Кольцевой оптический квантовый генератор Советский патент 1982 года по МПК H01S3/02 

1

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при создании кольцевых оптических квантовых генераторов (ОКГ) для измерения угловых скоростей и перемещений.

В известных кольцевых ОКГ для уменьшения взаимодействия встречных волн и для увеличения диапазона измеряемых скоростей и повышения точности измерения используют дополнительные контуры, содержаш,ие анизотропные элементы, с помощью которых осуществляется управлепие поляризацией излучения внутри основногО контура. В таких ОКГ, состоящих из связанных резонаторов, в дополнительном контуре помещены две ячейки Фарадея, поворачивающие плоскость поляризации на углы + 45° и -45° соответственно, а между ними помещен стопроцентный поляризатор, выделенное направление которого составляет угол 45° относительно плоскости резонатора.

Однако в таком устройстве в результате многопроходности излучения через дополнительный контур частота излучения зависит от настройки периметра дополнительного контура, поэтому данный контур является самостоятельным источником погрешности измерений.

Кроме того, из-за наличия в дополнительном контуре ячеек Фарадея характеристики излучения чувствительны к изменениям магнитных полей на ячейках Фарадея.

Цель изобретения - стабилизация режима генерации волн, поляризованных в ортогональных для встречных направлений плоскостях, и уменьшение связи между встречными волнами.

Для этого в предлагаемом устройстве в дополпительный контур установлены стонроцентный поляризатор и естественный оптический вращатель с углом поворота плоскости поляризации, равным 90°.

На чертеже изображен предлагаемый

кольцевой оптический квантовый генератор.

Генератор содержит зеркала 1, 2, 3, 4,

5 и 6, изотропный по поляризации активный

элемент 7, стопроцентный поляризатор 8,

естественный оптический вращатель 9; (+, i +, EZ , EZ + - обозначения световых волн).

Устройство представляет собой кольцевой ОКГ, содержащий основной контур связаиных резонаторов, образованный зеркалами 1, 2, 3 и 4, и дополнительный контур, образованный зеркалами 4, 5 и 6. Зеркало 4 выполнено частично прозрачным для излучения и является зеркалом связи двух контуров. Поляризатор 8 выставлен в дополнительном контуре так, что он пропускает только одну компоненту вектора электрнческого ноля падающей на него световой волны, лежащую в плоскости резонатора или перпендикулярную к ней. В качестве поляризатора могут быть использованы различные поляризационные призмы, пленочные поляроиды и т. д. Естественный оптический вращатель 9 обеспечивает поворот плоскости поляризации на угол 90. В качестве такого вращателя может быть использована циркулярная фазовая пластинка с разностью набега фаз для двух круговых поляризаций, равной 180°. Молсет быть также использована линейная фазовая пластинка с разностью набега фаз для двух линейных поляризаций, равной 180° (полуволновая пластинка). При этом пластинка выставляется так, что ее выделенное направление (плоскость поляризации, для которой показатель преломления пластинки максимален) составляет угол 45° с плоскостью резонатора. Тогда полуволновая пластинка в комбинации с зеркалом 5 полностью эквивалентна циркулярной фазовой пластинке с углом поворота плоскости поляризации, равным 90°. Таким образом, устройство представляет собой кольцевой ОКГ, у которого одно пз зеркал резонатора заменено дополнительным контуром. В этом контуре содержится анизотропное по поляризации устройство, поэтому отражение от этого контура анизотропно по поляризации. Генерация в таком кольцевом ОКГ происходит на излучении, поляризация которого воспроизводится за полный обход основного контура (поляризационное условие генерации). Устройство работает следующим образом. Для определенности считают, что поляризатор 8 пропускает Х-ую компоненту вектора напряженности электрического поля световой волны, лежащую в плоскости резонатора, и не пропускает перпендикулярную к ней У-ую компоненту. Световая волна +, распространяющаяся из точки Р в активном контуре по часовой стрелке, на зеркале связи 4 делится на две световые волны 1 + и 2 + . Световая волна 2 +, прощедшая зеркало связи, распространяется в дополнительном контуре против часовой стрелки. Полный обход дополнительного контура после прохода через естественный вращатель 9 и поляризатор 8 завершает только У-ая компонента волны 2+, по вернутая благодаря вращателю на угол 90°, т. е. после полного обхода волна 2+ становится поляризованной в плоскости резона- gg зи

тора.

При дальнейшем распространении в дополнительном контуре и прохождении через естественный вращатель эта волна станотельныи контур установлены стопроцентный поляризатор и естественный оптический вращатель с углом поворота плоскости поляризации, равным 90°. внтся поляризованной в плоскости, перпендилулярной к плоскости резонатора, а затем затухает в поляризаторе 8. Таким образом, световая волна EZ совершает только один обход дополнительного контура против часовой/стрелки, а после одного обхода в основной контур через зеркало связи 4 возвращается только У-ая компонента волны 2+, повернутая на 90° (волна 3) Раепространяясь в активном контуре по часовой стрелке, волны i+и 3 возвращаются в точку Р. Поскольку основной контур изотропен по поляризации, волна EI+ возвращается в точку Р поляризованной точно так же, как и исходная волна Е+. Поэтому согласно поляризационному условию генерации, она будет осуществляться на излучении, поляризованном в плоскости резонатора, поскольку волна ЕЗ поляризована в плоскости, т. е. исходная волна Е+ должна быть поляризованной в плоскости резонатора. Однако при этом отсутствует У-ая компонента , и световая волна з+ равна нулю. Таким образом, генерация осуществляется при такой поляризации излучения, когда излучение не проходит через дополнительный контур. Аналогично для направления распространения волны в основном контуре против часовой стрелки генерация происходит на излучении, поляризованном в плоскости, перпендикулярной к плоскости резонатора, поскольку такое излучение не проходит через дополнительный контур в направлении по часовой стрелке. Таким образом, устройство обеспечивает генерацию на излучении, поляризованном в ортогональных для встречных направлений плоскостях. Частота излучения не зависит от расстройки периметра дополнительного контура, так как генерация осуществляется на излучении, которое не взаимодействует с дополнительным контуром, что позволяет уменьшить связь между встречными волнами. В устройстве не используют магнитооптические элементы, поэтому оно не подвержено влиянию магнитных полей. Формула изобретения Кольцевой оптический квантовый генератор, содерлсащий резонатор, состоящий из изотропного по поляризации основного контура и связанного с ним посредством 55 зеркала связи дополнительного контура, о тличающийся тем, что, с целью стабилизацпп режима генерации волн, поляризованных в ортогональных для встречных направлений плоскостях, и уменьшения свямежду встречными волнами, в дополниИ