МАЛОГАБАРИТНЫЙ КОЛЬЦЕВОЙ ЛАЗЕР Российский патент 2024 года по МПК G01C19/70 H01S3/83 

Изобретение относится к измерительной гироскопической технике и может быть использовано, например, в системах навигации.

Известен кольцевой лазер на базе планарного оптического резонатора состоящий из корпуса, в котором выполнено отверстие для монтажа на виброподвес.В корпусе планарного резонатора внутри выполнен магистральный канал, проходящий по периметру корпуса, а на боковых гранях корпуса установлены отражающие элементы, сообщающиеся с магистральным каналом посредством пазух. По меньшей мере на одном отражающем элементе установлена призма, на которой установлен по меньшей мере один фотоприемник, и по меньшей мере на одном отражающем элементе установлен пьезодвигатель. На боковых гранях корпуса установлен один катод, два анода, один из которых анод-штенгель, причем указанные один катод и два анода сообщаются с магистральным каналом посредством пазух, виброподвес, обеспечивающий раскачку кольцевого лазера за счет изгибных колебаний плоских пружин, информационного и мощностного фотоприемников, пьезоэлектрического преобразователя и смесительной призмы. В корпусе кольцевого лазера, в стенках отверстия для крепления корпуса резонатора на виброподвес, выполнены четыре паза, расположенные таким образом, что обеспечивается крепление плоских пружин опоры в упомянутых пазах (патент RU 2617541 С1).

Недостатком известного решения является температурная нестабильность сдвига нуля выходной характеристики, вызванная дрейфом активных атомов в газовом разряде.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении температурной стабильности выходной характеристики кольцевого лазера.

Поставленная задача решается путем применения малогабаритного кольцевого лазера (далее МКЛ), включающего виброподвес и планарный оптический резонатор (далее резонатор). МКЛ так же включает корпус с отверстием для монтажа на виброподвес, информационный и мощностной фотоприемники, пьезоэлектрический преобразователь и смесительную призму.

На боковых гранях корпуса установлены отражающие элементы, сообщающиеся с магистральным каналом посредством пазух. По меньшей мере на одном отражающем элементе установлена призма, на которой установлен по меньшей мере один фотоприемник. По меньшей мере на одном отражающем элементе установлен пьезодвигатель. На боковых гранях корпуса установлен один катод, два анода, один из которых анод-штенгель. При этом указанные один катод и два анода сообщаются с магистральным каналом посредством пазух.

Внутри корпуса выполнен магистральный канал, проходящий по периметру корпуса. При этом, каналы в корпусе планарного кольцевого оптического резонатора, по центру которых распространяются встречные электромагнитные волны, имеют ступенчатую форму, а диаметр пассивной части канала больше диаметра активной части по меньшей мере, на 20% и удаление анодов от катода максимально.

Конструкция МКЛ представлена на рис. 1. МКЛ включает резонатор 1, виброподвес 2, катод 3, два анода 4, активную часть канала 6 и пассивную часть канала 7, которые разделены ступенчатым переходом 5 и пазухи под зеркала 8. При этом аноды 4 расположены в месте ступенчатого перехода 5 активной части канала 6 в пассивную часть канала 7, что обеспечивает максимальное удаление анодов 4 от катода 3.

Предпочтительно, МКЛ включает пьезоэлектрический датчик углового положения, состоящий из, по меньшей мере, одной пьезоэлектрической пластины расположенной, по меньшей мере, на одной из лопастей виброподвеса, что дополнительно позволяет уменьшить габариты и массу МКЛ.

Работа МКЛ происходит следующим образом.

Для возбуждения и поддержания разряда в МКЛ используют электроды: катод и два анода. Генерация лазерного излучения происходит на длине волны 0,6328 мкм, характеризуется эллиптическим поперечным сечением и линейной s-поляризацией (вектор напряженности электрического поля перпендикулярен плоскости корпуса резонатора). Активная среда -газовая смесь изотопов He3:Ne20:Ne22=40:1:1 при давлении 667…1340 Па, в которой поддерживается симметричный двухплечевой газовый разряд.

Использование двух изотопов неона позволяет избежать конкуренции встречных волн, генерируемых лазером, что обеспечивается разностью частот 875 МГц, соответствующих максимумам коэффициентов усиления для изотопов Ne20, Ne22 при доплеровском и однородном уширении порядка 1 ГГц 100 МГц. Возбуждение и поддержание лазерной генерации производится двухплечевым симметричным разрядом постоянного тока в диапазоне рабочих токов от 0,4 до 0,75 миллиампер в каждом из плеч.

Для устранения явления синхронизации встречных волн корпусу оптического планарного резонатора придают вращательные колебания, тем самым создают вибрационную частотную подставку.

При этом вибрационная частотная подставка работает на резонансной частоте виброподвеса, на котором закреплен кольцевой лазер, и находится в пределах 500±20 Гц. Для исключения влияния вибрационной частотной подставки на полезный сигнал, производится вычет сигнала относительного движения корпуса планарного оптического резонатора из выходного сигнала МКЛ, предпочтительно, с датчика относительного движения, в качестве которого может быть использован любой тип датчика, позволяющий измерять параметры относительного движения.

Технический результат повышения точности полезного сигнала малогабаритного кольцевого лазера достигается за счет уменьшения дрейфа активных атомов в каналах кольцевого планарного оптического резонатора посредством эффективного выравнивания давлений в прианодных областях газового разряда, которое обеспечивается введением ступенчатой конструкции каналов кольцевого планарного оптического резонатора причем, предпочтительно, диаметр пассивной части канала должен быть больше диаметра активной части, по меньшей мере, на 20%.

Уменьшение дрейфа активных атомов в каналах кольцевого планарного оптического резонатора сопровождается увеличением резонансной частоты колебаний планарного оптического резонатора относительно корпуса гироскопа, что обеспечивает более эффективное устранение влияния статической и динамической зоны нечувствительности, обусловленной связью встречных волн распространяющихся в резонаторе. Увеличение резонансной частоты колебаний обеспечивается так же за счет увеличения резонансной частоты виброподвеса.

Виброподвес, изготовлен из специального сплава, например, инвара, имеющего ТКЛР приближенный к материалу корпуса планарного кольцевого оптического резонатора, например, стеклокерамика типа СО-115М, образован четным количеством лопастей, которые замыкаются цилиндрической поверхностью.

Механическое соединение виброподвеса и корпуса планарного кольцевого оптического резонатора производится любым доступным способом, предпочтительно склейкой с помощью клея, например, ВК-27.

Оптимальное давление газа, который заполняет резонатор подбирают в пределах от 5 мм. рт.ст до 10 мм. рт.ст, так чтобы было достаточное усиление активной He-Ne среды и в то же время минимальный дрейф активных атомов.

Вибрационная частотная подставка, реализуемая посредством виброподвеса и заключающаяся в обеспечении колебаний планарного оптического резонатора на резонансной частоте относительно корпуса гироскопа устраняется из полезного сигнала гироскопа посредством вычета измеренного относительного движения из полезного сигнала.

Применение МКЛ, вышеописанной конструкции с применением ступенчатой формы каналов в корпусе планарного кольцевого оптического резонатора, по центру которых распространяются встречные электромагнитные волны, с диаметром пассивной части канала больше диаметра активной части по меньшей мере на 20%, позволило, по меньшей мере в два раза повысить температурную стабильность выходной характеристики кольцевого лазера для интервала рабочих температур от минус 60°С до +60°С.

Изобретение относится к гироскопической измерительной технике. Малогабаритный кольцевой лазер, включающий корпус с отверстием для монтажа на виброподвес, виброподвес, планарный оптический резонатор, информационный и мощностной фотоприемники, пьезоэлектрический преобразователь и смесительную призму, при этом внутри корпуса выполнен магистральный канал, проходящий по периметру корпуса, причем на боковых гранях корпуса установлены отражающие элементы, сообщающиеся с магистральным каналом посредством пазух, по меньшей мере на одном отражающем элементе установлена призма, на которой установлен по меньшей мере один фотоприемник, по меньшей мере на одном отражающем элементе установлен пьезодвигатель, а на боковых гранях корпуса установлены один катод, два анода, один из которых анод-штенгель, причем указанные один катод и два анода сообщаются с магистральным каналом посредством пазух, при этом каналы в корпусе планарного кольцевого оптического резонатора, по центру которых распространяются встречные электромагнитные волны, имеют ступенчатую форму, а диаметр пассивной части канала больше диаметра активной части по меньшей мере на 20%, а удаление анодов от катода максимально. Технический результат - повышение точности полезного сигнала. 1 ил.

Малогабаритный кольцевой лазер, включающий виброподвес и планарный оптический резонатор, состоящий из корпуса, в котором выполнено отверстие для монтажа на виброподвес, внутри корпуса выполнен магистральный канал, проходящий по периметру корпуса, причем на боковых гранях корпуса установлены отражающие элементы, сообщающиеся с магистральным каналом посредством пазух, по меньшей мере на одном отражающем элементе установлена призма, на которой установлен по меньшей мере один фотоприемник, и по меньшей мере на одном отражающем элементе установлен пьезодвигатель, на боковых гранях корпуса установлен один катод, два анода, один из которых анод-штенгель, причем указанные один катод и два анода сообщаются с магистральным каналом посредством пазух, информационный и мощностной фотоприемники, пьезоэлектрический преобразователь и смесительная призма, отличающийся тем, что каналы в корпусе планарного кольцевого оптического резонатора, по центру которых распространяются встречные электромагнитные волны, имеют ступенчатую форму, причем диаметр пассивной части канала больше диаметра активной части по меньшей мере на 20%, а удаление анодов от катода максимально.