптического канала моноблока, замыкая кольцевую оптическую схему моноблока.- to couple the radiation source in the optical monoblock, a seat is formed, the geometry of which coincides with the geometry of the optical resonator of the emitter so that the formed optical channel is a continuation of the optical channel of the monoblock, closing the ring optical circuit of the monoblock.
Отличительными от прототипа являются следующие признаки:Distinctive from the prototype are the following features:
- внешний оптический резонатор выполнен в виде плоскопараллельной объемной фигуры многогранной формы, симметричной относительно его главной вертикальной оси, которая перпендикулярна оси симметрии сопрягаемого оптического канала;- the external optical resonator is made in the form of a plane-parallel volumetric figure of a multifaceted shape symmetrical about its main vertical axis, which is perpendicular to the axis of symmetry of the mating optical channel;
- внутри наведенного горизонтального оптического канала внешнего оптического резонатора дополнительно создан физический сквозной открытый оптический канал меньшего диаметра, ось которого совпадает с осью симметрии сопрягаемого оптического канала оптического контура гироскопа;- inside the induced horizontal optical channel of the external optical resonator, an additional physical through open optical channel of a smaller diameter is additionally created, the axis of which coincides with the axis of symmetry of the mating optical channel of the optical circuit of the gyroscope;
- посадочное место для полупроводникового лазера во внешнем оптическом резонаторе располагается в любой точке строго на линии его поперечной оси.- a seat for a semiconductor laser in an external optical resonator is located at any point strictly on the line of its transverse axis.
Сущность технического решения, его реализуемость и возможность промышленного применения поясняются чертежами:The essence of the technical solution, its feasibility and the possibility of industrial application are illustrated by the drawings:
Фиг. 1 - вариант сборочного чертежа лазерного гироскопа;FIG. 1 is an embodiment of an assembly drawing of a laser gyro;
Фиг. 2 - вариант 1 внешнего оптического резонатора;FIG. 2 -
Фиг. 3 - вариант 2 внешнего оптического резонатора, где: 1 - многоугольный/треугольный оптический моноблок; 2 - цилиндрические каналы; 3, 4 - зеркала с высокой отражательной способностью; 5 - полупрозрачное зеркало; 6 - призма; 7 - внешний оптический резонатор; 8 - полупроводниковый лазер; 9 - наведенный оптический канал в дополнительном оптическом резонаторе; 10 - физический сквозной оптический открытый канал в дополнительном оптическом резонаторе.FIG. 3 -
Многоугольный/треугольный оптический моноблок 1 (Фиг. 1) изготовлен из оптически прозрачного материала, например, из плавленого кварца или органического стекла марки СО-120-К ГОСТ 10667-90, в котором сформированы цилиндрические каналы 2. Оси этих каналов лежат в одной плоскости и образуют равносторонний многоугольник/треугольник, в вершинах которого расположены зеркала 3, 4 и 5. Зеркала 3 и 4 имеют рабочую поверхность с очень высокой отражательной способностью в диапазоне рабочих длин волн, что достигается, например, применением многослойного диэлектрического покрытия. Зеркало 5 является полупрозрачным, благодаря чему осуществляется частичный вывод лучистой энергии из контура в пределах 5-10% для съема выходного сигнала. Рабочая поверхность отражающего зеркала 3 дополнительно выполнена в виде участка сферы большого радиуса, что позволяет значительно упростить юстировку оптического контура моноблока 1. Все зеркала могут быть изготовлены, например, из оптического стекла марки К8 ГОСТ 3514-94.The polygonal / triangular optical monoblock 1 (Fig. 1) is made of optically transparent material, for example, fused silica or organic glass grade СО-120-К GOST 10667-90, in which
Внутренние полости блока полируются и соединены с окружающим пространством. Фактически моноблок 1 образует совместно с зеркалами пассивный кольцевой резонатор. Поскольку внутренние полости не герметичны (они не наполнены активным газом, как это имеет место в газовом лазере), то данное условие снижает технологические требования на герметичную фиксацию зеркал относительно моноблока 1. Полупрозрачное зеркало 5, контактируя с призмой 6, формируют интерференционную картину информационного сигнала гироскопа, которая в дальнейшем поступает на фотоприемное считывающее устройство.The internal cavities of the block are polished and connected to the surrounding space. In fact, the
В качестве источника оптического излучения в устройство включен полупроводниковый лазер 8, для обеспечения одномодового режима излучения которого последний снабжен внешним оптическим резонатором в виде усеченной призмы 7 (вариант 1 внешнего оптического резонатора, фиг. 2) с основанием L, высотой Н и толщиной S равной толщине моноблока. Конструктивно внешний оптический резонатор может быть изготовлен, например, из оптического стекла К8 ГОСТ 3514-94. Боковые грани усеченной призмы 7 образованы с углом β, равным 40÷60 градусов. В оптическом резонаторе сформировано посадочное место под полупроводниковый лазерный диод диаметром С относительно его главной оси симметрии О-О'. Вся поверхность P оптического резонатора покрыта светоотражающим металлизированным покрытием толщиной, достаточной для полного отражения оптического излучения внутри замкнутого объема резонатора 7. В ней сформированы три оптических окна прозрачности, два из которых образуют горизонтальный наведенный оптический канал с двунаправленной развязкой для замыкания оптического контура моноблока 1, а третий служит для подачи во внутренний объем резонатора когерентного оптического излучения от полупроводникового лазера 8.A
Данный оптический резонатор призван дополнительно скорректировать волновой фронт излучения полупроводникового лазера, поскольку непосредственно полупроводниковый лазер является многомодовой структурой. Сборка изделия может быть осуществлена посредством склеивания основных узлов гироскопа, например, клеем ВК-9 или ВК-53М после операции юстировки.This optical resonator is designed to further correct the wavefront of the radiation of a semiconductor laser, since the semiconductor laser itself is a multimode structure. Assembly of the product can be carried out by gluing the main components of the gyroscope, for example, glue VK-9 or VK-53M after the adjustment operation.
Сущность конструктивного решения варианта 1 внешнего оптического резонатора раскрывает чертеж на Фиг. 2. Внешний оптический резонатор 7 в конструктивном плане выполнен в виде усеченной призмы. Непосредственно резонатор 7 изготавливается из того же материала, что моноблок 1. Вся поверхность резонатора 7 покрыта светоотражающим металлизированным покрытием P, например, тонкопленочным покрытием из меди (Cu), серебра (Ag) или алюминия (Al). Параллельно основанию резонатора 7 на боковых гранях в светоотражающем металлизированном покрытии Р сформированы два оптически прозрачных отверстия на уровне h, совпадающем с уровнем оптических цилиндрических каналов 2 моноблока 1 (ось А-А'). Это позволяет создать в резонаторе излучателя 7 наведенный продольный/горизонтальный оптический канал диаметром D, по геометрии и положению совпадающий с основным цилиндрическим каналом 2 моноблока 1.The essence of the structural solution of
Оптическое излучение полупроводникового лазера 8 поступает во внешний оптический резонатор 7 через специальное третье оптически прозрачное отверстие диаметром C в светоотражающем металлизированном покрытии Р. При этом посадочное место для полупроводникового лазера 8 может располагается в любой точке основания внешнего оптического резонатора 7 строго на линии его поперечной оси F-F'.The optical radiation of the
В итоге излучение от полупроводникового лазера 8 формируется в виде параллельного пучка вдоль оси А-А' созданного наведенного горизонтального оптического канала, т.е. имеет место почти плоский волновой фронт, а излучение является узконаправленным и двухсторонним.As a result, the radiation from the
Для стабилизации моды оптического излучения в оптическом контуре гироскопа внутри наведенного горизонтального оптического канала оптического резонатора 7 диаметра D дополнительно создан физический сквозной открытый оптический канал меньшего диаметра d<D. При этом оси симметрии наведенного и сквозного каналов совпадают.To stabilize the mode of optical radiation in the optical circuit of the gyroscope inside the induced horizontal optical channel of the
Сущность конструктивного решения варианта 2 внешнего оптического резонатора раскрывает чертеж на Фиг. 3. В качестве внешнего оптического резонатора 7 может быть использована любая плоскопараллельная объемная фигура многогранной формы. Для его эффективного использования должно быть сформировано соответствующее посадочное место в моноблоке 1.The essence of the structural solution of
Плоскопараллельная объемная фигура многогранной формы резонатора 7 изготавливается из того же материала, что моноблок 1. Поверхность резонатора 7 покрыта светоотражающим металлизированным покрытием Р, например, тонкопленочным покрытием из меди (Cu), серебра (Ag) или алюминия (Al). В конструктивном плане резонатор 7 должен быть симметричным относительно его главной вертикальной оси, которая перпендикуляра оси симметрии сопрягаемого оптического канала 2 моноблока 1.The plane-parallel volumetric figure of the polyhedral shape of the
Параллельно основанию резонатора 7 на боковых гранях в светоотражающем металлизированном покрытии Р сформированы два оптически прозрачных отверстия на уровне h, совпадающем с уровнем оптических цилиндрических каналов 2 моноблока 1 (ось А-А'). Это позволяет создать в резонаторе излучателя 7 наведенный продольный/горизонтальный оптический канал диаметром D, по геометрии и положению совпадающий с основным цилиндрическим каналом 2 моноблока 1.Parallel to the base of the
Оптическое излучение полупроводникового лазера 8 поступает во внешний оптический резонатор 7 через специальное третье оптически прозрачное отверстие диаметром C в светоотражающем металлизированном покрытии Р. При этом посадочное место для полупроводникового лазера 8 может располагается в любой точке основания внешнего оптического резонатора 7 строго на линии его поперечной оси F-F'.The optical radiation of the
В итоге излучение от полупроводникового лазера 8 формируется в виде параллельного пучка вдоль оси А-А' созданного наведенного горизонтального оптического канала, т.е. имеет место почти плоский волновой фронт, а излучение является узконаправленным и двухсторонним.As a result, the radiation from the
Для стабилизации моды оптического излучения в оптическом контуре гироскопа внутри наведенного горизонтального оптического канала оптического резонатора 7 диаметра D дополнительно создан физический сквозной открытый оптический канал меньшего диаметра d<D. При этом оси симметрии наведенного и сквозного каналов совпадают.To stabilize the mode of optical radiation in the optical circuit of the gyroscope inside the induced horizontal optical channel of the
Независимо от конструктивного варианта внешнего оптического резонатора 7 для сопряжения источника оптического излучения 8 в оптическом моноблоке 1 сформировано посадочное место, геометрия которого совпадает с геометрией внешнего оптического резонатора 7 излучателя так, что сформированный наведенный горизонтальный оптический канал является продолжением оптического канала 2 моноблока 1, что позволяет замкнуть кольцевую оптическую схему моноблока 1.Regardless of the design variant of the external
Устройство лазерного гироскопа работает следующим образом. При подаче низковольтного питания на лазерный диод 8 последний генерирует многомодовое излучение. Для нормального функционирования заявляемого устройства целесообразно, чтобы излучение было максимально близко к одномодовому. Дополнительный оптический резонатор 7 фактически является пассивным резонатором Фабри-Перо. Его конструкция позволяет сформировать узконаправленное и двухстороннее излучение от лазерного диода 8 в горизонтальном оптическом канале. Данное излучение системой зеркал 3, 4, 5 юстируется таким образом, чтобы световой луч беспрепятственно двигался по замкнутому конуру, образованному тремя цилиндрическими каналами 2. В итоге, в контуре циркулируют в противоположных направлениях электромагнитные поля излучения лазерного диода 8 и при отсутствии изменяющейся абсолютной угловой скорости устанавливается система стоячих волн. Среднее угловое положение узлов и пучностей этой системы координат не изменяется при вращении контура (моноблока 1) вокруг свой оси, перпендикулярной к его плоскости, что объясняется соответственным излучением частот излучений, распространяющихся в разные стороны.The device of the laser gyro operates as follows. When applying low-voltage power to the
Однако в наведенном оптическом канале внешнего оптического резонатора 7 происходит взаимодействие излучения лазерного диода 8 и стоячей волны оптического контура моноблока 1. Это может приводить к интермодуляционным искажениям информационного сигнала и появлению случайных ошибок и погрешностей гироскопа. Создание физического сквозного открытого оптического канала внутри наведенного канала внешнего оптического резонатора 7 на физическом уровне разводит эти оптические потоки и снижет уровень интермодуляционных искажений информационного сигнала. Соответствующая юстировка оптического потока в оптическом контуре моноблока 1 сводит их взаимодействие практически к нулю.However, in the induced optical channel of the external
Для съема выходного сигнала лазерного датчика угловых скоростей (лазерного гироскопа) полупрозрачное зеркало 5 и призмой 6 встречные лучи выводятся из контура под малым углом друг к другу. Образуемая при этом интерференционная картина, представляющая собой интерференционные полосы, следующие друг за другом с определенной разностью частот, фиксируется фотоприемником, входящим в систему обработки информационного сигнала от лазерного гироскопа. На его выходе получается электрический сигнал переменного тока. Частота этого тока пропорциональна измеряемой абсолютной угловой скорости вращения моноблока 1 вокруг свой оси. Фазовая составляющая частоты выходного сигнала указывает на направление угловой скорости вращения.To pick up the output signal of the laser angular velocity sensor (laser gyroscope), the
Использование заявляемого устройства позволяет создавать лазерные моноблочные гироскопы с полупроводниковыми источниками излучения для навигационных систем объектов, которые в процессе выполнения своих функций подвергаются значительным механическим нагрузкам, широкодиапазонным температурным воздействиям и другим дестабилизирующим факторам, обладая при этом высокой надежностью и приемлемыми техническими параметрами как датчики угловых скоростей.Using the inventive device allows you to create a laser monoblock gyroscopes with semiconductor radiation sources for navigation systems of objects, which in the process of performing their functions are subjected to significant mechanical stresses, wide-range temperature effects and other destabilizing factors, while having high reliability and acceptable technical parameters as angular velocity sensors.
Техническое решение явным образом не следует из уровня техники. В процессе патентного поиска не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного технического решения.The technical solution does not explicitly follow from the prior art. In the process of patent search, no technical solutions have been identified that have features that match the distinguishing features of the claimed technical solution.
Заявленное техническое решение имеет существенные отличия от наиболее близких аналогов и удовлетворяет критерию патентоспособности изобретения - «новизна».The claimed technical solution has significant differences from the closest analogues and meets the criterion of patentability of the invention - "novelty."
Заявляемое изобретение технически осуществимо, промышленно реализуемо на приборостроительном предприятии, проведенные испытания подтверждают достижение заявленного технического результата - обеспечение стабилизации моды оптического излучения в оптическом контуре гироскопа.The claimed invention is technically feasible, industrially feasible at the instrument-making enterprise, the tests carried out confirm the achievement of the claimed technical result - the stabilization of the optical radiation mode in the optical circuit of the gyroscope.
В связи с изложенным материалы заявки на предлагаемое изобретение соответствуют критериям патентоспособности и промышленной применимости.In connection with the foregoing, the materials of the application for the proposed invention meet the criteria of patentability and industrial applicability.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016143885A RU2627566C1 (en) | 2016-11-08 | 2016-11-08 | Laser gyroscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016143885A RU2627566C1 (en) | 2016-11-08 | 2016-11-08 | Laser gyroscope |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2627566C1 true RU2627566C1 (en) | 2017-08-08 |
Family
ID=59632568
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016143885A RU2627566C1 (en) | 2016-11-08 | 2016-11-08 | Laser gyroscope |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2627566C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021101404A1 (en) * | 2019-11-21 | 2021-05-27 | Владимир Валентинович ПАВЛОВ | Method for localising electromagnetic energy in antinodes of standing waves |
| RU2785441C1 (en) * | 2021-07-08 | 2022-12-08 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Laser gyroscope |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4190364A (en) * | 1977-09-07 | 1980-02-26 | The Singer Company | Ring laser gyroscope |
| US5196905A (en) * | 1988-06-22 | 1993-03-23 | Litton Systems, Inc. | Radio frequency excited ring laser gyroscope |
| RU2364837C1 (en) * | 2008-03-28 | 2009-08-20 | Владимир Васильевич Масленников | Laser gyroscope |
| RU2507482C2 (en) * | 2011-12-23 | 2014-02-20 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Laser gyroscope |
-
2016
- 2016-11-08 RU RU2016143885A patent/RU2627566C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4190364A (en) * | 1977-09-07 | 1980-02-26 | The Singer Company | Ring laser gyroscope |
| US5196905A (en) * | 1988-06-22 | 1993-03-23 | Litton Systems, Inc. | Radio frequency excited ring laser gyroscope |
| RU2364837C1 (en) * | 2008-03-28 | 2009-08-20 | Владимир Васильевич Масленников | Laser gyroscope |
| RU2507482C2 (en) * | 2011-12-23 | 2014-02-20 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Laser gyroscope |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021101404A1 (en) * | 2019-11-21 | 2021-05-27 | Владимир Валентинович ПАВЛОВ | Method for localising electromagnetic energy in antinodes of standing waves |
| RU2785441C1 (en) * | 2021-07-08 | 2022-12-08 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Laser gyroscope |
| RU2835376C1 (en) * | 2024-06-14 | 2025-02-25 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Laser gyroscope photo-mixing device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6847436B2 (en) | Chopper-stabilized absolute distance meter | |
| RU2507482C2 (en) | Laser gyroscope | |
| NO149749B (en) | RING LASER gyroscopes | |
| CN109212733A (en) | A kind of light path folded device | |
| US11047687B2 (en) | Fiber management assembly for multi-axis fiber optic gyroscope | |
| US7701584B2 (en) | Light path circuit apparatus and ring laser gyro | |
| RU2627566C1 (en) | Laser gyroscope | |
| US5072313A (en) | Constant-deviation reflector | |
| CN104296739B (en) | A kind of chip-scale nuclear magnetic resonance atomic gyroscope gauge outfit | |
| ES2555270T3 (en) | Projective optical metrology system to determine attitude and position | |
| US20100309473A1 (en) | Fiber optic current sensor and method for sensing current using the same | |
| RU2655626C1 (en) | Laser gyroscope | |
| JP2009031163A (en) | Semiconductor ring laser gyro | |
| US6833962B2 (en) | Light altering device | |
| RU2488773C2 (en) | Laser gyroscope | |
| KR20230042510A (en) | Mirror with polarizing beam splitter for LIDAR systems | |
| Vasiliev | Current state of high-accuracy laser ranging | |
| RU2340873C1 (en) | Fibre-optic laser gyroscope | |
| RU2406056C2 (en) | Mult-channel optoelectronic device of ship air defense system for detection and tracking of air and surface targets (versions) | |
| RU2617130C2 (en) | Optical interference mixer for laser gyro | |
| RU2709014C1 (en) | Method for increasing q-factor of an optical circuit of an annular monoblock laser gyroscope | |
| US10876840B2 (en) | Second-order passive ring interferometer sensor and method | |
| CN115718297A (en) | A laser radar optical system for autonomous driving based on MEMS | |
| RU2454630C1 (en) | Optic system of drift stabilised ring laser single-axis sensor of angular speed of laser gyroscope | |
| RU2434255C1 (en) | Retroreflective element |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181109 |