DE2044575A1 - Ring interferometer - arrangement for quick measurement of angular velocities - Google Patents

Description

Ringinterferometer - Anordnung zur schnellen Messung von~Winkelgeschwindigkeiten Die Erfindung betrifft eine Ringinterferometer-Anordnung zur schnellen Messungvon Winkelgeschwindigkeiten. Mit der Anordnung soll ermöglicht werden, insbesondere kleine Winkelgeschwindigkeiten (und auch deren Anderungen) sehr rasch zu erfassen. Ring interferometer - arrangement for quick measurement of ~ angular velocities The invention relates to a ring interferometer arrangement for rapid measurement of Angular velocities. The arrangement is intended to enable, in particular to detect small angular velocities (and also their changes) very quickly.

Es ist bekannt, daß man mit Hilfe eines Ringinterferometers Winkelgeschwindigkeiten messen kann. Der hierzu bekannteste Versuch ist der von Sagnac (1913; vgl. z.I3. Bergmaml-Schaefar, Lehrbuch der Physik, Band III, Optik, bearbeitet von Matossi, S. 562-564, 1966 ; C.V. Heer, Physical Review, 2nd Ser., Vol. 134, No. 4 A, Seiten A 799-A804, 18.5.1964). Die äußere, sogenannte monochromatische Lichtquelle besitzt eine Linienbreite in der Größenordnung von 10 . Hierdurch wird das Auflösungsvermögen der Versuchsanordnung nach kleinen Winkelgeschwindigkeiten hin begrenzt (# ist die Lichtwellenlänge), Bei z,B. dem Helium - Neon - Laser liegt die Linienbreite in der Größenordnung von 10-14. Durch Einsetzen von einer oder mehreren optisch gepumpten Plasma-Entladungs-Röhren in die Arme des Ringinterferometers wurde ein Laser mit ringförmigem Resonator, der Ringlaser, konzipiert (W.M. Macek, D.T. Davis Jr. Applied Physics Letter, Vol. 3, 1963, s. 67).It is known that angular velocities can be measured with the aid of a ring interferometer. The best-known attempt in this regard is that of Sagnac (1913; see e.g. 13 Bergmaml-Schaefar, Textbook of Physics, Volume III, Optics, edited by Matossi, pp. 562-564, 1966; CV Heer, Physical Review, 2nd Ser ., Vol. 134, No. 4 A, pages A 799-A804, May 18, 1964). The outer, so-called monochromatic light source has a line width on the order of 10. This limits the resolving power of the experimental set-up towards small angular velocities (# is the light wavelength). the helium-neon laser is the line width on the order of 10-14. By inserting one or more optically pumped plasma discharge tubes into the arms of the ring interferometer, a laser with a ring-shaped resonator, the ring laser, was designed (WM Macek, DT Davis Jr. Applied Physics Letter, Vol. 3, 1963, p. 67 ).

Die Erwartungen, sehr kleine Winkelgeschwindigkeiten messen zu können, haben sich nicht erfüllt wegen des "look inn -Effektes und der Wirkung des "hole-burning" - Effektes.The expectations of being able to measure very small angular velocities have not been fulfilled because of the "look inn effect" and the "hole-burning" effect - effect.

Die letztere kann man einigermaßen umgehen, wenn man bei Winkelgeschwindigkeit a 0 O die Frequenz der durch Kalibrierung eingestellten einzigen Eigenschwingung (Mode) asymmetrisch zur Mitte der Doppler-Verbreiterung (oder Laserbreite) legt. Dem "lock inn - Effekt suchte man durch verschiedene "bias techniques" zu begegnen, wie stetes Rotieren des Ringlasers mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit, Phasenverzögerung der beiden gegenläufigen Wanderwellen mittels Anwendung des Faraday-Effektes, vibrierende Prismen (J. Killpatrik, IEEE Spectrum 1967, No. 4, S. 44-45 ; W.M. Macek, E.J. Mc Cartnoy, Sperry Engineering Review, Vol. 19 (1966), No, 1, S. 8-15; H.A.H. Boot et al., Electronics Letters, Vol.5, No.15, 24 July 1969. S.347-348).The latter can be avoided to some extent if you are at angular velocity a 0 O the frequency of the single natural oscillation set by calibration (Mode) asymmetrically to the center of the Doppler broadening (or laser width). An attempt was made to counter the "lock inn effect" through various "bias techniques", like constant rotation of the ring laser with a constant angular velocity, phase delay of the two opposing traveling waves using the Faraday effect, vibrating Prisms (J. Killpatrik, IEEE Spectrum 1967, No. 4, pp. 44-45; W.M. Macek, E.J. Mc Cartnoy, Sperry Engineering Review, Vol. 19 (1966), No, 1, pp. 8-15; H.A.H. boat et al., Electronics Letters, Vol.5, No.15, 24 July 1969. pp.347-348).

Die Resultate dieser Maßnahmen, die zusätzlichen Geräteaufwand benötigen, erscheinen nicht als befriedigend.The results of these measures, which require additional equipment, do not appear to be satisfactory.

Wenn man aber ein Ringinterferometer mit einem linearen z.B.But if one uses a ring interferometer with a linear e.g.

Helium - Neon - Laser als äußerer kohärenter Lichtquelle verwendet, so müßte man wesentlich kleinere Winkelgeschwindigkeiten messen können als dies mit den bisher bekannten Ringlasern möglich ist.Helium - neon laser used as an external coherent light source, so one should be able to measure much smaller angular velocities than this is possible with the previously known ring lasers.

Unter einem 1 i n e a r e n Laser wird eine Lasweranordnung verstanden, deren Resonator durch zwei Spiegel gebildet wird, die senkrecht zur Strahlrichtung bzw. zur Längsachse der Plasma-Röhre (oder des Kristalls) stehen. Ebenso als lineare Laser verstanden werden solche, bei denen die Plasma-Röhre (oder der Kristall) in der einen Brennlinie, die Blitzlampe in der gleichen oder der anderen Brennlinie eines elliptischen Resonators angeordnet sind. Wenn man nur eine einzige äußere Lichtquelle (einen einzigen linearen Laser) für das Ringinterferometer verwendet, so wird bei kleinen Winkelgeschwindigkeiten # die Differenzfrequenz ## der mit und gegen die Rotationsrichtung laufenden Wellen sehr klein.A 1 in e a r e n laser is understood to mean a laser arrangement, whose resonator is formed by two mirrors that are perpendicular to the direction of the beam or to the longitudinal axis of the plasma tube (or the crystal). Likewise as linear Lasers are understood to be those in which the plasma tube (or crystal) is in one focal line, the flash lamp in the same or the other focal line an elliptical resonator are arranged. If you only have a single outer Light source (a single linear laser) used for the ring interferometer, so at low angular velocities # the difference frequency ## becomes that with and waves running against the direction of rotation are very small.

Infolgedessen wird die Schwebungsperiode 1/## sehr groß, d.h.As a result, the beat period 1 / ## becomes very large, i.e.

die Meßzeit, die mindestens eine Schwebungsperiode umfaßt, wird sehr groß.the measurement time, which includes at least one beat period, becomes very large great.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Winkelgeschwindigkeiten, insbesondere sehr kleine, vermittels eines Ringinter ferometers in möglichst kurzer Zeit zu messen.The invention is based on the problem of angular velocities, especially very small ones, using a ring interferometer in as short a time as possible Time to eat.

Die Aufgabe wird erfidungsgemäß dadurch gelöst, daß in einem Ringinterferometer zwei unabhängig voneinander arbeitende lineare Laser, an einer Ecke der Interferometerarme über Ecke oder in einem Interferometerarm Rückseite an Rückseite, derart angeordnet werden, daß Jeder der beiden linearen Laser in einer Richtung allein abstrahlt, die gegensinnig der Strahlrichtung des anderen linearen Lasers ist, sowie, daß der eine der beiden linearen Laser eine Doppler-Verbreiterung oder Laser breite besitzt, die verschieden ist von derjenigen Doppler-Verbreiterung des anderen linearen Lasers.The object is achieved according to the invention in that in a ring interferometer two independently working linear lasers, at one corner of the interferometer arms over the corner or in an interferometer arm back to back, arranged in this way be that each of the two linear lasers in one direction alone radiates in the opposite direction to the beam direction of the other linear laser, as well as, that one of the two linear lasers has a Doppler broadening or laser broad which is different from that Doppler broadening of the other linear Lasers.

Bei dieser Art der Anordnung der beiden unabhängigen Laser ist ein Strahlteiler überflüssig, wie er sonst bei dem Ringinterferometer mit einer einzigen äußeren Lichtquelle benötigt wird.In this type of arrangement, the two independent lasers are one Beam splitter superfluous, as is otherwise the case with the ring interferometer with a single one external light source is required.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß ebenfalls dadurch gelöst, daß zwei unabhängig voneinander arbeitende lineare Laser parallel nebeneinander oder parallei übereinander als äußere Lichtquellen außerhalb des Ringinterferometers angeordnet werden, sowie daß der eine der beiden linearen Laser eine Doppler-Verbreiterung oder Laser-Breite besitzt, die verschieden ist von derjenigen Doppler-Verbreiterung des anderen linearen Lasers. Bei dieser Lösung der Aufgabe ist natürlich ein Strahlteiler notwendig.The object is also achieved in that two linear lasers working independently of one another, parallel to one another or in parallel arranged one above the other as external light sources outside the ring interferometer and that one of the two linear lasers has a Doppler broadening or has a laser width different from that of Doppler broadening of the other linear laser. In this solution to the problem, of course, is a beam splitter necessary.

Die einfachste Art, die in entgegengesetzter Richtung laufenden Wellen aus dem Ringinterferometer auszukoppeln, d,h. die Wellen zur Interferenz zu bringen bzw. die Differenzfrequenz zu messen, ist, daß man jede der beidon Wellen nur Jeweils den halben Umfang des Ringinterferometers durchlaufen läßt. In weiterer Ausbildung der Erfindung setzt sich somit das gesamte Ringinterferometersystem aus zwei Halbring-Interferometern zusammen; das eine für den von dem einen linearen Laser im Gegen-Uhrzeigersinn laufenden Strahl, das andere für den von dem anderen linearen Laser mit im Uhrzeigersinn laufendon Strahl.The simplest type, the waves running in opposite directions out of the ring interferometer, d, h. to bring the waves to interference or to measure the difference frequency, is that each of the two waves only in each case can run through half the circumference of the ring interferometer. In further training the invention thus continues the whole Ring interferometer system composed of two half-ring interferometers; one for the one linear Laser counterclockwise beam, the other for that of the other linear laser with clockwise beam.

Jeder der beiden gegenläufigen Strahlen durchläuft also in seinem Halbring-Interferometer die Hälfte der Kreissehnen, die er bei einem Ganzring-Interferometer durchlaufen würde.Each of the two opposing rays runs through in his Half-ring interferometer half of the tendons that a full-ring interferometer does would go through.

Theoretisch (vgl. z.B. Bergmann-Schaefer, loc,cit.) ist damit ein gewisser Verlust an Empfindlichkeit verbunden. Je weniger aber die Strahlen gespiegelt werden, umso geringere Intensitätsverluste erleiden sie. Die Interferenz von Strahlen, die von zwei voneinander unabhängigen Laser-Lichtquellen stammen, und somit die Messung der Differenzfrequenz wird unkritisch, wenn die Intensität der interferierenden Strahlen groß genug ist. Dann wird diese Interferenz nicht durch statistische Phasenänderung beeinträchtigt. Bei der Ausbildung des Gegenstandes der Erfindung als aus zwei Halbring-Interferometern zusammengesetzLes Ringinterferometer kann man also linearere Laser geringerer Leistung verwenden. Die Rnginterferometer-Anordnung in einer Ebene zusammengesetzt aus zwei Halbring-Interferometern, wie gerade beschrieben, kann einen Vorteil bringen, wenn man statt um eine Bezugsachse um drei zueinander senkrecht bzw. in gewissen festen Winkeln zueinander stehenden Bezugsachsen die Winkelgeschwindigkeiten messen will. Für jede Bezugsachse hat man dann ein Ringinterferometer in einer Ebene senk seiner Bezugsachse. Je nach den technischen Gegebenheiten kann der Aufbau eines solchen Drei-Achsen-Ringinterferometersystems durch diese, in der Erfindung vorgesehenen Möglichkeit, vereinfacht oder sogar erst ermöglicht werden.Theoretically (cf. eg Bergmann-Schaefer, loc. Cit.) This is associated with a certain loss of sensitivity. However, the less the rays are reflected, the less loss of intensity they suffer. The interference of rays that originate from two independent laser light sources, and thus the measurement of the difference frequency, is not critical if the intensity of the interfering rays is high enough. Then this interference is not affected by statistical phase change. When the subject matter of the invention is embodied as a ring interferometer composed of two half-ring interferometers, it is therefore possible to use linear lasers of lower power. The ring interferometer arrangement in one plane composed of two half-ring interferometers, as just described, can be of advantage if one wants to measure the angular velocities instead of about a reference axis about three reference axes perpendicular to one another or at certain fixed angles to one another. For each reference axis one then has a ring interferometer in one plane its reference axis. Depending on the technical conditions, the construction of such a three-axis ring interferometer system can be simplified or even made possible in the first place by this possibility provided in the invention.

Der Gegenstand der Erfindung bei Anordnung der beiden linearen Laser über Eck", wie beschrieben, gestattet es, die gegenläufige Strahlen von den beiden linearen Lasern auch über alle Kreissehnen, also über den gesamten Umfang de Ganzring-Interferometers umlaufen zu lassen. Um die Strahlen aber dann (in der Gegend, in welcher die beiden linearen Laser mit ihren Rückseiten liegen) nach Umlauf, jeweils um den ganzen Ring auskoppeln, d.h. zur Interferenz bringen zu können, müssen die beiden Strahlen gerade über die Ebene der beiden linearen Laser ein wenig herausgehoben werden.The object of the invention in the arrangement of the two linear lasers over corner ", as described, allows the opposing rays of the two linear lasers also over all circular chords, i.e. over the entire circumference of the whole ring interferometer to run around. But then around the rays (in the area in which the two linear laser with their backs lying) after rotation, each around the whole ring couple out, i.e. to be able to cause interference, the two beams have to be straight lifted a little above the level of the two linear lasers.

Man kann aber auch die linearen Laser etwas weiter von einander "über Eck" anordnen, so daß zwischen ihnen ausgekoppelt wird. Diese beiden Möglichkeiten lassen sich aber leicht erreichen,indem man die Spiegel des (Ganz-) Ringinterferometers etwas wölbt. Durch diese leichte Wölbung der Spiegel, werden die Strahlen leicht schräg aus der Ebene der linearen Laser herausgehoben, bzw. in der Interferometerebene zwischen den "über Eck" angeordneten linearen Lasern herausgespiegelt.But you can also use the linear lasers a little further from each other "above Arrange corner "so that it is decoupled between them. These two possibilities but can easily be reached by using the mirror of the (whole) ring interferometer something bulges. This slight curvature of the mirror makes the rays light lifted obliquely out of the plane of the linear laser, or in the interferometer plane between the linear lasers arranged "around the corner".

Bei der erfindungsgemäßen Lösung der Aufgabe mittels zweier parallel neben- oder übereinander angeordneten linearen Lasern, (deren Doppler-Verbreiterungen von einander vbrschieden ist) ist ein Strahlteiler zu benutzen. Dieser teilt die beiden Strahlen von den linearen Lasern auf, in ein Strahlenpaar, welches mit dem Uhrzeigersinn im Ringinterferometer umläuft. Die Anordnung der parallen linearen Laser richtet sich nach der Größe (dem Format) der Spiegel im Ringinterferometer. Bei der Laser-Anordnung parallel nebeneinander" haben die Spiegel ein größeres Querformat zu besitzen, als bei der Laser-Anordnung "parallel-übereinander", bei welcher mehr ein Hochformat der Interferometerspiegel zu benutzen ist.In the solution of the problem according to the invention by means of two parallel linear lasers arranged next to or one above the other (their Doppler broadening are different from each other) a beam splitter must be used. This shares the two beams from the linear lasers, into a pair of beams that coincides with the Rotates clockwise in the ring interferometer. The arrangement of the parallel linear The laser depends on the size (format) of the mirrors in the ring interferometer. With the laser arrangement parallel to each other "the mirrors have a larger landscape format than with the laser arrangement "parallel-one above the other", which is more a portrait format of the interferometer mirror is to be used.

Der Gegenstand der Erfindung gestattet es aber auch, die von den parallel neben- oder übereinander angeordneten linearen Lasern kommenden Strahlen zusammenzuführen. Dieses - bereits miteinander interferieronde - Strahlenbündel trifft dann auf den Strahlenteiler, wo es in ein Bündel geteilt wird, welches mit dem Uhrzeigersinn an den Spiegeln reflektiert umläuft, und ein solches, welches gegen den Uhrzeigersinn umläuft. Das Ringinterferometer selbst kann auch durch eine entsprechende Anzahl von (möglichst 100%ig reflektierenden) Spiegeln in eine entsprechende Anzahl von Kreissehnen unterteilt werden (Bergmann-Schaefer loc. cit.).The object of the invention also allows the parallel next to or on top of each other arranged linear lasers coming beams together. This beam - already interfering with each other - then hits the Beam splitter where it is split into a bundle which is clockwise reflected on the mirrors, and one that rotates counterclockwise running around. The ring interferometer itself can also have a corresponding number of (100% reflective if possible) mirrors into a corresponding number of Circular tendons (Bergmann-Schaefer loc. cit.).

Die durch die Parallelanordnung der linearen Laser, besonders wenn deren Strahler vor dom Auftreffen auf den Strahlenteiler zusammengeführt werden, erreichte Vielstrahlinterferenz erhöht die Meßempfindlichkeit des Gegenstandes der Erfindung.The result of the parallel arrangement of the linear lasers, especially if whose emitters are brought together before they hit the beam splitter, Multi-beam interference achieved increases the measurement sensitivity of the object Invention.

Damit ist eine genauere Messung der Differenzfrequenz ## in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit # möglich als bei Wenigstrahliniterferenz. Nachdem die Strahlenbündel gegensinnig über den ganzen Umfang (also alle Kreissehnem) des (Ganz-) Ringinterferometers umgelaufen sind, treffen sie am Strahlteiler wieder zusammen und werden von dort auf die Meßeinrichtung für die Differenzfrequenz (Superheterodyne-Spektrometer) geführt.This means that a more precise measurement of the difference frequency ## is dependent of the angular velocity # possible than with few-beam initerference. After this the bundles of rays in opposite directions over the entire circumference (i.e. all circular tendons) of the (Whole) ring interferometers have circulated, they hit again at the beam splitter together and from there to the measuring device for the difference frequency (superheterodyne spectrometer) guided.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.Embodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail below.

Es zeigt: Fig. 1 ein (Ganz-) Ringinterferometer 1 mit Bezugsarlise 2, bei welchem in einer Ecke des Ringinterferometers 1 über Eck" angeordnet sind, ein linearer Laser 3, der mit dem Uhrzeigersinn abstrahlt, Strahl 4, und ein linearer Laser 5, dessen Strahl 6 gegen den Uhrzeigersinn im Ringinterferometer 1 umläuft. Die Dopplerverbreiterung (Laserbreite) des linearen Lasers 3 ist verschieden von der des linearen Lasers 5. Unter Voraushinweis auf Fig. 3, Verstärkung G(#) über Frequenz') , wäre dort für den Index A z.B. 3 und für B gleich 5 zu setzen. Diese verschiedenen Dopplerverbreiterungen oder Laserbreiten, oberhalb deren Halbwertbrcite eine Lichtverstärkung ("lasing") möglich ist, werden bei Gas-Lasern (z.B.He-Ne-Lasern durch verschiedene Drücke in den Plasmaröhren der linearen Laser 3 und 5 erreicht. Wichtig ist, daß jeder lineare Laser (3 und 5) bei der Winkelgeschwindigkeit gleich Nul nur eine Mode (Eigenschwingung) #°A=#°3 und 23 =y emittiert. Dies läßt sich erreichen durch Betreiben der linearen Laser gerade über dem Schwellwert und durch Resonator-Kalibrierung. Werden die linearon Laser bei höheren Leistungen betrieben, so muß man Modensektoren vorsehen.It shows: FIG. 1 a (whole) ring interferometer 1 with a reference axis 2, in which in a corner of the ring interferometer 1 are arranged across corners, a linear laser 3 emitting clockwise, beam 4, and a linear one Laser 5, the beam 6 of which rotates counterclockwise in the ring interferometer 1. The Doppler broadening (laser width) of the linear laser 3 is different from the of the linear laser 5. With reference to Fig. 3, Gain G (#) versus frequency ') , for example 3 would be set there for the index A and 5 for B. These different Doppler broadening or laser widths, above their half-value width a light amplification ("lasing") is possible with gas lasers (e.g. He-Ne lasers by different Pressures reached in the plasma tubes of the linear lasers 3 and 5. It's important, that each linear laser (3 and 5) at angular velocity equal to zero only one Mode (natural oscillation) # ° A = # ° 3 and 23 = y emitted. This can be achieved through Operate the linear laser just above the threshold and through resonator calibration. If the linearon lasers are operated at higher powers, one must have mode sectors provide.

Die Spiegel 7,8 und 9 des Ringinterferometers 1 sind leicht gewölbt. Hierdurch wird erreicht, daß - Je nach der Art der Spiegelwölbung - sich die Strahlen etwa an der Stelle 10 kreuzen. Die Stelle 10 kann in der Ebene des Ringinterferometers 1, also in der Ebene der linearen Laser 3 und 5, liegen. Die Stelle 10 kann aber auch oberhalb (oder unterhalb) der Ebene des Ringinterferometers 1 liegen. Bei dieser Kreuzung müssen sich die Strahlen 4 und 6 nicht kreuzend durchdringen. Vielmehr können sie sich gerade übereinander - sozusagen nur in ihrer Fortpflanzungsrichtung kreuzen, Dies ist alles durch entsprechende Wölbung der Spiegel 7,8,9 erreichbar. Der Strahl 6 wird mittels des Prismas 11 umgelenkt und mittels des Spiegels 12 in die gleiche Richtung wie der Strahl 4 gebracht. Die Strahlen 4 und 6 interferieren dann und sie werden in der Photomischerdiode 13 aufgefangen. Im Superheterodyne-Spektrometer 14 wird die Differenzfrequenz ## gemessen. In den - nicht mehr eingezeichneten -Geräten wird die Differenz (oder Schwebungs-) Frequenz digital ausgegeben, indem z.B. jeder Nulldurchgang der Schiebung einen Impuls erzeugt. Da bei dem Gegenstand der Erfindung die Schwebungsperiode 1/#γ sehr kurz ist, ist die Meßzeit für die Differenzfrequenz sehr klein. Ein weiteres - nicht eingezeichnetes Gerät - sorgt für die Zuordnung von den Werten der Differenzfrequenz #γ zu der Winkelgeschwindigkeit #. Ist diese gleich Null, so ist Rotiert das Ringinterferometer 1 mit einer Winkelgeschwindigkeit # gegen zeigersionn, so ergibt sich eine Differenzfrequen > #γ °, bei Rotation mit dem Uhrzeigersinn ein den Uhr- Daher ist in der auffangenden photomischerdiode 13 keine Anordnung zur Unterscheidung der Richtung der Winkelgeschwindigkeit # notwendig.The mirrors 7, 8 and 9 of the ring interferometer 1 are slightly curved. This ensures that - depending on the type of mirror curvature - the rays intersect at approximately the point 10. The point 10 can lie in the plane of the ring interferometer 1, that is to say in the plane of the linear lasers 3 and 5. The point 10 can, however, also lie above (or below) the plane of the ring interferometer 1. At this intersection, the rays 4 and 6 do not have to cross each other. Rather, they can just cross one another - so to speak, only cross in their direction of propagation. This can all be achieved through the corresponding curvature of the mirrors 7, 8, 9. The beam 6 is deflected by means of the prism 11 and brought in the same direction as the beam 4 by means of the mirror 12. The beams 4 and 6 then interfere and they are intercepted in the photomixer diode 13. The difference frequency ## is measured in the superheterodyne spectrometer 14. In the devices, which are no longer shown, the difference (or beat) frequency is output digitally, e.g. by generating a pulse every zero crossing of the shift. Since the beat period 1 / # γ is very short in the subject matter of the invention, the measurement time for the difference frequency is very short. Another device - not shown - ensures the assignment of the values of the difference frequency # γ to the angular velocity #. If this is equal to zero, then it is If the ring interferometer 1 rotates with an angular velocity # in the opposite direction, the result is a difference frequency># γ °, with clockwise rotation a clockwise Therefore, an arrangement for discriminating the direction of the angular velocity # is not necessary in the collecting photonic mixer diode 13.

Fig. 2 zeigt ein (Ganz-) Ringinterferometer 15 (mit Bezugsachse 2), in dessen einem Interferometerarm die linoaren Laser 16 und 17 Rücken an Rücken", getrennt durch eine absorbierende Trennwand 18, angeordnet sind.Fig. 2 shows a (whole) ring interferometer 15 (with reference axis 2), in one interferometer arm the linoar lasers 16 and 17 back to back ", separated by an absorbent partition 18 are arranged.

Der lineare Laser 16, dessen Strahl 19 sich mit dem Uhrzeigersinn forpflanzt, und der lineare Laser 17, dessen Strahl 20 sich gegen den Uhrzeigersinn forpflanzt, besitzen voneinander verschiedene Dopplerverbreiterungen und Mittenfrequenzen VA°=V16° und VB°=V17°. Die Spiegel 21, 21a, 22 des (Ganz-) Ringinterferometers 15 sind Winkel-Spiegel, die Spiegel 23 und 24 sind so gewinkelt, daß sich die Strahlen 19 und 20 an der Stelle 25 (einander durchdringend oder gerade übereinander) kreuzen können, Für die Bezugszeichen 11 bis 14 (und nachfolgende - nicht eingezeichnete - geräte) gilt das unter Fig. 1 gesagte.The linear laser 16, the beam 19 of which moves clockwise propagates, and the linear laser 17, the beam 20 of which is counterclockwise propagates, have different Doppler broadening and center frequencies VA ° = V16 ° and VB ° = V17 °. The mirrors 21, 21a, 22 of the (whole) ring interferometer 15 are angle mirrors, the mirrors 23 and 24 are angled so that the rays 19 and 20 cross at point 25 (piercing each other or just above each other) can, for the reference numerals 11 to 14 (and following - not shown - devices) what was said under Fig. 1 applies.

Fig. 3 zeigt im Diagramm Verstärkung G(V) über der Frequenz V die Doppler-Verbreiterung (Laser-Breiten) GA(V) und GB(V) - wobei nur die oberhalb der gestrichelten Linie liegenden Bereiche von G(V) die Lichtverstärkung ("lasing") ermöglichen - der beiden linearen Laser (A und B) des Gegenstandes der Erfindung. Mit VA° ist die Mittenfrequenz ("single mode") des linearen Lasers A, mit Vn° die des Lasers B bezeichnet, gültig bei der Winkelgeschwindigketi # = o.Fig. 3 shows in the diagram amplification G (V) over the frequency V die Doppler broadening (laser widths) GA (V) and GB (V) - with only those above the dashed line areas of G (V) the light amplification ("lasing") enable - the two linear lasers (A and B) of the subject invention. With VA ° the center frequency ("single mode") of the linear laser A, with Vn ° it of the laser B, valid at the angular speed # = o.

Fig. 4 zeigt das (Ganz-) Ringinterferometer 26 mit Bezugsachse 2* Die linearen Laser 27 und 28, deren Doppler Verbreiterungen verschieden voneinander sind (Fig. 3), sind in Fig. 4 parallel nebeneinander, getrennt durch eine absorbierende Trennwand 29, angeordnet. Die beiden linearen Laser (27 und s) können auch parallel übereinander angeordnet sein mit flachliegender Trennwand (29).Fig. 4 shows the (whole) ring interferometer 26 with reference axis 2 * The linear lasers 27 and 28, whose Doppler broadenings are different from each other are (Fig. 3), are in Fig. 4 parallel to each other, separated by an absorbent Partition 29, arranged. The two linear lasers (27 and s) can also be parallel be arranged one above the other with a flat partition (29).

Dio Strahlen 3 : des linearen Lasers 27 und 32 des Lasers 28 werden am Strahlteiler 30 geteilt, derart daß vor jedem Strahl (31, 320 ein Teil mit und ein Teil (31', 32') gegen den Uhrzeigersinn im (Ganz-) Ringinterferometer 26 umläuft. Die Spiegel 33,34 und 35 sind gerade Spiegel.The beams 3: of the linear laser 27 and 32 of the laser 28 become divided at the beam splitter 30 such that in front of each beam (31, 320 a part with and a part (31 ', 32') rotates counterclockwise in the (whole) ring interferometer 26. The mirrors 33, 34 and 35 are straight mirrors.

Die Strahlen 31,32 und 31', 32' werden am Strahlteiler 30 zu einem Bündel 33 vereinigt. Durch ein optisches System 34 wird - oder kann werden - das Strahlenbündel schärfer gebündelt zu einem Strahlenbündel 35. Für die Bezugszeichen 13 und 14 (und nachfolgende - nicht eingezeichnete - Geräte) gilt das unter Fig. 1 gesagte.The beams 31, 32 and 31 ', 32' become one at the beam splitter 30 Bundle 33 united. An optical system 34 will - or can become - that Beams bundled more sharply to form a beam 35. For the reference symbols 13 and 14 (and subsequent devices - not shown), the same applies to Fig. 1 said.

Fig. 5 zeigt eine gegen Fig. 4 etwas abgewandelte äußere Lichtquellenanordnung. Die Strahlen 31 und 32 werden durch ein optisches System zu einem engen Strahlenbündel 37 vereinigt, Das Strahlenbündel 37 wird durch den Strahlenteiler 30 geteilt in ein Strahlenbündel 38, welches mit dem Uhrzeigersinn, und ein Strahlenbündel 38', welches mit dem Uhrzeigersinn im Ringinterferometer 26 umläuft, Fig. 6 zeigt die Zusammensetzung eines Ringinterferometersystems aus zwei Halbringt-Interferometern, dem linken (39) und dem rechten Halbring-Interferometer 40. Die (gegensinnig) umlaufenden Strahlen 41 und 42 werden also nach nur einem halben Umlauf ansgekoppelt, d.h. zur Interferenz gebracht bzw. es wird die Differenzfrequenz #V gemessen wie es unter Fig. 1 für die Bezugszeichen 11 bis 14 (und nachfolgende - nicht eingezeichnete - Geräte) dargelegt wurde. Die Spiegel 43 und 44 sind gerade Planspiegel, Mit 45 sind die Lichtquellenanordnungen (also die Anordnungen der linearen Laser) nach Fig. 1 oder Fig. 2 oder Fig. 4 bezeichnet, Fig, 7 zeigt die Halbring-Interferometer 39' und 40', wenn die (Halb-) Ringe durch die Planspiegel 43', 43'', 43''' ... sowie 44', 44'', 44''', ... in viele Kreissehnen eingeteilt werden. Mit 46 ist das unter Fig. 6 für die Bezugszeichen 11 bis 14 Beschrieberxe bezeichnet.FIG. 5 shows an outer light source arrangement which is somewhat modified from FIG. 4. The rays 31 and 32 are made into a narrow bundle of rays by an optical system 37 united, the beam 37 is divided by the beam splitter 30 into a bundle of rays 38, which is clockwise, and a bundle of rays 38 ', which rotates clockwise in the ring interferometer 26, Fig. 6 shows the composition a ring interferometer system consisting of two half-ring interferometers, the left one (39) and the right half-ring interferometer 40. The (in opposite directions) circulating beams 41 and 42 are therefore coupled after only half a revolution, i.e. for interference brought or the difference frequency #V is measured as shown in FIG. 1 for the reference numerals 11 to 14 (and subsequent devices - not shown) became. The mirrors 43 and 44 are straight plane mirrors, 45 are the light source arrangements (i.e. the arrangements of the linear lasers) according to Fig. 1 or Fig. 2 or Fig. 4, Fig. 7 shows the half-ring interferometer 39 'and 40' when the (half) rings through the plane mirrors 43 ', 43 ", 43"' ... as well as 44 ', 44 ", 44"', ... in many circular chords to be grouped. With 46 this is under Fig. 6 for the reference numerals 11 to 14 Beschrieberxe designated.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß einmal die Nachteile der bisher bekannten Ringlaser (Plasmaröhren in ringförmigen Resonatoren) - "lock in"-Effekt und Wirkung des "hole burning"- Effektes vermieden werden. Die beiden linearen Laser arbeiten unabhängig voneinander, sie sind optisch entkoppelt, so daß sie sich nicht gegenseitig beeinflussen. Da zwei unabhängige, lineare Laser verwendet werden, erzielt die Erfindung den weiteren Vorteil, daß man für jeden linearen Laser eine Dopplerverbreiterung (Laserbreite) vorgeben kann, die verschieden ist von der des anderen linearen Lasers. Zudem ist die Kalibrierung bei linearen Lasern auf eine Mittenfrequenz VA° bzw. VB° leicht durchzuführen. Weiterhin; sind die linearen Laser thermisch gut beherrschbar, für das (Ganz- oder Halb-) Ringinterferometer selbst entstehen somit keine thermischen Probleme, wie dies bei dem Ringlaser durchaus der Fall sein kann.The advantages achieved with the invention are in particular: that once the disadvantages of the previously known ring lasers (plasma tubes in ring-shaped Resonators) - "lock in" effect and effect of "hole burning" - Effect be avoided. The two linear lasers work independently of each other, they are optically decoupled so that they do not influence each other. There two independent linear lasers are used, the invention achieves the further Advantage of having a Doppler broadening (laser width) for every linear laser which is different from that of the other linear laser. In addition, is the calibration of linear lasers to a center frequency VA ° or VB ° is easy perform. Farther; the linear lasers are thermally controllable for the (full or half) ring interferometer itself does not generate any thermal Problems, as can be the case with the ring laser.

Die durch die Verwendung zweier unabhängiger linearen Laser ermöglichte Wahl der voneinander verschiedenen Dopplerverbreiterungen (Laserbreiten) lassen es zu, daß bei der Winkelgeschwindigkeit #=o die Schwebungsperiode 1/#V° in der Größenordnung von Mikrosekunden liegt. Dies gilt entsprechend für die Schwebungsperioden 1/#V bei Winkelgeschwindigkeiten So erhält man durch die Erfindung nicht nur sehr kleine Meßzelton für die Winkelgeschwindigkeiten #=O und Man kann darüber hinaus deshalb sehr schnell die Änderung der Winkelgeschwindigkeit in der Zeit, also die Winkelbeschleunigung (d#/dt) erfassen durch Differenzbildung .The selection of the mutually different Doppler broadenings (laser widths) made possible by the use of two independent linear lasers allows the beat period 1 / # V ° to be of the order of microseconds at the angular velocity # = o. This applies accordingly to the beat periods 1 / # V for angular velocities Thus, the invention not only gives very small measuring tones for the angular velocities # = 0 and In addition, the change in the angular velocity over time, i.e. the angular acceleration (d # / dt), can therefore be detected very quickly by forming the difference .

Ein Ringinterferometer-System, welches zusammengesetzt ist aus zwei Halbring-Interferometern, wie es die Erfindung ermöglicht, bietet mehrere Vorteile. Der einfachere technische Aufbau in einer Ebene um eine Bezugsachse ermöglicht einen einfacheren Aufbau eines Systems zur Messung von Vinkelgescllwindigkeiten in drei Ebenen, also um drei Bezugsachsen. Zudem können hier lineare Laser mit geringem Leistungsbedarf eingesetzt werden. Der Verlust an Empfindlichkeit gegenüber der eines Ganz-Ringinterferometers fällt in vielen technischen Anwendungsfällen nicht sehr ins Gewicht. Zudem aber kann man bei Anordnung der linearen Laser "parallel neben- oder übereinander", insbesondere bei Strahlenzusammenführung oder Bündelung vor dem Strahlteiler (Fig. 4 und 5) den Empfindlichkeitsverlust wegen der Vielstrahlinterferenz verringern.A ring interferometer system, which is composed of two Half-ring interferometers, as made possible by the invention, offer several advantages. The simpler technical structure in one plane around a reference axis enables one Simpler structure of a system for measuring Vinkelgescll Speed in three Levels, i.e. around three reference axes. In addition, linear lasers can be used here with little Power requirement can be used. Loss of sensitivity to that a whole ring interferometer is not an option in many technical applications very significant. In addition, with the arrangement of the linear lasers, one can "parallel next to or on top of each other ", especially when the beams are merged or bundled in front of the beam splitter (FIGS. 4 and 5) the loss of sensitivity due to the multi-beam interference to decrease.

Claims (4)

Patentansprucile:Patent claims: 1. Ringinterferometer-Anordnung zur schnellen Messung von Winkelgeschwindigkeiten d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß in einem Ringinterferometer zwei unabhängig voneinander arbeitende lineare Laser an einer Ecke der Interferometarme über Eck oder in einem Interferometerarm Rückseite an Rückseite derart angeordnet werden, daß jeder der beiden linearen Laser in einer Richtung allein abstrahlt, die gegensinnig der Strahlrichtung des anderen linearen Lasers ist , sowie, daß der eine der beiden linearen Laser eine Doppler-Verbreiterung oder Laserbreite besitzt, die verschieden ist von derjenigen Doppler-Verbreiterung des anderen linearen Lasers.1. Ring interferometer arrangement for quick measurement of angular velocities d u r c h e k e n n -z e i c h n e t that in a ring interferometer two independently working linear lasers at one corner of the interferometer arms Arranged in such a way across the corner or in an interferometer arm back to back that each of the two linear lasers emits in one direction alone, which is opposite to the beam direction of the other linear laser, and that one of the two linear lasers has a Doppler broadening or laser width, which is different from that of the Doppler broadening of the other linear laser. 2. Ringinterferometer zur schnellen Messung von Winkelige schwindigkeiten d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwei unabhängig voneinander arbeitende lineare Laser parallel nebeneinander oder parallel übereinander als äußere Lichtquellen außerhalb des Ringinterferometers angeordnet werden, sowie daß der eine der beiden linearen Laser eine Doppler-Verbreiterung oder Laser-Breite besitzt, die verschieden ist von derjenigen Doppler-Verbreiterung des anderen linearen Lasers.2. Ring interferometer for quick measurement of angular speeds d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that two working independently of each other linear lasers parallel to each other or parallel on top of each other as external light sources be arranged outside the ring interferometer, and that one of the two linear laser has a Doppler broadening or laser width that is different is from the one Doppler broadening of the other linear laser. 3. Ringinterferometer zur schnellen Messung von Winkelgeschwindigkeiten nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlen von den beiden parallel angeordneten linearen Lasern vor Auftreten auf den Strahlteiler zu einem Strahlenbündel zusammengefaßt werden.3. Ring interferometer for quick measurement of angular velocities according to claim 2, characterized in that the beams from the two are parallel arranged linear lasers to form a beam before they occur on the beam splitter be summarized. 4. Ringinterferometer zur schnellen Messung von Winkelgeschwindigkeiten nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß das Ringinterferometer zusammengesetzt ist aus zwei Halbring-Interferometern, wobei die Strahlen in dem einen Halbring-Interferometer einen halben Kreis-(sehnen-) Umfang durchlaufen in entgegengesetzter Richtung als in dem anderen Halbring-Interferometer, um danach zur Interferenz gebracht zu werden.4. Ring interferometer for quick measurement of angular velocities according to claims 1 to 3, characterized in that the ring interferometer is assembled consists of two half-ring interferometers, with the beams in one half-ring interferometer run through half a circle (chord) in the opposite direction than in the other half-ring interferometer to be brought to interference thereafter.