CN100349334C - 控制环形激光器光学腔长的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制环形激光器光学腔长的装置及方法。该装置主要由绝热容器、绝热弹性膜片、压电陶瓷组成，绝热弹性膜片(2)紧密地固定在绝热容器(1)上，压电陶瓷(3)的两端分别与绝热弹性膜片和绝热容器相连接。该方法是将所述装置与环形激光器相连接，并在环形激光器的毛细管内充入干燥空气，通过改变压电陶瓷上的外加电压改变干燥空气折射率，由改变干燥空气折射率改变环形激光器光学腔长的补偿量ΔL_补，使其大小接近于由外界环境引起的环形激光器光学腔长的变化量ΔL_外，实现对环形激光器光学腔长的控制。本发明的装置具有响应速度快、灵敏度高、功耗低等优点，可用于反射镜式环形激光器、全反射棱镜式环形激光器，及直腔激光器的稳频***中。

Description

控制环形激光器光学腔长的装置及方法

技术领域

本发明涉及激光技术领域，具体地说是一种利用压电陶瓷电控环形激光器毛细管内干燥空气的折射率，实现控制环形激光器光学腔长的方法，主要应用于反射镜式环形激光器、全反射棱镜式环形激光器的稳频***中，也可以应用在直腔激光器稳频***中。

背景技术

惯性技术是惯性敏感器、惯性稳定、惯性导航、惯性制导和惯性测量等技术的统称，是一项涉及多学科的高新技术。陀螺仪是惯性技术的关键器件，它可敏感单轴物体相对惯性空间的角运动。陀螺的种类很多，主要有液浮陀螺、挠性陀螺、静电陀螺、激光陀螺、光纤陀螺等。目前，惯性导航***中多使用具有高速转子的挠性陀螺。然而，由于高速转子容易产生质量不平衡问题，容易受到加速度的影响，而且需要一段预热时间，因此，挠性陀螺本身存在着难以克服的缺陷，不能满足惯性测量的更高的要求。与此相比，由于激光陀螺是不需要高速转子的固态陀螺，已成为惯性技术领域内惟一获得了实际应用，且卓有成效的非机电式高精度惯性敏感仪表。

激光陀螺是以双向行波环形激光器为核心的量子光学仪表，依靠环形激光器内双向行波间的振荡频率差来测量载体的角速度。激光陀螺的结构包括：环形激光器、偏频组件、光学腔长控制组件、信号处理***等部件。环形激光器的谐振腔通常由三面或四面高质量的高反射率反射镜构成。增益介质气体在电源的激励下，沿谐振腔产生传播方向相反、即顺时针和逆时针方向的两束光。环形激光器内光的频率由谐振腔的光学腔长决定。当谐振腔静止不动时，正反方向传播的两束光的频率相等；当谐振腔有转动角速度时，正反方向传播的两束光的频率不同，其频率差与载体的角速度成正比，满足如下关系式：

$\mathrm{\&Delta;v}=\frac{4A}{\mathrm{\&lambda;}<L>}\mathrm{\&Omega;}---\left(1\right)$

其中，A是环形光路所围面积，<L>是谐振腔的光学腔长，λ是环形激光器的工作波长，Ω是待测转速，Δv是正反向行波的频差。因此，如果知道了正反向行波的频差Δv，即可确定载体的转速Ω，这就是激光陀螺的工作原理。

由(1)式可见，激光陀螺测量转速的精度取决于它对输出频差Δv的测量精度，而环形激光器振荡频率v的稳定性直接影响Δv的测量精度。因此，高精度的激光陀螺均要求环形激光器单频输出，且频率稳定。在单频运转的环形激光器中，激光频率v主要由谐振腔的光学腔长<L>决定，满足关系式

$v=q\frac{C}{<L>}---\left(2\right)$

式中，q为常数，C为真空中的光速。在激光陀螺的实际工作中，外界环境经常会引起环形激光器的光学腔长变化ΔL_外，从而降低了环形激光器振荡频率v的稳定性。因此，为使环形激光器稳定工作，必须采取稳频措施。通常，利用稳频***控制环形激光器的光学腔长变化ΔL_补，且使该变化满足

ΔL_补≈-ΔL_外

即可补偿因外界环境引起环形激光器光学腔长的变化，提高了环形激光器的频率稳定性。

根据光学长度的定义<L>＝nL，有

$\frac{d<L>}{<L>}=\frac{\mathrm{dL}}{L}+\frac{\mathrm{dn}}{n}---\left(3\right)$

其中，n是光路中介质的折射率，L是光路的几何长度。可见，控制光学腔长方法可有两类，即控制谐振腔几何长度L的方法和控制光路中介质折射率n的方法。

环形激光器的稳频***通常由控制光学腔长装置和稳频伺服电路组成。目前的环形激光器稳频***中，主要有两种控制光学腔长的装置，一种是通过采用压电元件驱动谐振腔的反射镜，控制谐振腔的几何长度，如图1所示。该装置中的压电陶瓷PZT₁驱使谐振腔反射镜片M产生平移，从而改变激光器的光路，实现控制环形激光器光学腔长的目的，压电陶瓷PZT₂使镜片M产生微小抖动，对环形激光器腔长进行调制。另一种是通过加热丝温控光路中的介质折射率n，如图2所示。该装置主要由气室和电加热丝组成，气室和环形激光器的毛细管B内充有控制气体，通过加热丝改变控制气体的温度，从而改变控制气体的折射率，实现控制环形激光器光学腔长的目的。

中国惯性技术学报，1994，2(4)：50-57发表的马有年、袁晓东的文章“激光陀螺LG的稳频***”及有关资料指出，所述的第一种控制环形激光器光学腔长的装置主要应用在反射镜式环形激光器的稳频***中，它具有结构简单、灵敏度高和响应速度较快等优点，但由于压电元件在其伸缩过程中存在弯曲变形现象，会严重影响环形激光器的性能和激光陀螺的测量精度；所述的第二种控制环形激光器光学腔长的装置主要应用在全反射棱镜式环形激光器的稳频***中，它在光学腔长控制过程中，不改变环形激光器的光路，控制方法简单，可以解决全反射棱镜式环形激光器难于实现控制谐振腔几何长度的问题，但却存在如下缺点，影响其在高精度激光陀螺中的应用：

(1)控制光学腔长的装置与激光器存在着温度梯度，严重地影响环形激光器的性能和激光陀螺的测量精度；

(2)控制光学腔长装置的调整时间长、启动速度和响应速度低；

(3)功耗大。

发明的内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出了一种控制环形激光器光学腔长的装置，利用压电陶瓷电控谐振腔内干燥空气的折射率，实现对环形激光器光学腔长的控制。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明的技术原理是根据“光学技术手册”(王之江，陈杏蒲等，机械工业出版社，1987：683)中给出的在0.339μm～1.695μm光谱范围内干燥空气折射率n与状态参量的关系：

$n=1+C\left(\mathrm{\&lambda;}\right)\left(\frac{P}{T}\right)---\left(4\right)$

其中，C(λ)＝7.748×(1+6.6063×10^-3λ^-2)×10^-3，P为空气的压强(Pa)，T为空气的绝对温度(K)，λ为光的波长(μm)，得出如下结论：通过改变干燥空气的压强P或温度T，可以控制干燥空气的折射率n。

根据上述原理，本发明设计了一种可以控制环形激光器光学腔长的装置，该装置包括绝热容器、绝热弹性膜片、压电陶瓷，其中绝热容器构成所述装置的主体，绝热容器上，设有与环形激光器相连接的接咀；绝热弹性膜片紧密地固定在绝热容器上，并将绝热容器分隔为两个空间G和Q，绝热容器的G空间和与该空间连接的环形激光器的毛细管内充入干燥空气；压电陶瓷的一端与绝热弹性膜片连接，另一端固定在绝热容器上，利用稳频伺服***，对压电陶瓷上的电压U进行跟踪改变。

上述控制环形激光器光学腔长装置中的压电陶瓷为圆筒形，该圆筒上有可外加控制电源电压的正负电极。实际工作时，在空间G和与之连接的激光器毛细管内充入干燥空气，并对Q空间抽真空。

由该控制环形激光器光学腔长装置的结构，可得如下关系：

(1)空气折射率与压强的变化关系

以空间G和与之连接的环形激光器毛细管内干燥空气为研究对象。设空气的压强、温度、体积分别为P，T，V。由于空气的压强很低(1标准大气压)，因此可近似看作为理想气体，其状态参量满足理想气体状态方程：

$P=\frac{\mathrm{mRT}}{M}\frac{1}{V}---\left(5\right)$

其中，m为空气的质量，M为空气的摩尔质量，R是普适气体常数。

设空气的体积变化ΔV时，相应压强变化ΔP，折射率变化Δn。假设气体状态变化过程为绝热过程，因此有如下关系

$\mathrm{\&Delta;V}=-\frac{\mathrm{V\&Delta;P}}{\mathrm{\&kappa;P}}---\left(6\right)$

其中，κ为空气的绝热指数。根据(4)～(6)式，可得折射率与压强的变化关系为

$\mathrm{\&Delta;n}=\frac{C\left(\mathrm{\&lambda;}\right)\mathrm{mR}}{\mathrm{\&kappa;MVP}}\mathrm{\&Delta;P}---\left(7\right)$

(2)空气折射率与压电陶瓷上外加电压的变化关系

若压电陶瓷的形状是圆筒形，则根据第一类压电方程，可得压电陶瓷的位移Δl_t与所加电压ΔU的关系为

$\mathrm{\&Delta;}{l}_t=\frac{d_{31}{l}_t}{d_r}\mathrm{\&Delta;U}---\left(8\right)$

其中，l_t为筒高，d_r为壁厚，d₃₁压电系数。

假设绝热弹性膜片是半径为r的圆形弹性薄板，并设它变形后的形状为球冠，当压电陶瓷3沿l_t方向变化Δl_t时，引起干燥空气体积变化为

$\mathrm{\&Delta;V}\&ap;-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}{r}^2\mathrm{\&Delta;}{l}_t---\left(9\right)$

忽略绝热弹性膜片对压电陶瓷的应力作用，并由(7)～(9)式，可得折射率的变化为

$\mathrm{\&Delta;n}=\frac{\mathrm{\&pi;}{r}^2{l}_t\mathrm{PC}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)d_{31}}{2\mathrm{VT}{d}_r}\mathrm{\&Delta;U}---\left(10\right)$

设环形激光器内传播光路在干燥空气中的几何长度为l₀，则稳频***对环形激光器光学腔长的补偿量ΔL_补与压电陶瓷所加电压ΔU的关系为

ΔL_补＝l₀Δn＝KΔU                           (11)

其中，K为控制环形激光器光学腔长装置的灵敏度，其表达式为

$K=\frac{\mathrm{\&pi;}{r}^2{l}_t{l}_0\mathrm{PC}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)d_{31}}{2\mathrm{VT}{d}_r}---\left(12\right)$

式中，C(λ)为与激光波长λ有关的常数，l_t为圆筒形压电陶瓷的筒高，d_r为壁厚，d₃₁为压电系数，r为绝热弹性膜片的半径，l₀为光路在干燥空气中的几何长度，也即是环形激光器毛细管的长度，P、V、T分别为干燥空气的压强、体积和温度。

设控制环形激光器光学腔长的装置中，圆筒形压电陶瓷的筒高l_t＝10mm，壁厚d_r＝0.1mm，压电系数d₃₁＝5×10^-11C/N，r²/V＝0.05mm^-1，干燥空气的压P＝1.01×10⁵Pa，干燥空气的温度T＝25℃，毛细管B的长度为0.1m，则根据(12)式可计算出K＝1.3×10^-6mV^-1。

由以上关系式可见，只要改变干燥空气折射率，就可以改变环形激光器光学腔长的补偿量ΔL_补，改变了环形激光器光学腔长的补偿量ΔL_补，就可实现对环形激光器光学腔长的控制，而干燥空气折射率的改变是通过改变压电陶瓷上的外加电压进行的，具体过程如下：

(1)将控制环形激光器光学腔长装置与环形激光器连接；

(2)在绝热容器的G空间和与该空间连接的环形激光器的毛细管内充入干燥空气，并对Q空间抽真空，该G空间和Q空间是通过固定在绝热容器上的绝热弹性膜片，将绝热容器所分隔成的两个空间；

(3)当外界环境使环形激光器光学腔长变化ΔL_外时，利用稳频伺服***，对压电陶瓷上的电压U进行跟踪改变，直到使由改变量ΔU所得出的光学腔长补偿量的大小ΔL_补＝l₀Δn＝KΔU，与外界使环形激光器光学腔长的变化量ΔL_外基本相同时，即ΔL_补≈-ΔL_外为止，其中：l₀为环形激光器内传播光路在干燥空气中的几何长度，Δn为空气折射率变化，K为控制环形激光器光学腔长装置的灵敏度；

(4)将环形激光器振荡频率v锁定在激光器输出功率峰值所对应的频率v₀，即环形激光器的稳定频率上，以实现对环形激光器光学腔长的控制。

上述对压电陶瓷上的电压U进行跟踪改变过程是：首先选择环形激光器输出功率峰值所对应的频率v₀作为频率稳定点，再由稳频伺服电路中的振荡器对压电陶瓷电源上施加调制电压，获取环形激光器振荡频率v偏离v₀的误差反馈信号，然后根据该误差反馈信号使压电陶瓷电源电压改变ΔU，使环形激光器光学腔长变化ΔL_补，最终使ΔL_补≈-ΔL_外，使环形激光器的光学腔长得以稳定。

本发明具有如下有益效果：

(1)由于本发明的控制环形激光器光学腔长装置不改变干燥空气的温度，所以它与环形激光器之间不存在温度梯度。

(2)由于本发明的控制环形激光器光学腔长装置的响应速度主要取决于压电陶瓷、绝热弹性膜片的响应速度和空气压强变化的响应时间，因此，控制环形激光器光学腔长装置的调整时间短、启动速度和响应速度快。

(3)由于本发明的控制环形激光器光学腔长装置内干燥空气压强的改变量，取决于绝热弹性膜片的形变量，而与绝热弹性膜片的具体形状无关，因此，当压电陶瓷发生弯曲变形时，控制环形激光器光学腔长装置仍可稳定工作，并且对环形激光器的性能没有影响。

(4)由灵敏度关系(12)式可知，本发明控制环形激光器光学腔长装置具有很高的灵敏度。

(5)由于本发明的控制环形激光器光学腔长装置的功耗源于压电陶瓷的伸缩，绝热弹性膜片的形变，以及干燥空气的压缩、膨胀，而它们的变化量都非常小，因此，控制环形激光器光学腔长装置的功耗很低。

(6)由于本发明的控制环形激光器光学腔长装置主要由压电陶瓷、绝热弹性膜片控制激光器的光学腔长，其结构简单。

附图说明

图1现有压电元件电控腔长装置的结构简图

图2采用现有温控腔长装置的全反射棱镜式环形激光器的结构示意图

图3本发明控制环形激光器光学腔长装置的结构简图

图4采用本发明装置的全反射棱镜式环形激光器示意图

图5采用本发明装置的反射镜式环形激光器示意图

图6本发明控制环形激光器光学腔长装置的稳频原理框图

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细描述：

参照图3，本发明的控制环形激光器光学腔长装置主要由圆柱形绝热容器1，圆形绝热弹性膜片2，圆筒形压电陶瓷3组成。控制环形激光器光学腔长装置的主体是绝热容器1，绝热弹性膜片2紧密地固定在绝热容器1上，并将绝热容器1分隔为G、Q两部分。压电陶瓷3的一端与绝热弹性膜片2连接，另一端固定在绝热容器1上，压电陶瓷3上有可外加控制电源电压的正负电极，绝热容器1上设有连接接咀4，该接咀4可与环形激光器相连接。

实施例1

本发明提出的控制环形激光器光学腔长装置可用于全反射棱镜式环形激光器的稳频***中，如图4所示。控制环形激光器光学腔长装置中的接咀4通过绝热管5与全反射棱镜式环形激光器中的毛细管B相连接，6为环形激光器的腔体，7～10为全反射棱镜，11～14为保护罩，A、B、C、D为环形激光器的四个毛细管。环形激光器的毛细管A通过全反射棱镜9、10封闭，并在管内充入增益气体，环形激光器的毛细管B通过保护罩11、12封闭，并在环形激光器的毛细管B和空间G内充入1标准大气压的干燥空气，环形激光器的毛细管C、D和空间Q内为真空。

本发明控制环形激光器光学腔长装置与稳频伺服电路组成了全反射棱镜式环形激光器的稳频***，其稳频原理框图如图6所示。图6中，光电探测器将环形激光器输出的光信号转换成电信号，选频放大器对输出的电信号进行滤波，相敏检波器将滤波后的频率为f的电信号与振荡器上的参考信号进行比较，得出误差电压信号，该误差电压信号被直流放大器放大。振荡器提供频率为f的调制电压信号。

当环形激光器启动后，稳频伺服***首先选择环形激光器输出功率峰值所对应的频率v₀作为频率稳定点，再由稳频伺服电路中的振荡器在压电陶瓷的电源上施加频率为f调制电压，此电压使压电陶瓷3的长度以频率f变化，引起绝热弹性膜片2小幅度振动，导致环形激光器毛细管B内干燥气体的折射率也以频率f变化，即使环形激光器的光学腔长以同样频率f变化，则环形激光器振荡频率v便产生振幅为δv的调制，从而引起环形激光器输出功率的调制。当环形激光器的光学腔长恰为相应于振荡频率为v₀的光学腔长时，环形激光器的输出功率以频率2f变化，此光信号经光电探测器变换成的电信号不能通过选频放大器，因此，稳频伺服电路不产生信号输出。当外界环境使环形激光器光学腔长变化ΔL_外时，环形激光器振荡频率v偏离v₀，激光器的输出功率以频率f变化，此光信号经光电探测器变换成电信号，再通过选频放大后送入相敏检波器，与振荡器输入的参考信号电压进行比较，输出一个直流电压V_dc，该电压V_dc的大小与环形激光器振荡频率v偏离v₀的大小成正比，电压V_dc的正负取决于环形激光器振荡频率v偏离v₀的方向，是一个误差电压信号。误差电压V_dc通过直流放大器放大到足够的幅度，使加到压电陶瓷上的电压改变ΔU，即可改变压电陶瓷3的长度，导致绝热弹性膜片2形变，调整环形激光器毛细管B内干燥空气的压强和折射率，使环形激光器光学腔长变化ΔL_补，从而使环形激光器的振荡频率v趋向v₀。环形激光器振荡频率v越靠近v₀，误差信号越小，直到误差信号变为零。此时，控制环形激光器光学腔长装置使环形激光器光学腔长变化了ΔL_补，且有ΔL_补≈-ΔL_外，于是环形激光器振荡频率v就被锁定在v₀处，实现了环形激光器振荡频率的稳定。

本发明的控制环形激光器光学腔长装置在本实施例1应用中的灵敏度，可以通过如下的分析验证：

设控制全反射棱镜式环形激光器光学腔长的装置中，圆筒形压电陶瓷的筒高l_t＝10mm，壁厚d_r＝0.1mm，压电系数d₃₁＝5×10^-11C/N，r²/V＝0.05mm^-1，干燥空气的压强P＝1.01×10⁵Pa，干燥空气的温度T＝25℃，毛细管B的长度为0.1m，则根据(12)式可计算出K＝1.3×10^-6mV^-1。设环形激光器的光学腔长为0.28m，全反射棱镜材料为石英玻璃，腔体的热膨胀系数为5×10^-8℃^-1，可计算出环形激光器的光学腔长随温度变化为4.7×10^-7m℃^-1。可见，本发明控制全反射棱镜式环形激光器光学腔长装置的灵敏度很高。

实施例2

将本发明的控制环形激光器光学腔长装置用于反射镜式环形激光器的稳频***中，如图5所示。控制环形激光器光学腔长装置中的接咀4，通过绝热管5与反射镜式环形激光器中的毛细管B连接。6为反射镜式环形激光器的腔体，15、16为布儒斯特窗片，17～20为反射镜。该布儒斯特窗片15、16将环形激光器的毛细管分隔为A、B两部分，同时，布儒斯特窗片15、16将环形激光器的毛细管B密封。环形激光器的毛细管A内充入增益介质气体，环形激光器的毛细管B和空间G内充入1标准大气压的干燥空气，空间Q内为真空。本实施例中的稳频***原理图，也如图6所示。

当环形激光器启动后，稳频伺服***首先选择环形激光器输出功率峰值所对应的频率v₀作为频率稳定点，再由稳频伺服电路中的振荡器在压电陶瓷的电源上施加频率为f的调制电压，此电压使压电陶瓷3的长度以频率f变化，引起绝热弹性膜片2小幅度振动，导致环形激光器毛细管B内干燥气体的折射率也以频率f变化，即使环形激光器的光学腔长以同样频率f变化，则环形激光器的振荡频率v产生振幅为δv的调制，从而引起环形激光器输出功率的调制。当环形激光器的光学腔长恰为相应于振荡频率为v₀的光学腔长时，环形激光器的输出功率以频率2f变化，但此光信号经光电探测器变换成的电信号不能通过选频放大器，因此，稳频伺服电路不产生信号输出。当外界环境使环形激光器光学腔长变化ΔL_外时，环形激光器的振荡频率v偏离v₀，激光器的输出功率以频率f变化，此光信号经光电探测器变换成电信号，再通过选频放大后送入相敏检波器，与振荡器输入的参考信号电压进行比较，得到一个直流电压V_dc，该电压V_dc的大小与环形激光器振荡频率v偏离v₀的误差信号大小成正比，电压V_dc的正负取决于环形激光器振荡频率v偏离v₀的方向，是一个误差电压信号。误差电压V_dc通过直流放大器放大到足够的幅度，使加到压电陶瓷上的电压改变ΔU，即可改变压电陶瓷3的长度，导致绝热弹性膜片2形变，调整环形激光器毛细管B内干燥空气的压强和折射率，使环形激光器光学腔长变化ΔL_补，从而使环形激光器的振荡频率v趋向v₀。环形激光器振荡频率v越靠近v₀，误差信号越小，直到误差信号变为零。此时，控制环形激光器光学腔长装置使环形激光器光学腔长变化了ΔL_补，且有ΔL_补≈-ΔL_外，于是环形激光器振荡频率v就被锁定在v₀处，实现了环形激光器振荡频率的稳定。

本发明的控制环形激光器光学腔长装置在本实施例2应用中的灵敏度，可以通过如下的分析验证：

设控制环形激光器光学腔长装置中，圆筒形压电陶瓷的筒高l_t＝10mm，壁厚d_r＝0.1mm，压电系数d₃₁＝5×10^-11C/N，r²/V＝0.05mm^-1，干燥空气的压强P＝1.01×10⁵Pa，干燥空气的温度T＝25℃，毛细管B的长度为0.1m，则根据(12)式可计算出K＝1.3×10^-6mV^-1。设反射镜式环形激光器的光学腔长为0.3m，腔体的热膨胀系数为5×10^-8℃^-1，可计算出反射镜式环形激光器的光学腔长随温度变化为1.4×10^-8m℃^-1。可见，本发明控制环形激光器光学腔长装置的灵敏度很高。

综上，本发明提出的控制环形激光器光学腔长装置，对环形激光器性能影响小，优于现今已有的两种控制环形激光器光学腔长的装置。具有响应速度快、灵敏度高、功耗低、结构简单等优点，在高精度全反射棱镜式激光陀螺和反射镜式激光陀螺中的环形激光器稳频***中，具有广泛的应用前景。但该实施例并不构成对发明的任何限制，显然，所述技术领域的技术人员可以不经过任何创造性劳动，而利用本发明的技术构思，作出不仅仅限于本发明实施例的结构和方法。

Claims (4)

1.一种控制环形激光器光学腔长的装置，其特征在于包括：绝热容器(1)、绝热弹性膜片(2)、压电陶瓷(3)，绝热容器(1)上，设有与环形激光器相连接的接咀(4)；绝热弹性膜片(2)紧密地固定在绝热容器(1)上，并将绝热容器分隔为两个空间G和Q，绝热容器的G空间和与该空间连接的环形激光器的毛细管内充入干燥空气；压电陶瓷(3)的两端分别与绝热弹性膜片(2)和绝热容器(1)相连接，利用稳频伺服***，对压电陶瓷(3)上的电压U进行跟踪改变。

2.根据权利要求1所述的控制环形激光器光学腔长的装置，其特征在于压电陶瓷(3)为圆筒形，该圆筒上有外加控制电源电压的正负电极。

3.一种利用如权利要求1所述装置控制环形激光器光学腔长的方法，是通过改变压电陶瓷上的外加电压改变干燥空气折射率，由改变干燥空气折射率改变环形激光器光学腔长的补偿量ΔL_补，由改变环形激光器光学腔长的补偿量ΔL_补实现对环形激光器光学腔长的控制，具体过程如下：

(1)将控制环形激光器光学腔长的装置与环形激光器相连接；

(2)绝热容器的G空间和与该空间连接的环形激光器的毛细管内充入干燥空气，并对Q空间抽真空，该G空间和Q空间是通过固定在绝热容器上的绝热弹性膜片，将绝热容器所分隔成的两个空间；

(3)当外界环境使环形激光器光学腔长变化ΔL_外时，利用稳频伺服***，对压电陶瓷上的电压U进行跟踪改变，直到使由改变量ΔU所得出的环形激光器光学腔长补偿量的大小ΔL_补＝l₀Δn＝KΔU，与外界环境使环形激光器光学腔长的变化量ΔL_外基本相同时，即ΔL_补≈-ΔL_外为止，其中：l₀为环形激光器内传播光路在干燥空气中的几何长度，Δn为空气折射率变化，K为控制环形激光器光学腔长装置的灵敏度；

(4)将环形激光器的振荡频率v锁定在环形激光器输出功率峰值所对应的频率v₀上，以实现对环形激光器光学腔长的控制。

4.根据权利要求3所述的控制环形激光器光学腔长的方法，其中对压电陶瓷上的电压U进行跟踪改变过程是：首先选择环形激光器输出功率峰值所对应的频率v₀作为频率稳定点，再由稳频伺服电路中的振荡器对压电陶瓷电源上施加调制电压，获取环形激光器振荡频率v偏离v₀的误差反馈信号，然后根据该误差反馈信号使压电陶瓷电源电压改变ΔU，使环形激光器的光学腔长变化ΔL_补，最终使ΔL_补≈-ΔL_外，使环形激光器的光学腔长得以稳定。

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