DE3141175A1 - Ringlaser-drehgeschwindigkeitsmesser - Google Patents

Description

DORNER a HUFNAGEL
PATENTANWALTS

LANOWEHRSTR. 37 8000 MÜNCHEN 2

TEL. 0 83/ΒΘΘ7Β«

München, den 15. Oktober I981 /J Anwaltsaktenz.: 27 - Pat» 299

Raytheon Company, 1Λ1 Spring Street, Lexington, Mass. 02173»
Vereinigte Staaten von Amerika

Rinplaser-Drehgeschwindi gkeitsmesser

Die Erfindung bezieht sich auf Hi jigl aser-Dr ehgescbwj nd igkei tsmesser oder Laserkreisel.

Bei praktisch verwertbaren Laserkreiseln müssen die Schwierigkeiten beseitigt werden, welche bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten durch das Zusammenwandern der Frequenzen oder durch den sogenannten Lock-in-Effekt entstehen. Das Zusammenwaridern oder Einrasten der Frequenzen wird durch eine unvermeidbare Streuung bestimmter Lichtanteile von einem Resonanzmodus in den anderen Resonanzmodus aufgrund von Unvollkommenheiten der optischen Elemente einschließlich des Resonanzraumes verursacht» Wenn die
Frequenzen der Resonanzmoden nicht zu unterschiedlich sind, so haben die Resonanzmoden das Bestreben, phasenmäßig aufeinander einzurasten. Dies muß für praktisch verwertbare Laserkreisel
vermieden werden. In einem mit zwei Frequenzen arbeitenden Laserkreiselsystem kann der Lock-in-Effekt dadurch vermieden werden, daß der Laserkreisel frequenzmäßig vorgespannt wird, so daß er bei der Drehgeschwindigkeit Null am Ausgang eine hohe Frequenz liefert. Schwierigkeiten bezüglich der Genauigkeit der Frequenz-

Vorspannung können dadurch vermieden werden, daß die Vorspannung j eine Schwankungsmodulation erhält, so daß Instabilitäten der Vorspannung durch Zeitmittelwertbildung aus dem Ausgangssignal eliminiert werden können. Diese Schwankun'gsmodulation bewirkt je- !doch, daß der Laserkreisel je Schwankungszyklus zweimal einen : Lock-in-Effekt erleidet. Dadurch verliert der Laserkreisel teil- ■ '< weise seine Phasenkohärenz und es tritt je Schwankungszyklus der ' Frequenzvorspannung ein Fehler entsprechend dem Bruchteil einer ! Zählung auf. Diese Fehler addieren sich statistisch und führen zu einem kumulativen Ausgangs-Fehlerwinkel, welcher sich mit der .Zeit vergrößert.

Bei einem mit vier Frequenzen arbeitenden Differential-Laserkreiselsystem werden diese Schwierigkeiten im wesentlichen dadurch vermieden, daß in einem einzigen stabilen Resonator zwei unabhängige Laserkreisel betrieben worden, welche sich in einen gemeinsamen optischen Wellenausbreitungsweg teilen, jedoch statisch jeweils durch dieselben passiven Vorspannungselemente in entgegengesetzter Richtung vorgespannt sind. In dem Differentialausgang der beiden Laserkreisel heben sich die Frequenzvorspannungen heraus, während auf Drehungen beruhende Signale sich addieren, wodurch eine Empfindlichkeit erhalten wird, welche das Doppelte derjenigen eines einzigen, mit zwei Frequenzen arbeitenden Laserkreisels ist, wobei gleichzeitig die Schwierigkeiten aufgrund eines Drifts der Frequenzvorspannung vermieden werden. Die vier unterschiedlichen Frequenzen werden normalerweise dadurch erzeugt, daß zwei verschiedene optische Effekte ausgenützt werden. Zum einen wird ein Kristal1-Polari sationsrotator verwendet, um eine von der Ausbreitungsrichtung unabhängige Polarisation vorzusehen, durch welche die in Resonanz befindlichen Wellen nahezu rechtssinnig zirkularpolarisiert bzw. linkssinnig zirkularpolarisiert werden. Die Polarisationsdrehung resultiert daraus, daß der Brechungsindex des Rotatormediums für rechtssinnig zirkularpolarisierte Wellen und für linkssinnig zirkularpolarisierte Wellen geringfügig unterschiedlich ist. Weiter wird ein

Faradayrotator eingesetzt, um eine nichtreziproke Polarisationsdrehung zu erreichen, indem ein leicht unterschiedlicher Brechungsindex für im Uhrzeigersinn umlaufende Wellen gegenüber im Gegenuhrzeigersinn umlaufenden Wellen wirksam wird. Dies führt dazu, daß die im Uhrzeigersinn umlaufenden und die im Gegenuhrzeigersinn umlaufenden, rechtssinnig zirkularpolarisierten Wellen mit leicht unterschiedlichen Frequenzen schwingen, während ! die im Uhrzeigersinn umlaufenden und die im Gegenuhrzeigersinn j umlaufenden linkssinnig zirkularpolarisierten Wellen im ähnli-

eher Weise, jedoch entgegengesetzt frequenzmäßig aufgespalten ; werden. Der Faradayrotator kann ein gesondertes optisches Element sein, das aus einem Stück eines optisch isotropen Werkstoffs besteht, auf den in Längsrichtung ein magnetisches Feld . einwirkt oder man verwirklicht den Faradayrotator in der Weise, daß ein solches magnetisches Feld auf den Krista]]rotator einwirkt» Es ergibt sich somit ein Laserkreisel, welcher mit rechtszirkularer Polarisation und Vorspannung mit Bezug auf die eine Drehrichtung arbeitet und ein zweiter Laserkreise], welcher mit linkszirkularer Polarisation und Vorspannung mit Bezug auf die entgegengesetzte Richtung arbeitet. Die frequenzmäßigen Vorspannungen löschen sich durch Subtraktion der beiden Ausgangssignale voneinander. Die Wirkungskreise eines mit vier Frequenzen arbeitenden Laserkreisels ist in ihren Grundzügen etwa der US-Patentschrift 3 7^1 657 oder der deutschen Patentschrift 22 09 397 zu entnehmen.

Es ergeben sich gewisse Beschränkungen des Gebrauches von mit vier Frequenzen arbeitenden Laserkreiseln bezüglich der Stabilität«, Im Idealfall müßten alle resultierenden Schwankungen im Differentialausgang bei einem mit vier Frequenzen arbeitenden Laserkreisel ausgelöscht werden, da sämtliche vier Frequenzen von äußeren Einflußquellen in gleicher Weise beeinflußt werden müßten, etwa durch die thermischeAusdehnung» Praktisch aber hat sich gezeigt, daß die vier Frequenzen durch äußere Einflußquellen nicht in gleicher Weise beeinflußt werden, so daß sich unter-

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schiedliche Veränderungen der Frequenzen einstellen. Obwohl daher mit vier Frequenzen arbeitende Laserkreisel bei thermisch ausgewogenen Bedingungen eine hervorragende Präzision zeigen, haben Geräte dieser Art praktisch nur in beschränktem Maße Anwendung gefunden, da sich aufgrund thermischer Empfindlichkeit über längere Zeitdauer hinweg unzuträgliche Verschiebungen der ' Frequenzvorspannung einstellten.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, einen Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmesser mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 der anliegenden Patentansprüche so auszugestalten, daß Schwankungen aufgrund äußerer Einflüsse vermieden werden, wobei insbesondere Langzeitverschiebungen der Frequenzvorspannung aufgrund äußerer Einflußquellen ausgeschaltet werden sollen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des anliegenden Anspruches 1 genannten Merkmale gelöst»

Im einzelnen kann hier ein Lasorkreisel angegeben werden, bei dem die Ursachen für Drifteffßkte weitgehend beseitigt werden, wodurch gegenüber anderen, bekannten Laserkreiseln die Gesamtverschiebung im Ausgangssignal des Drehgeschwindigkeitsmessers um mehrere Größenordnungen vermindert wird. Eine der Hauptquellen für ein Driften ist die Frequenzmitnahme aufgrund einer Wechselwirkung zwischen zwei Resonanzzuständen wegen einer Kopplung durch die Existanz bestimmter Streuquellen, die im allgemeinen uingebungsabhängig sind. Eine andere wesentliche Quelle für ein Driften sind durch Streuung eingeführte Verschiebungen, welche auf einer Relativbewegung von Streuquellen innerhalb des Wellenausbreitungsraumes beruhen. Schließlich existiert noch eine durch Dispersion eingeführte Drifterscheinung, welche auf Änderungen des Laser-Verstärkermediums mit der Zeit beruhen, wodurch sich differentielle Änderungen in der Dispersion oder der Phasenverschiebung ergeben, welcher sich die jeweilige Resonanzfrequenz

ausgesetzt sieht. Wiederum eine andere Quelle von Drifterscheinungen kann als Fresnel-Fizeau-Effekt bezeichnet werden und beruht auf der Abhängigkeit des Brechungsindex im Gasentladungsraum von der Geschwindigkeitsverteilung der Gasentladung, auf welche die Laser-Schwingungszustände jeweils treffen, da die Geschwindigkeitsverteilung sich bei der Ausbreitung der Schwingungszustände in Abhängigkeit von Fluktuationen im Ringraum ändern kann.

;Die genannten Quellen von Drifterscheinungen treten in sämtlichen Laserkreiseln auf und werden im allgemeinen durch Änderungen der optischen Weglänge für die einzelnen Schwingungen aufgrund von umgebungsbedingten Änderungen eingeführt, die in dem Wellenausbreitungsraum oder in den optischen Elementen innerhalb dieses Raumes auftreten.

Der Laserkreisel der hier vorgeschlagenen Bauart bewirkt eine wesentliche Verminderung der Drifterscheinungen durch weitgehende Beseitigung körperlicher Bewegungen im Wellenausbreitungsraum

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aufgrund der Verwendung von Werkstoffen mit extrem niedrigem Ausdehnungskoeffizienten, ferner durch Mini mal hai ten von Änderungen der effektiven optischen Weglänge, indem die Zahl von innerhalb des Wellenausbreitungsraumes befindlichen Elementen verringert und ihre Art begrenzt wird, ferner durch Verminderung der Streuung sämtlicher Elemente und schließlich durch Vervrendung von rein zirkularpolarisierten Schwingungszustanden in dem Resonanzhohlraum«.

Anstelle des traditionellen Kristallrotators wird zur Frequenzaufspaltung zwischen den links zirkularpolarisierten Wellen und den rechts zirkularpolarisierten Wellen ein nicht in einer Ebene liegender Wellenausbreitungsweg vorgesehen. Eine dünne paramagnetische Faradey-Glasplatte wird anstelle des üblichen dicken Faradey-Rotators eingesetzt, um die nichtreziproke Frequenzauf-

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spaltung zwischen den im Uhrzeigersinn umlaufenden und den im Gegenuhrzeigersinn umlaufenden Wellen zu erreichen. Der nicht in einer Ebene liegende Ausbreitungsweg beseitigt nicht nur eine Hauptquelle der Streuung, nämlich den Kristallrotator, welche j eine Kopplung zwischen den verschiedenen Wellen hervorruft, son- ' dem führt auch zu einer sehr vollkommenen Zirkularpolarisation. Die Verwendung eines Glas-Faraday-Rotators vermeidet eine elliptische Doppelbrechung und ermöglicht so die Aufrechterhaltung j ! der zirkulären Polarisation. Dies führt weiter zur Beseitigung '< : einer Kopplung zwischen den verschiedenen Wellen, da eine per- ; fekt links zirkularpolarisierte Welle nach Reflexion zu einer rechts zirkularpolarisierten Welle wird und sich daher nicht in die entgegengesetzt umlaufende Welle einkoppelt. Dadurch, daß eine minimale Dicke der Rotatorscheibe vorgesehen wird, welche eine bestimmte Größe der Drehmng bewirkt, erhält man eine minimale Temperaturabhängigkeit von Streuzentren, welche durch die Scheibe eingeführt werden. Die kombinierten Maßnahmen zur Erzeugung und Aufrechterhaltung der zirkulären Polarisation beseitigen die Quellen einer beträchtlichen Menge von Drifterscheinungen aufgrund einer Kopplung zwischen den Wellen, so daß man einen genauer arbeitenden Laserkreisel erhält.

Die nun noch zu beachtenden Beschränkungen bezüglich der Wirkungsweise beruhen auf kleinen Verschiebungen oder Drifterscheinungen, verursacht durch Effekte höherer Ordnung. Ein Laserkreisel der hier angegebenen Art kann mit Vorteil den Zeeman-Aufspaltungseffekt in der Gai;mischung des Lasers ausnützen, um die Dispersionswirkung auszugleichen, welcher sich jede Welle der entgegengesetzt umlaufenden Wellenpaare gegenüber sieht. Hierdurch kann der Differenzausgang stabil gehalten werden, wenn die vier unterschiedliche Frequenzen aufweisenden Wellen kleine Frequenzveränderungen erfahren, welche diese Frequenzen in jeweils andere Bereiche der nichtlinearen Dispersionskurve bringen.

Bei einem Laserkreisel, wie er hier vorgeschlagen wird, finden Vorrichtungen Verwendung, welche mit dem in sich geschlossenen

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Wellenausbreitungsweg gekoppelt sind und eine Kompensation an den elektromagnetischen Wellen für Phasenverschiebungsänderungen an diesen Wellen vornehmen, die durch Änderungen des Verstärkermediums eingeführt worden sind. Zur Erzeugung zirkularpolarisierter, in entgegengesetztem Sinn umlaufender Wellen jeweils unterschiedlicher Frequenzen in Paaren eines ersten und eines zweiten Polarisationssinnes werden Mittel eingesetzt, welche im wesentlichen frei von Streuzentren sind. Im einzelnen enthalten die Mittel zur Erzeugung der zirkulären Polarisation depolarisierungsfreie Mittel zur Erzeugung einer polarisationsabhängigen Phasenverschiebung der Wellen, so daß eine Frequenzaufspaltung zwischen den Wellen zueinander entgegengesetzten Richtungssinnes der zirkulären Polarisation auftritt. Außerdem sind depolarisationsfreie Mittel zur Erzeugung einer ausbrei— tungsrichtungsabhängigen Phasenverschiebung der Wellen vorqesehen, so daß es zu einer Frequenzaufspaltung zwischen den Wellen unterschiedlichen Umlaufsinnes der Ausbreitung innerhalb jedes Wellenpaares kommt. Die polarisationsabhängig wirkenden Mittel können einen nicht in einer Ebene liegenden Resonanzraum bzw. Wellenausbreitungsweg enthalten und die abhängig von der Ausbreitungsrichtung wirksamen Mittel können Einrichtungen enthalten, deren Brechungsindex bezüglich der richtungsunabhängigen Komponente isotrop ist. Vorzugsweise besitzen die abhängig von der Ausbreitungsrichtung wirksamen Mittel eine Streueigenschaft, welche im wesentlichen unabhängig von der Temperatur über den Betriebstemperaturbereich hinweg ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform haben die abhängig von der Ausbreitungsrichtung wirksamen Mittel die Form einer Scheibe oder Platte aus isotropem Werkstoff, welcher eine von der Ausbreitungsrichtung abhängige Drehung des elektromagnetischen Feldes der genannten Wellen in Gegenwart eines magnetischen Feldes erzeugt und eine solche Dicke besitzt, daß Änderungen dieser Dicke wesentlich weniger als eine Wellenlänge.der betreffenden Wellen über den Retriebstemperaturbereich hin ausmachen. Vorzugsweise ist das magnetische Feld zur Erzeugung der von der Ausbreitungsrichtung abhängigen Drehung auf den Bereich in unmittelbarer Nachbar-

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schaft der Scheibe oder Platte lokalisiert. Zusätzlich enthalten diejenigen Einrichtungen, welche zur Kompensation der Phasenverschiebung aufgrund des Verstärkermediums dienen, Mittel zur Erzeugung eines Magnetfeldes, welches in Längsrichtung mit Bezug auf die Achse des Verstärkermediums orientiert ist und eine Größe und Polung besitzt, welche im wesentlichen dieselbe Größe der durch das Verstärkermedium 'eingeführten Phasenverschiebung in den entgegengesetzt zueinander umlaufenden Wellen jedes Wellenpaares erzeugt.

Ein Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmesser der vorliegend angegebenen Art kann auch als ein Kreiselsystem beschrieben werden, bei welchem ein in sich geschlossener, nicht in einer Ebene liegender Ausbreitungsweg zirkularpolarisierter elektromagnetischer Wellen vorgesehen ist, wobei Einrichtungen zur Frequenzaufspaltung an Wellen mit entgegengesetztem Polarisationssinn dienen, ein Verstärkermedium in dem Ausbreitungsweg gelegen ist, depolarisationsfreie Einrichtungen eine von der Ausbreitungsrichtung abhängige Phasenverschiebung an den zirkularpolarisierten Wellen bewirken, wodurch eine Frequenzaufspaltung zwischen den entgegengesetzt zueinander umlaufenden Wellen des jeweiligen Polarisationssinnes erreicht wird und wobei schließlich Mittel zur Kompensation einer ungleichen Dispersion aufgrund des Verstärkermediums an den entgegengesetzt zueinander umlaufenden Wellen wirksam sind.

Zur Entfernung streuender Partikel können geeignete Vorrichtungen vorgesehen sein, welche eine im Elektrodenbereich befindliche Ablenkplatte enthalten. Die von der Ausbreitungsrichtung abhängig wirkenden Mittel, welche depolarisationsfrei wirken, enthalten eine Platte oder Tafel aus isotropischem Werkstoff mit einer von Null verschiedenen Verdet-Konstanten sowie Einrichtungen zur Erzeugung eines magnetischen Feldes innerhalb der Platte oder Tafel, wobei vorzugsweise Absorptionseinrichtungen verwendet werden, um reflektierte Wellenenergie aufzusammeln. Die Mittel zur Kompensation des Dispersionsverhaltens

enthalten Einrichtungen zur Erzeugung einer Komponenten des mag- ι netischen Feldes im Verstärkungsmedium längs seiner Längsachse, wobei Feldkomponenten ausreichender Größe entstehen, um eine Frequenzaufspaltung bezüglich der Verstärkung und der Dispersionseigenschaft zu erhalten, welche im wesentlichen gleich der Frequenzaufspaltung zwischen den entgegengesetzt zueiander umlaufenden Wellen aufgrund der depolarisationsfreien Einrichtungen ist. Die magnetische Feldkomponente besitzt eine solche Polung, daß im wesentlichen gleiche Größen der Dispersion aufgrund des Verstärkermediums den entgegengesetzt zueinander umlaufenden Wellen mitgeteilt werden. Im einzelnen variieren die Einrichtungen zur Erzeugung des magnetischen Feldes das Magnetfeld in Abhängigkeit der mittleren Größe der Frequenzaufspaltung der entgegengesetzt zueinander umlaufenden Wellen aufgrund der Wirkung der richtungsabhängig arbeitenden, depolarisationsfreien Einrichtungen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Einrichtungen zur Erzeugung des magnetischen Felde s mindestens eine Spule, welche einen Teil des das Verstärkermedium enthaltenden Wellenausbreitungsweges umschlingt, ferner Mittel zur Messung der Größen der Frequenzaufspaltung in den entgegengesetzt zueinander umlaufenden Wellen aufgrund der richtungsabhängig wirkenden, depolarisationsfreien Einrichtungen sowie Mittel zur Erzeugung eines Stromes in der Spule proportional zum mittleren Wert der Frequenzaufspaltung. Bei dem hier vorgeschlagenen Laserkreisel ist ein Faraday-Rotator vorgesehen, welcher ein Trägergehäuse umfaßt, ferner Mittel zur Erzeugung einer Faraday-Rotation innerhalb des Gehäuses aufweist sowie Mittel zur Absorption elektromagnetischer Wellen auf mindestens einer Seite der die Faraday-Rotation erzeugenden Einrichtungen vorsieht, um einen wesentlichen Anteil der Wellen durch die die Faraday-Rotation erzeugenden Mittel hindurchzulassen, welche derart angeordnet sind, daß ein reflektierter Anteil der Wellenenergie in Richtung auf die Absorptionsmittel gelenkt wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der anliegenden Ansprüche, deren Inhalt hierdurch aus-

drücklich zum Bestandteil der Beschreibung gemacht wird, ohne an dieser Stelle den Wortlaut zu wiederholen. Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es stellen dar:

Fig. 1 eine perspektivische Aufsicht eines Ringlaser-Drehgeschwind igkeitsmessers,

Fig. 2 eine perspektivische Untersicht der Einrichtung nach Figur 1 von einer anderen Ecke her betrachtet,

Fig. 3 perspektivische Ansichten eines Laserkreisel-

und 4 Blockes gemäß Figur 1 von einer dritten Ecke her gesehen, wobei der innere Aufbau und die in dem Gerät gebildeten Kanäle gezeigt sind,

Fig. 5 einen Schnitt durch die Einrichtung nach Figur 1 zur Verdeutlichung des inneren Aufbaus im Bereich einer der Anschlußkammern und des Trägers für einen Spiegel,

Fig. 6 einen Schnitt zur Verdeutlichung des Aufbaus des Faraday-Rotators des Laserkreisels nach Figur 1 in Einzelheiten,

Fig.6A eine Aufsicht auf einen Teil des Laserkreisels gemäß Figur 1 im Bereich des in Figur 6 gezeigten Faraday-Rotators, welcher in Aufsicht gezeigt ist,

Fig. 7 eine graphische Darstellung, in welcher der Leistungsverminderungsfaktor als Funktion des Einfallswinkels des Strahlungsstrahles auf einen Ausgangsspiegel aufgetragen ist,

Fig.8A ein Diagramm, in welchem der Verstärkungsgewinn in Abhängigkeit der Frequenz im gasförmigen Lasermedium aufgetragen ist, das in einem Laserkreisel gemäß Figur 1 verwendet wird, wobei die relativen Lagen der Frequenzen der vier Strahlen oder Wellen innerhalb des Systems eingetragen sind,

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Fig.8B ein Diagramm zur Darstellung der Phasenverschiebung (Dispersion) in Abhängigkeit von der Frequenz entsprechend dem Verstärkermedium gemäß Figur 8A,

Fig.8C ein Diagramm zur Darstellung der Phasenverschiebung (Dispersion) in Abhängigkeit von der Frequenz im Lasermedium in Gegenwart eines magnetischen Feldes, wobei die relativen Lagen der Frequenzen der vier Strahlen des Systems eingezeichnet sind und

Fig. 9 eine Darstellung der Energieniveaus zur Verdeutlichung der Aufspaltung der Energieniveaus in Gegenwart eines magnetischen Feldes»

Anhand der Figuren 1 bis 5 seien nun Aufbau und Wirkungsweise eines Ringlaser-Drehgeschwindigkeit.smessers der vorliegend angegebenen Art beschrieben. Ein Block 102 bildet die Halterung, mittels welcher das gesamte System aufgebaut ist. Die Block ist vorzugsweise aus einem Werkstoff mit niedrigem thermischem Ausdehnungskoeffizienten gefertigt, beispielsweise aus Glaskeramik, um die Einflüsse von Temperaturänderungen auf den Laserkreisel minimal zu halten. Ein geeigneter Werkstoff, welcher im Handel erhältlich ist, wird von der Firma Owens-Illinois Company unter der Bezeichnung Cer-Vit, C-IOl auf den Markt gebracht. Brauchbar ist auch der Werkstoff "Zerodur" der Firma Schott.

Der Block 102 besitzt neun im wesentlichen ebene Oberflächen, wie aus den verschiedenen Ansichten der Figuren 1 bis 4 ersichtlich ist. Am deutlichsten ist aus den Figuren 3 und 4, welche den Block 102 ohne die anderen Bauteile des Systems zeigen, zu erkennen, daß Kanäle 108, 110, 112 und 114 zwischen vier der Oberflächen des Blockes 102 vorgesehen sind. Die Kanäle bilden einen nicht in einer Ebene gelegenen, in sich geschlossenen Ausbreitungsweg innerhalb des Blockes 102.

An den Mündungen der Kanäle in den Flächen 122, 124, 126 und

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128 sind Spiegel vorgesehen. Trägerkörper 140 und 142 mit in geeigneter Weise verspiegelten Oberflächen bilden die Spiegel, welche auf die Flächen 124 bzw. 126 aufgesetzt sind. Eine verspiegelte Fläche ist außerdem unmittelbar in der Nähe der Fläehe 128 an der Stirnseite eines zur Regelung der Weglänge des Ausbreitungsweges dienenden Wandlers 160 vorgesehen. Einer der genannten Spiegel ist leicht konkav ausgebildet, um sicherzustellen, daß die Wellenstrahlen stabil bleiben und im wesentlichen auf die Mitte der Kanäle gebündelt bleiben. Weiter ist auf der Fläche 122 ein transparenter Spiegelträgerkörper 138 vorgesehen, welcher teildurchlässige dielektrische Spiegelschichten 139 aufweist, um einen Teil jedes sich längs eines geschlossenen Weges ausbreitenden Wellenstrahles aus dem Block 102 auszukoppeln und in die Ausgangsoptik 144 zu lenken. Der Aufbau dieser Ausgangsoptik 144 läßt sich im einzelnen beispielsweise der US-Patentschrift 4 141 651 entnehmen.

Nachdem die Kanäle 108, 110, 112 und 114 für die verschiedenen Wellenstrahlen innerhalb des Systems einen nicht in einer Ebene liegenden Ausbreitungsweg bilden, erleidet jeder Wellenstrahl eine Polarisationsdrehung, während er sich in dem geschlossenen Weg ausbreitet. Theoretisch existieren nur Wellenstrahlen mit im wesentlichen zirkularer Polarisation in dem nichtplanaren Ausbreitungsweg des hier angegebenen Laserkreisels. Bei zirkularpolarisierten Wellenstrahlen sind Drifterscheinungen aufgrund von Streuungen des Wellenstrahls oder aufgrund einer Kopplung von einem Wellenstrahl zu dem anderen Wellenstrahl minimal. Diese Verminderung von Drifterscheinungen beruht darauf, daß Licht des einen zirkulären Polarisationssinnes bei Streuung nicht die richtige Polarisation besitzt, um in die jeweils anderen Wellenstrahlen einqekoppelt zu werden oder diese Wellenstrahlen zu beeinflussen. Für Licht mit anderen Arten der Polarisation ist dies nicht der Fall, da sich stets Komponenten "des gestreuten Wellenstrahls ergeben, welche sich in den anderen Wellenstrahl einkoppeln.

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! Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Kanäle und i
die reflektierenden Spiegel so angeordnet, daß sich für die verschiedenen Wellenstrahlen eine Drehung der Polarisation um im wesentlichen 90° ergibt. Da Wellenstrahlen rechtssinniger und linkssinniger zirkularer Polarisation um diesen Betrag jeweils in entgegengesetzter Richtung verdreht werden, was unabhängig von ihrer Ausbreitungsrichtung geschieht, tritt eine Frequenzaufspaltung zwischen den Wellenstrahlen rechtssinniger und linkssinniger zirkularer Polarisation auf, wenn für die betreffenden Wellenstrahlen innerhalb des optischen Resonanzhohlraumes oder Ausbreitungsweges ein Resonanzzustand herrschen soll. Dies ist in Figur 8A gezeigt, wobei die Frequenzaufspaltung zwischen den Wellenstrahlen linkssinniger und rechtssinniger zirkularer Polarisation deutlich wird. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel findet eine 90°-Drehung entsprechend einer relativen Phasenverschiebung von 180° statt, doch können auch andere Phasenverschiebungen voijesehen werden, je nachdem, welche Frequenzaufspaltung gewünscht wird. Eine Drehung der Polarisation findet statt, solange der in sich geschlossene Ausbreitungsweg nicht in einer Ebene liegt. Die Ausbildung der Ausbreitungswege im einzelnen bestimmt di'j Größe der Drehung.

Bei bisher bekannten Systemen der hier interessierenden Art, etwa bei einem Laserkreisel nach der deutschen Patentschrift 22 09 397, fand die Frequenzaufspaltung zwischen Wellenstrahlen rechtssinniger und linkssinniger zirkularer Polarisation in der Weise statt, daß ein Block aus einem festen Werkstoff beträchtlicher optischer Dicke in den Ausbreituncjsweg eingesetzt wurde. Die Gegenwart jedweden Feststoffes unmittelbar im Ausbreitungsweg der Wellenstrahlen führt zur Ausbildung von Streuzentren, von welchen aus Licht in unerwünschter Weise von einem Wellenstrahi zum anderen Wellenstrahl hin angekoppelt wird, so daß ein Fehler im Ausgangssignal des Laserkreisels entsteht. Der Grad der Kopplung und damit die Größe des Fehlers sind sehr stark temperaturabhängig. Aus diesem Grunde war die Ausgangsfrequenz derartiger Geräte temperatürabhang igen Drifterscheinun-

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^! gen ausgesetzt, welche durch eine feste Ausgangs-Frequenzvorspannung nicht kompensiert werden konnten. Außerdem führt ein Kristallrotator ein bestimmtes Maß an spannungsbedingter Doppelbre-

j chung ein, welche das Bestreben hat, die zirkularpolarisierten Wellen zu depolarisieren, was ebenfalls zur unerwünschten Kopp-

: lung zwischen den Wellen beiträgt. Hieraus resultiert ein Laserkreisel mit einer Veränderung der Ausgangsfrequenz über die Zeit hinweg in der Größenordnung von bestenfalls einigen zig Hz und in manchen Fällen hunderten von Hz. Mit dem vorliegend verwende-

, ten Konstruktionsprinzip wird der Feststoff, welcher bisher zur Verwirklichung des Kristallrotators eingesetzt wurde, vollständig aus dem Ausbreitungsweg für die Wellenstrahlen entfernt, wodurch die Quellen für Fehler und Drifterscheinungen, soweit sie auf diesem Feststoff beruhen, ausgeschlossen werden.

Zur Erleichterung des Verständnisses der Vorgänge, welche zur Phasenverschiebung führen, ist es zweckmäßig, sich vorzustellen, daß sich eine linearpolarisierte Welle in dem Ausbreitungsweg ausbreitet und umläuft. Vorliegend sei die 180°-Phasenverschiebung, welche eine elektromagnetische Welle bei Reflexion erleidet, nicht berücksichtigt. Da eine gerade Anzahl (vorliegend vier) von derartigen Reflexionen vorgesehen ist, wird hierdurch kein Fehler gemacht. Es sei beispielsweise angenommen, daß der in dem Kanal 110 zwischen den Flächen 122 und 124 sich ausbreitende Wellenstrahl linear polarisiert sei, wobei der elektrische Vektor nach aufwärts weist. Wenn der Wellenstrahl an dem an der Fläche 124 vorgesehenen Spiegel reflektiert wird, so weist der elektrische Vektor immer noch nahezu nach aufwärts, jedoch mit einer leichten Vorwärtsneigung, da der Kanal 112 zwischen den Flächen 124 und 128 abfällt. Wenn der Wellenstrahl dann an dem auf die Fläche 128 gesetzten Spiegel reflektiert wird, so weist der Vektor nahezu nach links mit einer leichten Abwärtsneigung, wie am besten aus den Figuren 3 und 4 zu ersehen ist. Wenn der Wellenstrahl von der Fläche 126 reflektiert wird, so würde der elektrische Vektor des Wellenstrahls innerhalb des Kanals 108 nach links weisen und dabei eine leichte

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j Aufwärtsneigung haben, wie ebenfalls aus den Figuren 3 und 4 ab- i zuleiten ist. Nach Reflexion an der Fläche 122 weist der elektrische Vektor des Wellenstrahls in dem Kanal 110 immer noch nach links in die Zeichenebene hinein. Man sieht somit, daß der Wellenstrahl , wenn er zu dem Kanal 110 zurückgekehrt ist, eine Dre- I hung der Polarisation um annähernd 90" erfahren hat. Selbstver- | ständlich kann ein derartiger gedrehter linearpolarisierter Wellenstrahl sich nicht selbst verstärken und längs des geschlossenen Weges in Resonanz kommen. Nur zirkularpolarisierte Wellen- ! strahlen mit einer Frequenzverschiebung gegenüber derjenigen Frequenz, welche im Resonanzfall bei Ausbreitung des Wellenstrahls in einem ebenen in sich geschlossenen Weg gleicher Länge auftreten würde, geraten in Resonanz.

Ein mit zwei Frequenzen arbeitender Laserkreisel kann unter Verwendung eines nicht in einer Ebene liegenden Ausbreitungsweges aufgebaut werden, um die einzige Freguenzaufspaltung zu erzeugen. In einem derartigen Laserkreisel ist kein Faraday-Rotator oder ein anderes derartiges Element erforderlich. Zur Messung einer Drehgeschwindigkeit wird ein Ausgangssignal erzeugt, indem die jeweils ausgekoppelten Anteile der beiden Wellenstrahlen einander überlagert werden, so daß sich ein Ausgangssignal ergibt, dessen Frequenz gleich der Differenz der Frequenzen der beiden Wellenstrahlen ist. Im Stillstand oder in der Ruhe bleibt das Ausgangssignal auf einem bestimmten Wert f . Bei Auftreten einer Drehung in einer Richtung erhöht sich das Ausgangssignal auf einen Wert f_o+^/\f, wobei /Λ^ f proportional zur Drehgeschwindigkeit ist, während die Frequenz auf einen Wert ΐ_ο~/\£ bei Drehung in der anderen Richtung absinkt. Durch den hier angegebenen Konstruktionsgedanken wird eine Uberkopplunq aufgrund eines Rückstreuens stark vermindert, so daß der Lock-in-Bereich oder Frequenzeinrastungsbereich sich stark vermindert, derart, daß ein solcher Laserkreisel in vielen Anwendungsfällen eingesetzt werden kann, ohne daß eine vollständige Beseitigung des Lock-in-Effektes notwendig ist.

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Ein Faraday-Rotator 156 ist innerhalb eines Abschnittes 113 des Kanals 112 vergrößerten Durchmessers in der Nähe der Fläche 124 angeordnet, wie aus den Figuren 2, 4 und 6A erkennbar ist. Einzelheiten des Aufbaus des Faraday-Rotators 156 sind den Figuren ι 6 und 6A zu entnehmen. Die Halterung 154 für den Faraday-Rotator ; ist vorzugsweise aus demselben Werkstoff wie der Block 102 gefertigt und bildet die Basis, auf welcher das Rotatorsystem aufgebaut ist. Die Halterung 154 besitzt zylindrische Gestalt und hat verschiedene zylindrische Abschnitte eines Durchgangskanals von jeweils wechselndem Durchmesser, wobei der Durchgangskanal im Winkel zur Längsachse der Halterung 154 verläuft. In den verschiedenen Abschnitten sind die Teile des Faraday-Rotators 156 in vorbestimmter Lage gehaltert, wobei sich ein nicht verlegter Ausbreitungsweg entlang der Mittellängsachse der Halterung 154 ergibt. Die Faraday-Rotatorscheibe 165 stützt sich gegen einen Absatz 166 ab, der im mittleren Teil der Halterung 154 gebildet ist. Ein Ring 169 verhindert eine seitliche Bewegung der Scheibe 165. Die Faraday-Rotatorscheibe 165 kann aus einem mit einem Seltenerdenelement dotierten Glas oder einem Material gefertigt sein, welches eine ähnlich hohe Verdet-Konstante hat. Eine Verdet-Konstante in einer Größe von über 0,25 min/cm/Oe bei der Betriebswellenlänge erweist sich als zweckmäßig, um die für eine gewünschte Frequenzaufspaltung erforderliche Dicke der Rotatorscheibe zu vermindern. Herkömmliche Faraday-Rotatoren enthielten eine dicke Werkstoffscheibe, oft aus geschmolzenem Quarz. Jeder feste Stoff in dem Ausbreitungsweg der entgegengesetzt zueinander umlaufenden Wellenstrahlen führt, wie bereits gesagt, Streuzentren ein, welche gegenüber Wärmeströmungen empfindlich sind. Diese Empfindlichkeit kann auf der thermischen Ausdehnung des Werkstoffs oder auf einer Änderung der optischen Weglänge aufgrund der Temperaturabhängigkeit des Brechungsindex des Werkstoffs beruhen. Die effektive Temperaturabhängigkeit der optischen Weglänge und damit die thermisch eingeführte Drift, hat sich als stark positive Funktion der Dicke des festen Stoffes in dem Ausbreitungsweg der Wellenstrahlen herausgestellt. Es ist daher wünschenswert, eine so dünn wie möglich bemessene

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Faraday-Rotatorscheibe zu verwenden und eine Dicke von 0,5 mm oder darunter ist vorteilhaft, um die Drifterscheinung auf ein annehmbares Maß herabzusetzen, so daß sich durch Temperaturänderung oder durch andere Ursachen bedingte Dickenänderungen von wesentlich weniger als einer Wellenlänge der Laserwellen über den Betriebsbereich hin ergeben. Ein im Handel erhältlicher Werkstoff ist das von Firma Hoya Optics, Inc., unter der Bezeichnung Nr. FR-5 in den Handel gebrachte Material, welches ein Glas ist, das mit paramagnetischem Werkstoff dotiert ist, um eine Faraday-Drehung zu bewirken, wodurch ein Rotator erhalten wird, der einen isotropen Brechungsindex aufweist. Dies hat sich als wichtig herausgestellt, da bei herkömmlichen Faraday-Rotatoren das Problem auftritt, daß das verwendete Kristallmaterial, beispielsweise Quarz, einen anisotropen Brechungsindex besitzt, woraus sich eine elliptische Doppelbrechung ergibt. Dadurch erfolgt eine Depolarisation dor zunächst zirkularpolarisierten Wellen, was zu einer erhöhten Kopplung zwischen den entgegengesetzt zueinander umlaufenden Wellenstrahlen führt. Es ist somit von Wichtigkeit, für den Faraday-Rotator einen isotropen Werkstoff zu wählen, um eine Depolarisation der in Resonanz befindlichen Schwingungszustände zu vermeiden. Wird beim Betrieb so streng wie möglich auf zirkuläre Polarisation geachtet, so wird hierdurch die Überkopplung vermindert und dadurch die thermisch eingeführte Drifterscheinung aufgrund aller noch vorhandenen Streuzentren herabgesetzt. Dies führt zu einem Laserkreisel, welcher einen Grad von Stabilität aufweist, der einer Änderung der Ausgangsfrequenz über die Zeit hinweg von einigen wenigen Hz oder darunter entspricht.

Die Faraday-Rotatorscheibe 165 wird gegen den Absatz 166 durch die Magnetanordnung 188 angedrückt. Zwei hohlzylindrische Permanentmagneten 186 und 187 dieser Magnetanordnung sind mit ihren Stirnseiten aneinandergesetzt, wobei sich an ihrer Trennfuge gleichnamige Pole gegenüberstehen. Die beiden Magneten können in an sich bekannter Weise aneinander befestigt sein, beispielsweise durch eine Lötverbindung oder Verschweißung. Die

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Faraday-Rotatorscheibe 165 befindet sich dann an einem Ende des aus den zwei Magneten bestehenden Magnetpaars. In der Scheibe wird ein in Längsrichtung orientiertes Magnetfels erzeugt, doch schwächt sich dieses Feld bei Fortschritt um ein kurzes Wegstück von der Scheibe oder den Magneten hinweg rasch ab. Der Vorteil ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, daß im wesentlichen kein magnetisches Streufeld erzeugt wird, welches in den gasförmigen Entladungsbereich hineinreicht und dort durch den Zeeman-Effekt unerwünschte Schwingungszustände oder einen Frequenzversatz verursachen könnte. Es ist auch möglich, einen einzigen Magnet zur Erzeugung des erforderlichen Magnetfeldes in der Faraday-Rotatorscheibe zu verwenden. Die Permanantmagnetanordnung kann auch durch einige wenige Drahtwindungen ersetzt werden, um einen elektrischen Strom hindurchzuleiten, der das Magnetfeld in der Faraday-Rotatorscheibe 165 zu erzeugen vermag. Eine Feder 175 drückt gegen die Magnetanordnung 188. Auf der anderen Seite stützt sich die Feder 175 gegen den Rand einer hohlzylindrischen Abstandshülse 197 ab, welche wiederum teilweise auf einer Seite eines hohlzylindrischen Absorbers 191 abgestützt ist. Letzterer ist aus geeignetem Werkstoff wie schwarzem Glas gefertigt und besitzt einen Antireflexionsbelag, um alle elektromagnetische Wellenenergie zu absorbieren, welche beispielsweise durch ein Spiegeln der Faraday-Rotatorscheibe 165 auf den Absorber geworfen wird. Der Absorber 191 wird durch einen Federring 193 an seinem Platz gehalten, wobei der Federring durch Reibung an der" Innenwand der Öffnung 181 festsitzt. Man erkennt, daß die bisher beschriebenen Teile eine Anordnung bilden, welche durch den Federring 193 auf der rechten Seite des Absatzes 166 festgehalten wird, wobei die Feder 175 eine ausreichende Kraft in Längsrichtung ausübt, um sämtliche Bauteile in dichter Anlage aneinander an ihrem Platz zu halten. Auf der anderen Seite des Absatzes 166 befindet sich eine ähnliche Anordnung von Elementen, jedoch mit Ausnahme der Faraday-Rotatorscheibe 165 und der Magnetanordnung 188. Der Federring 192 bildet eine Abstützung für einen zweiten Absorber 190. Eine Feder 174, welche sich mit einem Ende an der linken Seite des Ab-

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Satzes 166 abstützt, drückt gegen eine weitere Abstandshalter-

hülse 190 und hält so sämtliche Bauteile auf der linken Seite des Absatzes 166 in einer vorbestimmten Lage«

Die Halterung 154 für den Rotator wird in dem Block durch eine Schraubenfeder oder Spiralfeder 199 gegen einen Absatz gedrückt, welcher durch die Änderung des Durchmessers der Kanalabschnitte 112 und 113 gebildet ist. Der Teil mit den Windungen kleineren Durchmessers der Feder 199 stützt sich gegen den Körper der Halterung 154 ab, während die Windungen größeren Durchmessers am anderen Ende der Feder sich in Umfangsrichtung auszudehen suchen und reibend an der Innenwand des Kanalabschnittes oder der Bohrung 113 anliegen. Die Anordnung der Bauteile des Faraday-Rotators 156 garantiert für thermische Stabilität, da die optischen Elemente elastisch in Anlage an einem Körpor aus einem thermisch stabilen Werkstoff gehalten werden, welcher für den Block 102 vorgesehen ist.

Wie zuvor erwähnt, sind die Achsen der Bohrungsabschnitte in der Halterung 154 unter einem Winkel gegenüber der Längsachse der Halterung 154 geneigt und die Ebene der Faraday-Rotatorscheibe 165 ist ebenfalls gegenüber der Achse der Halterung 154 schiefgestellt. Dies trägt zu einer Verminderung oder Beseitigung der Kopplung zwischen den entgegengesetzt zueinander umlaufenden Wellen bei, da etwaige Reflexionen von den beiden Oberflächen der Faraday-Rotatorscheibe 165 weg nun ausgeleitet werden und von den beiden aus schwarzem Glas gefertigten Absorbern absorbiert werden. Wellen, welche sich mit Bezug auf die Darstellung von Figur 6 in dem Rotator von links nach rechts ausbreiten, werden, wenn sie an der Faraday-Rotatorscheibe 165 eine Reflexion erfahren, von dem unteren Teil des Absorbers 190 aufgefangen und absorbiert, während Wellen, die sich in der entgegengesetzten Richtung ausbreiten, bei Reflexion an der Scheibe 165 von dem oberen Teil des Absorbers 191 abgefangen und absorbiert werden. Die beiden Absorber 190 und 191 und die Faraday-Rotatorscheibe 165 sind außerdem mit einem Antireflexionsbelag be-

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3U1175 ': γ-. .-;. . ■■;; ".

schichtet, um die Reflexionen weiter zu vermindern.

Neben der Frequenzaufspaltung zwischen den sich im Uhrzeigersinn und den sich im Gegenuhrzeigersinn ausbreitenden Wellenstrahlen erfüllt der Faraday-Rotator 156 eine weitere Funktion. Wegen der genauen Passung der Teile im Bereich des Absatzes 166 blockiert der Faraday-Rotator 156 eine Längsströmung von Gas durch den Kanal 122. Nachdem in dem in sich geschlossenen Ausbreitungsweg keine resultierende Gaszirkulation auftreten kann, wird die Möglichkeit einer Zirkulation von Streupartikeln, welche von dem Gas mitgeführt werden, wesentlich herabgesetzt, ebenso wie Drifterscheinungen aufgrund des Fresnel-Fizeau-Effektes.

Es sei nun wiederum auf die Figuren 1, 3 und 4 Bezuq genommen. Man erkennt, daß für die Wellenstrahlen, welche auf den teildurchlässigen Spiegel an der Fläche 122 treffen, ein kleiner Einfallswinkel gewählt ist. Die Wellenstrahlen, welche in den Kanälen 108, 110, 112 und 114 sich ausbreiten, sind zirkularpolarisiert. Je näher zum Lot einer dieser Wellenstrahlen auf eine reflektierende Fläche eines Spiegels oder eine andere Fläche trifft, desto besser zirkulär ist die Polarisation des durch die Spiegelfläche hindurch übertragenen Wellenstrahls. Wenn sich der Einfallswinkel vom Lot entfernt, beginnen die teilweise übertragenen Strahlen eine elliptische Polarisation anzunehmen.

Wie in der US-Patentschrift 4 141 651 ausgeführt ist, ergibt sich dann, wenn die Wellenstrahlen in der Ausgangsoptik und den Detektoreinrichtungen vollständig zirkularpolarisiert sind, im wesentlichen keine unerwünschte Überkopplung und Interferenz zwischen den Wellenstrahlen mit den beiden oberen Frequenzen und den Wellenstrahlen mit den beiden unteren Frequenzen innerhalb der Detektoreinrichtung. Wenn sich der Grad der Ellip izität erhöht, wird die Überkopplung oder gegenseitige Beeinflussung deutlich und erscheint als eine Amplitudenmodulation auf den Ausgangssignalen der Detektordioden 145 und 146. Wie oben gesagt, hat es sich gezeigt, daß der Grad der unerwünschten

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; Überkopplung oder gegenseitigen Störung eine nichtlineare, mono- , ■ ton wachsende Funktion des Grades der Elliptizität ist. Es wurde ■ gefunden, daß die gegenseitige Kopplung oder Störung verhältnis- , mäßig gering für Einfallswinkel unter annähernd 15° ist* Der Grad ' ^! der Überkopplung nimmt jedoch bei größer werdenden Werten dieses ' Einfallswinkels ganz rasch zu. Die Überkopplung in der Ausgangs- ' optik kann durch einen geeigneten Polarisationsfilter beseitigt werden, doch nimmt die zur Verfügung stehende gefilterte Leistung ab, wenn die Überkopplung ohne Filterung zunimmt. Wenn der F,infallswinkel der Wellenstrahlen auf den Ausgangsspiegel zunimmt, so nimmt die Leistung, welche an den Detektordioden für jeden
Wellenstrahl zur Verfugung steht, ab. Eine errechnete Kurve des Leistungsverminderungsfaktors, nämlich des Verhältnisses der an den Detektordioden bei einem bestimmten Einfallswinkel zur Verfügung stehenden Leistung zur Leistung, welche bei demselben Wellenstrahl und lotrechtem Einfall auf der Spiegelfläche zur Verfugung stünde, ist in Figur 7 gezeigt und beschreibt das Verhalten der Ausgangseinrichtungen etwa nach der US-Patentschrift
4 141 651. Wie aus Figur 7 ohne weiteres zu erkennen ist, fällt der Leistungsreduktionsfaktor für Einfallswinkel von über etwa
15° rasch ab. Gemäß dem hier angegebenen Konstruktionsprinzip
wird daher der Einfallswinkel der Wellenstrahlen in den Kanälen 108 und 110 auf dem teildurchlässigen Spiegel an der Fläche 122 zu 15° oder darunter gewählt. Anders ausgedrückt beträgt der
Winkel zwischen den Kanälen 108 und 110 30° oder weniger.

Beim Betrieb des Laserkreisels ist es zweckmäßig, wenn die Wellen mit den vier Frequenzen symmetrisch zum Scheitel der Verstärkungsgradkurve liegen. Zu diesem Zwecke ist ein piezoelektrischer Wandler 160 vorgesehen, welcher mechanisch die Lage
des Spiegels an der Fläche 128 einstellt, so daß die Gesamtweglänge innerhalb des Resonanzraumes des Blockes 102 eingestellt
wird, um die vier Frequenzen in der gewünschten Weise auf die
Mitte der Verstärkungsgradkurve auszurichten. Die zur Reqelung
der optischen Weglänge dienende Einrichtung 320 leitet ein Signal für die Betätigung des piezoelektrischen Wandlers 160 von

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den Detektordioden 145 und 146 ab. Diese Signale besitzen eine Amplitude in Relation zu den Gesamtamplituden der entsprechenden ^ fi und ^s₁ f^-Signale. Die Regeleinrichtung 320 erzeugt ein Signal entsprechend der Differenz zwischen diesen beiden Signalen mit der in der angegebenen Weise abhängigen Amplitude. Das Ausgangsdifferenzsignal besitzt selbstverständlich die Amplitude Null, wenn die Wellen mit den vier Frequenzen richtig auf die Mitte der Verstärkungsgradkurve symmetriert sind. Das Ausgangs-Differenzsignal hat die eine Polarität, wenn sich die vier Wellen mit ihrer Frequenz relativ zum Kurvenscheitel in der einen Richtung verschieben und die entgegengesetzte Polarität, wenn die Wellen mit ihrer Frequenz in der anderen Richtung verschoben sind. Die mittleren Amplitudensignale können durch an sich bekannte Schaltungen erzeugt werden, deren Ausgang mit den Eingangsleitungen des piezoelektrischen Wandlers 160 verbunden ist.

Wie weiterhin aus den Figuren- 1, 3 und 4 zu ersehen ist, sind die Elektroden zur Anregung des gasförmigen Verstärkermediums oder Lasermediums in dem Kanal 108 gelegen. Vorzugsweise ist eine mittlere Kathodenelektrode 22 mit der negativen Klemme einer äußeren, geregelten Spannungsquelle 310 verbunden, während die Anodenelektroden 32 und 42 mit der positiven Klemme dieser Spannungsquelle Verbindung haben. Die Kathodenelektrode 22 hat die Gestalt eines kurzen Hohlzylinders, welcher auf der von dem Block 102 abliegenden Seite von einer hohlen metallischen Halbkugel überdeckt ist. Die Elektrode ist in an sich bekannter Weise an der die Bohrung oder Öffnung 20 enthaltenden Fläche des Blockes 102 befestigt. Die Anodenelektroden 32 und 42 besitzen die Gestalt von Metallstiften, welche in Elektrodenöffnungen 30 und 40 hineinragen. Aufgrund dieser Anordnung fließt der Elektronenstrom in zwei zueinander entgegengesetzten Richtungen nach auswärts zu den Anodenelektroden 32 und 42. Da ein Wellenstrahl die Kanalabschnitte, in denen die Elekroden gelegen sind, jeweils unter Durchquerung gleicher Längen von Strompfaden mit Stromfluß in entgegengesetzter Richtung durchläuft, werden die Verschie— bungseffekte an dem Wellenstrahl aufgrund eines ungleichen

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Stromflusses durch das gasförmige Verstärkermedium im wesentlichen ausgeschaltet ο Aufgrund von Herstellungstoleranzen bezüglich der Anordnung der verschiedenen Elektroden kann es jedoch vorkommen, daß die Abstände zwischen der negativen Elektrode und j

i den beiden positiven Elektroden in den beiden Kanalabschnitten '

nicht ganz genau gleich sind. Um diese Unsymmetrie auszugleichen, sind die Änordenelektroden 32 und 42 an zwei unabhängig voneinan- ] der einstellbare positive Anschlüsse der Stromquelle 310 gelegt, { so daß der Stromfluß zwischen den Anodenelektroden und der be- ! nachbarten Kaihodenelektrode ungleich eingestellt werden kann und ungleiche Versehiebungseffekte ausgeglichen werden können»

Das gasförmige Verstärkermedium, welches die Kanäle 108, 110, 112 und 114 erfüllt, wird durch eine Gasfüllungsöffnung 106 von einer äußeren Gasquelle her zugeführt. Eine Gasmischung von ³He,²⁰Ne und ²²Ne im Verhältnis von 8:0,53:0,47 ist zu bevorzugen. Sind sämtliche Kanäle gefüllt, so wird ein Verschluß 107 auf die Öffnung 106 gesetzt, um das Gas für den Betrieb des Laserkreisels einzuschließen*

Einzelheiten des Aufbaus des T.aserkreisels im Bereich einer der Anodenelektroden sind aus der Querschnittsdarstellung von Figur 5 zu entnehmen. Die metallische Anodenelektrode 32 wird durch eine Elektrodendurchführung 33 gehalten und steht in die Elektroden- . öffnung 30 hinein. Die Anodenelektrode 32 erstreckt sich etwas weiter als über die Hälfte des Weges von der Oberfläche des Blockes 102 bis zum Kanal 108. Die Elektrodenöffnung 30 trifft auf den Kanal 108 vorzugsweise im rechten Winkel. In diejenige Fläche des Blockes 102, auf welche die Ausgangsoptik 144 aufgesetzt ist, ist eine Ausgangskammer 118 eingeformt. Die Ausgangskammer . 118 hat zylindrische Gestalt und einen Durchmesser, welcher min-, destens doppelt so groß ist wie derjenige des Kanales 108. Die Ausgangskammer 118 und der Kanal 108 sind zueinander koaxial. Da sich der Kanal 108 etwas über die Elektrodenöffnung 30 hinaus erstreckt, bevor er auf die Ausgangskammer 118 trifft, wird zwischen der Elektrodenöffnung 30 und der Ausgangskammer 18 eine

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! Ablenkwand oder eine Schutzwand 130 gebildet. Eine ähnliche Aus- ,

j bildung ist auf der Seite der Anodenelektrode 42, der Elektro- j ! denöffnung 40, der Elektrodendurchführung 43 und der zugehörigen j Ausgangskammer 119 gewählt.

Bei bisher bekannten Einrichtungen war keine Schutzwand oder Ablenkwand nach der Art des Teiles 130 vorgesehen. Die Ausgangskammer erstreckte sich unmittelbar von der Elektrodenöffnung bis zur Oberfläche des den Laserkreisel enthaltenden Blockes. Wenn die Elektroden angeregt wurden, so konnten Staub oder andere störende Partikel, welche beispielsweise durch Ionenbombardement und durch eine Abtragung des Materials des Blockes freigesetzt wurden, sich rund um die Verschneidung der Elektrodenöffnung und der Kanäle für die Wellenausbreitung sammeln. Die schwebenden Partikel wirkten als Streuzentren und erhöhten die optischen Verluste im System. Im Gegensatz hierzu wurde bei einem Laserkreisel der vorliegend angegebenen Art gefunden, daß Staub und andere unerwünschte Partikel sich aufgrund der beschriebenen Ausbildung nicht schwebend im Bereich der Verschneidung der Elektrodenöffnungen 30 und 40 und des Kanals 108 aufhalten. Eine mögliche Quelle von Drifterscheinungen ist so ausgeschaltet.

Wie oben beschrieben wurde, können durch Aufrechterhaltung einer guten zirkulären Polarisation bei dem hier angegebenen Laserkreisel alle bekannten Quellen für große Driftwerte beseitigt werden. Es existiert jedoch eine zusätzliche Quelle, welche kleinere Größen der Drift beiträgt, welche kompensiert werden müssen, wenn der Laserkreisel in Systemen verwendet werden soll, welche hohen Anforderungen genügen müssen. Diese verbleibende Drift beruht auf Dispersion, nämlich einem frequenzabhängigen Brechungsindex in Zuordnung zum Verstärkungsfaktor des verwendeten Lasermediums. Für ein Helium-Neon-Verstärkermedium hat die Verstärkungsgradkurve im wesentlichen die Gestalt einer Gaus'sehen Kurve aufgrund einer Dopplerverbreiterung. Die Dispersionskurve kann als Sigmoid bezeichnet werden. Die Dispersionskurve gibt den Grad der optischen Phasenverschiebung an, die eine Welle einer

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bestimmten Frequenz aufgrund des Vorhandenseins eines Verstärkermediums erleidet« Wie aus Figur 8B zu ersehen ist, erfahren Frequenzen unterhalb der Mittenfrequenz f_c eine Phasenverschiebung entgegengesetzt zu derjenigen von Frequenzen oberhalb der Mitten-

frequenz f _c , was dazu führt, daß sämtliche Wellen in Richtung auf! die Mittellinie verschoben werden. Dies ist ein Schwingungsmodus-Mitnahmeeffekt= Da die Dispersionskurve nichtlinear ist, liegen die vier Wellen eines Differential-Laserkreisels an Punkten mit unterschiedlichen Dispersionswerten der Kurve und es ergeben sich,^; wie aus Figur 8B zu ersehen ist, unterschiedliche Werte der Pha- ^! senverschiebung. §^ ist die Phasenverschiebung für die Frequenz f-^ , ^2 entspricht der Frequenz f2 ,■ ^3 entspricht der Frequenz f-j und ψ^ gehört zu der Frequenz f^. Wenn die Differenz J^ - 0^ betragsmäßig verschieden von der Differenz §^ - ^3 ist, so ergibt sich bei Stillstand ein von Null verschiedener Differentialausgang, welcher von der Gestalt der Dispersionskurve abhängig ist, die ihrerseits von vielen Faktoren abhängt, beispielsweise von Temperatur, Verstärkungsgrad und Druck. Wenn sich einer dieser Faktoren ändert, so ergibt sich durch diese Änderung eine Verschiebung der vier Wellen über die Dispersionskurve hin, welche aufgrund ihres nichtlinearen Charakters, eine Änderung des Differentialausgangs bewirkt. Der Laserkreisel weist somit eine Drift seiner Ausgangsfrequenz auf, welche sich entsprechend einer Vielzahl von Faktoren verändert.

Das hier angegebene Ringlasersystem nutzt den Zeeman-Effekt aus, um die Drift aufgrund der Dispersion des Verstärkermediums zu beseitigen. Der Zeeman-Effekt betrifft die Aufspaltung der Spektrallinien eines gasförmigen Lasermediums in zwei oder mehrere Komponenten. Diese Frequenzaufspaltung resultiert in einer Aufspaltung der Verstärkungsgradkurve und der entsprechenden Dispersionskurve. Der physikalische Vorgang ist das quantenmechanische Phänomen, gemäß welchem ein Magnetfeld die atomaren Ener- ■ gieniveaus in mehrere Zustände aufspaltet, welche unterschiedliche Energien besitzen und welche mit Wellen eines bestimmten zirkulären Polarisationszustanden in Wechselwirkung treten. Dies ist

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in Figur 9 gezeigt, in welcher auf der linken Seite des Energiediagramms ein typisches Energieniveaubild in Abwesenheit eines j magnetischen Feldes gezeigt ist. In diesem Falle ist die Strah- i lungsfrequenz f_Q = (E2~E-. )/h, worin E2 und E-. die beiden Energie- j ! niveaus sind und h das Planck¹sehe Wirkungsquantum ist. Auf der ', rechten Seite des Diagramms von Figur 9 ist gezeigt, in welcher

Weise die Energieniveaus sich in Gegenwart eines magnetischen ' Feldes aufspalten. Die Linien 242 verdeutlichen die übergänge

zwischen den Energieniveaus entsprechend y^ m =+1, welche in einer Gruppe von Strahlungsfrequenzen resultieren, beispielsweise der Mittenfrequenz der aufgespaltenen Dispersionslinie 260, nämlich f₊=f -gBH/h. Die Linien 244 zeigen die Übergänge zwischen den Energieniveaus entsprechend ^v^ m=—1, welche die andere Gruppe von Strahlungsfrequenzen ergeben, beispielsweise die Mittenfrequenz für die Aufspaltungsdispersionslinie 250, nämlich f_=f_Q+gBH/h worin G das gyromagnetische Verhältnis oder das Lande-G-Verhältnis, B das Bohr'sehe Magnetron und h das Planck'sehe Wirkungsquantum bedeuten. Die vier umlaufenden Wellen haben unterschiedliche Werte der Änderung /\ m der magnetischen Ouantenzahl m des Neonatoms entsprechen folgender Tabelle:

Welle Nr. Umlaufrichtung Polarisationssinn ^/\ m

1 Uhrzeigersinn LCP +1

2 Gegenuhrzeigersinn LCP -1

3 Gegenuhrzeigersinn RCP +1

4 Uhrzeigersinn RCP -1

Der Zeeman-Effekt ist sowohl von der Polarisation als auch von der Umlaufrichtung abhängig. Der Grund hierfür ist, daß der Richtungssinn der Drehung des elektrischen Feldvektors der Lichtwelle, wie er im magnetischen Feld gemessen wird, eine Wechselwirkung mit dem Spin der Elektronen zeiqt, deren Energieniveaus durch das Feld aufgespalten werden. Demgemäß tritt eine der resultierenden Dispersionslinien mit einer rechtszirkularpolarisierten Kelle, welche sich in einer Richtung parallel zur Richtung des Magnet-

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feldes ausbreitet und mit einer linkszirkularpolarisierten Welle in Wechselwirkung,, welche sich antiparallel, θ. h»* in einer Richtung entgegengesetzt zu derjenigen des magnetischen Feldes ausbreitet, während die andere Dispersionslinie mit einer rechtszirkularpolarisierten Welle, die sich in einer Richtung antiparallel zum magnetischen Feldvektor ausbreitet und einer 1inks zirkulärpo-

iritt
larisierten Welle in Wechselwirkung/, die sich in einer Richtung gleich derjenigen des magnetischen Feldes ausbreitet,,

Da die Werte von /\^ m verschiedenen Atomübergängen entsprechen, werden diese Übergänge durch den Zeeman-Effekt um einen Betrag aufgespalten, welcher gleich 2gBH/h ist. In Figur 8C ist nun ein Diamgramm der Aufspaltungsdispersionskurven und der entsprechenden Phasenverschiebungen für die vier Wellen des Laserkreisels gezeigt. Ist das magnetische Feld H so, daß die für /\ m=+l geltende Linie in der Frequenz niedriger liegt als die für j^ m=-l geltende Linie, wobei die Differenz in Figur 8C bei 280 eingezeichnet ist und ^-i~^-\ beträgt, so erkennt man, daß die mit 270 und 272 bezeichneten Pfeile gleiche Länge haben, was bedeutet, daß die Größe der Phasenverschiebung, welche den Wellen mit den Frequenzen f-, und f2 mitgeteilt wird, gleich ist. In ent- . sprechender Weise haben die Linien 274 und 276 gleiche Länge, was bedeutet, daß die Frequenzen f^ und f^ eine jeweils gleichgroße Phasenverschiebung erhalten haben. Man sieht daraus, daß bei einer Verschiebung der vier Frequenzen über die Dispersionskurve hin oder bei einer Veränderung der Dispersionskurve, etwa aufgrund von Temperaturänderungen, die Dispersion der Welle 1 stets gleich derjenigen der Welle 2 bleibt und die Dispersion der Welle 3 in entsprechender Weise gleich derjenigen der Welle 4 bleibt. Wenn also die äußeren Bedingungen kleine Änderungen in den Betriebsfrequenzen verursachen, bleibt die resultierende Differenz des Differentialausganges gleich. Zur Beseitigung der Dispersionsdrift muß das magnetische Feld zur Erzeugung des Zeeman-Effektes folgendem Ausdruck genügen:

Faraday-Vorspannung = 2gBH/h=(3,64 MHz/Gauss)H. Hierdurch erhält man einen Laserkreisel, welcher eine Stabilität der Ausgangs-

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frequenz in der Größenordnung von weit unter einem Hz ermöglicht.

Es sei nun auf die Figuren 1 bis 4 wiederum Bezug genommen. Man erkennt, daß gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel das magnetische Feld zur Erzeugung der Zeeman-Aufspaltung der Dispersionskurven durch Spulen erhalten wird, welche denjenigen Kanal umschlingen, in welchem sich das Lasermedium befindet. In den Block 102 sind Bohrungen eingebracht, um Kanäle 200, 210, und 230 zu schaffen, welche zur Aufnahme der Spulen dienen. Die Spulen 202 und 212 liegen auf einer Seite der Kathodenelektrode 22, während die Spulen 222 und 232 auf der anderen Seite der Kathode 22 gelegen sind, um eine Zeeman-Aufspaltung über den gesamten Laserabschnitt des Ausbreitungswege? erreichen zu können. Es werden vier Spulen vorgesehen, um eine gleichförmigere Ausbildung des magnetischen Feldes im Bereich des gasförmigen Lasermediums zu erhalten, doch lassen sich auch andere Anordnungen verwenden, welche eine entsprechende Komponente des magnetischen Feldes im Lasermedium zur Wirkung bringen. Die Spulen 202, 212, 222 und 232 umschlingen den Kanal 108. Vorzugsweise werden sämtliche vier Spulen von einer einzigen Stromquelle aus beaufschlagt, so daß ein Strom solcher Größe und Richtung fließt, daß in den Kanälen ein magnetisches Feld wirksam wird, das die Aufspaltung der Dispersionskurven in gleicher Größe wie die Aufspaltung der Frequenz aufgrund der Faraday-Vorspannung mittels des Faraday-Rotators 156 erzeugt, wobei die Aufspaltung eine Richtung hat, welche die Empfindlichkeit der Wellen gegenüber dem Verstärkermedium im angegebenen Sinne beseitigt.

Vorzugsweise regelt man die Stärke des Magnetfeldes, das zur Erzeugung der Zeeman-Aufspaltung notwendig ist, in Abhängigkeit von der Stärke der Faraday-Vorspannung, welche von dem Faraday-Rotator bewirkt wird.

In Figur 1 ist die Ausgangsoptik 144 angedeutet, welche die beiden Dioden 145 und 146 trägt. Die Ausgangsoptik 144 trennt das

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3H1175 Γ · ^{: :} '

linkszirkularpolarisierte Frequenzpaar entgegengesetzt zueinander umlaufender Wellen von dem rechtszirkularpolarisierten Wellenpaar entgegengesetzt zueinander umlaufender Wellen, wobei jedes Paar von einer gesonderten Diode untersucht wird= Beispielsweise dient die Diode 145 zur Erzeugung eines Signals entsprechend jf^ f_a„ nämlich der Frequenzdifferenz (f2~^*1 ^ ^^{es ersten} Frequenzpaares, während die Diode 146 zur Erzeugung eines Signales entsprechend ^y\ f^ dient, nämlich der Frequenzdifferenz Cf₄-T₃) des zweiten Frequenzpaaros. Die Ausgänge der Dioden und 146 sind mit der Dispers Jonssteuereinrichtung 3DO verbunden. In der Ruhe oder bei Stillstand gilt f_a=f]-₎ und jede Differenz entspricht der Faraday-Frequenzvorspannung. Bei Auftreten einer Drehung wird die eine der beiden Differenzfrequenzen größer und die andere Differenzfrequenz wird kleiner, wobei Betrag und Vorzeichen der Änderung abhängig von der Geschwindigkeit und der Richtung der Drehung sind. Die Dispersionsreqeleinrichtung 300 enthält übliche elektronische Schaltkreise zur Bildung eines Signales entsprechend dem Mittelwert der beiden Differenzfrequenzen, womit auch während einer Drehung die Faraday-Frequenzvorspannung gemessen wird. Weitere Schaltkreise in der Dispersionsregeleinrichtung 300 liefern den Strom an die Spulen 202, 212, 222 und 232 in Abhängigkeit von dem die Faraday-Vorspannung darstellenden Signal, um ein magnetisches Feld in dem Kanal 108 aufzubauen, welches die Dispersionskurve um einen Betrag aufspaltet, welcher gleich der Frequenzaufspaltung ist, die durch die Faraday-Vorspannung bewirkt wird. Das für diese Abgleichung der Dispersion notwendige magnetische Feld ist durch folgenden Ausdruck gegeben:
H = Faraday-Vorspannung/2gBh =
= (Faraday-Vorspannung in Hz)/(3,64 10") Oe und der notwendige Strom zur Erzeugung dieses Magnetfeldes ist in bekannter Weise proportional zur Anzahl der Windungen der Spulen=

Es zeigt sich, daß der Faraday-Rotator des hier vorgeschlagenen Laserkreisels eine Faraday-Frequenzvorspannung erzeugt, welche

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3H1-175

, sich umgekehrt proportional zur Temperatur verhält. Durch die ; Dispersionsregeleinrichtung 300 wird das für die Zeeman-Aufspal- ; tung notwendige magnetische Feld als Funktion der gemessenen Fa- ! raday-Frequenzvorspannung bereitgestellt und demgemäß ist die Dispersionsabgleichung unabhängig von der Temperaturabhängigkeit der Faraday-Vorspannung. Die Regeleinrichtung 300 erzeugt einen Strom, dessen Amplitude in Abhängigkeit von einem Signal geregelt wird, das der gemessenen Faraday-Frequenzvorspannung entspricht, wobei durch einige Proportionalitätskonstanten sowohl die Beziehung des magnetischen Feldes, dossen Polung vom Wicklungssinn der Spulen abhängig ist, zur Faraday-Frequenzvorspannung, als auch die Anzahl der Windungen der Spulen berücksichtigt sind.

Eine ins einzelne gehende Boschreibung der Regeleinrichtung ist nicht erforderlich, da Schaltungen dieser Art, wenngleich für andere Zwecke, dem Fachmann geläufig sind.

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Claims (24)

1. Patentansprüche

   . 1./ Ringlaser-Drehgeschwindigkei.tsmesser mit einem in sich geschlossenen Wellenausbreitungsweg, in welchem zirkularpolarisierte, sich in entgegengesetzter Richtung zueinander ausbrei— tende Wellen mit unterschiedlichen Frequenzen in Paaren des einen und des anderen Polarisationnsinnes anreqbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß mit üom in sich geschlossenen Wellenausbreitungsweg (108, 110, 112, 114) eine Komponsationseinrichtung (202, 212, 222, 232, 300) gekoppelt ist, welche die vom Lasermedium eingeführten Änderungen der Phasenverschiebung der Wellen kompensiert.
2. 2. Drehgeschwindigkeitsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in sich geschlossene Wellenausbreitungsweg (108, 110, 112, 114) im wesentlichen frei von Streuzentren gehalten ist.
3. 3. Drehgeschwindigkeitsmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Frequenzaufspaltung der Wellen unterschiedlichen Polarisationssinnes der zirkulären Polarisation und unterschiedlicher Ausbreitungsrichtunq eine depolarisationsfreie Anordnung zur Erzeugunq einer polarisationsrichtungsabhängigen Phasenverschiebung in den Wellen zur Frequenzaufspaltung zwischen Wellen entgegengesetzter zirkuläre Polarisation und eine depolarisationsfreie Vorrichtung (165, 188, 154) zur Erzeugung einer ausbreitunqsrichtungsabhänqiqen Phasenverschiebung der Wellen zur Frequenzaufspaltung zwischen den entgegengesetzt zueinander sich ausbreitenden Wellen iedes Wellenpaares vorgesehen sind.
4. 4. Drehgeschwindigkeitsmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die depolarisationsfreie Vorrichtung (165, 188, 154) zur Erzeugung der ausbreitungsrichtungsabhänqigen Phasen-

   j verschiebung eine Scheibe (165) eines isotropen Werkstoffes mit i

   einer von Null verschiedenen Verdet-Konstanten und Einrichtungen j

   (188) zur Erzeugung eines Magnetfeldes in dieser Scheibe enthält, j
5. 5. Drehgeschwindigkeitsmesser nach Anspruch 4, dadurch gekenn- j zeichnet, daß die depolarisationsfreie Vorrichtung (165, 188, 154) zur Erzeugung der ausbreitungsrichtungsabhängigen Phasenverschiebung Absorptionsmittel (190, 191) enthält, welche auf jeder Seite der Scheibe (165) aus isotropem Werkstoff angeordnet sind und so gelegen sind, daß von der Scheibe reflektierte Wellenenergie auf die Absorptionsmittel fällt.
6. 6. Drehgeschwindigkeitsmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (165) aus isotropem Werkstoff und die Absorptionsmittel (190, 191) durch elastische Haltemittel (174, 175) in einem Träger (154) aus einem einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisenden Material gehalten sind.
7. 7. Drehgeschwindigkeitsmosser nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Magnetfeldes in der Scheibe (165) aus isotropem Werkstoff zwei Magnete (186, 187) dienen, welche mit gleichnamigen Polen aneinandergesetzt und nahe der Scheibe (165) aus isotropem Werkstoff angeordnet sind.
8. 8. Drehgeschwindigkeitsmosser nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die depolarisationsfreie Anordnung zur Erzeugung der polarisationsrichtungsabhängigen Phasenverschiebung von einem nicht in einer Ebene liegenden, in sich geschlossenen Resonanzraum (108, 110, 112, 114) gebildet ist.
9. 9. Drehgeschwindigkeitsmesser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die depolarisationsfreie Vorrichtung zur Erzeugung der ausbreitungsrichtungsabhängigen Phasenverschiebung einen Brechungsindex aufweist, dessen richtungsunabhängige Komponente isotrop ist.

   3U1175
10. 10. Drehgeschwindigkeitsmesser nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die depolarisationsfreie Vorrichtung zur Erzeugung der ausbreitungsrichtungsabhängigen Phasenverschiebung derart ausgebildet ist, daß sie Streueigenschaften besitzt, die über den Betriebstemperaturbereich hinweg im wesentlichen temperaturunabhängig sind.
11. Ho Drehgeschwindigkeitsmesser nach Anspruch 4 und Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (165) aus isotropem Werkstoff eine Dicke hat, welche wesentlich kleiner als der Durchmesser der gebildeten Wellenstrahlen ist.
12. 12. Drehgeschwindigkeitsmesser nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (165) aus isotropem Werkstoff eine Dicke hat, welche bei Normalbetrieb Veränderungen erfährt, die wesentlich kleiner als eine Wellenlänge der anqeregten Wellen ist.
13. 13. Drehgeschwindigkeitsmes: er nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das im Bereich der Scheibe (165) aus isotropem Werkstoff wirksame Magnetfeld auf den Bereich in unmittelbarer Nähe dieser Scheibe beschränkt ist.
14. 14. Drehgeschwindigkeitsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in dem in sich geschlossenen Ausbreitungsweg Mittel (130) zur Ausscheidung von Verunreinigungsteilchen im Bereich von Elektroden (32, 42) vorgesehen sind, weichletztere dazu dienen, das Lasermedium zur Erzeugung der elektromagnetischen Wellen anzuregen.
15. 15= Drehgeschwindigkeitsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationseinrichtung (202, 212, 222, 232, 300) Mittel zur Erzeugung eines Magnetfeldes enthält, welches in Längsrichtung zur Achse des Lasermediums orientiert ist und eine Größe und Polarität besitzt, durch welche im wesentlichen eine gleiche Größe der durch das Lasermedium einge-

    j führten Phasenverschiebung an den entgegengesetzt zueinander sich ausbreitenden Wellen jedes Wellenpaares bewirkt wird.
16. 16. Drehgeschwindigkeitsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 15, > dadurch gekennzeichnet, daß das Lasermedium eine Verstärkungscharakteristik und eine Frequenzdispersionscharakteristik auf-

    ! weist, welche sich nichtlinear in Abhängigkeit von der Frequenz '■ ändern.
17. 17. Drehgeschwindigkeitsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß in dem in sich geschlossenen Wellenausbreitungseg bzw. in dem nicht in einer Ebene liegenden, in sich geschlossenen Resonanzraum der Einfallswinkel bzw. der Reflexionswinkel zwischen benachbarten Abschnitten (108, 110) des Ausbreitungsweges begrenzt ist.
18. 18. Drehgeschwindigkeitsmesser nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Entfernung von Verunreinigungsteilchen eine /\bteilwand (130) enthalten, welche sich im Bereich der zur Anregung des Lasermediums dienenden Elektroden (32, 42) befindet.
19. 19. Drehgeschwindigkeitsmesser nach einem der Ansprüche 15

    bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Lasermedium eine Magnetfeldkomponente in Richtung der Längsachse des Lasermediums erzeugt wird, wobei die Größe dieser Komponente des magnetischen Feldes eine Frequenzaufspaltung der Verstärkungs- und Dispersionskennlinien im wesentlichen gleich der Frequenzaufspaltung zwischen den sich entgegengesetzt zueinander ausbreitenden Wellen aufgrund der die ausbreitungsrichtungsabhängige Phasenverschiebung erzeugenden Vorrichtung bewirkt und wobei die magnetische Feldkomponente eine Polung besitzt, um im wesentlichen gleiche Größen der durch das Lasermedium bedingten Dispersion an den entgegengesetzt zueiander umlaufenden Wellen vorzusehen (Figur 8C).
20. 20. Drehgeschwindigkeitsmesser nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (202, 212, 222, 232, 300) zur Erzeugung des Magnetfeldes dieses in Abhängigkeit von einem Mittelwert der Frequenzaufspaltung der sich entgegengesetzt zueinander ausbreitenden Wellen aufgrund der eine ausbreitungsrichtungsabhängige Phasenverschiebung bewirkenden Vorrichtungen verändert.
21. 21. Drehgeschwindigkeitsmesser nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung des Magnetfeldes mindestens eine Spule (202, 212, 222, 232) enthalten, welche einen Teil des das Lasermedium enthaltenden Abschnittes (108) des Wellenausbreitungsweges umschlingt, daß Mittel zur Messung der Größe der Frequenzaufspaltung in den entgegengesetzt zueinander umlaufenden Wellen aufgrund der ausbreitungsrichtungsabhängig eine Phasenverschiebung vornehmenden Vorrichtung vorgesehen sind und daß Einrichtungen (300) zur Bereitstellung eines Spulenstromes dienen, welcher proportional zum Mittelwert der genannten Frequenzaufspaltung ist.
22. 22. Drehgeschwindigkeitsmesser nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Spulen (202, 212, 222, 232) vorgesehen ist, welche über den das Lasermedium enthaltenden Abschnitt (108) des -Wellenausbreitungsweges verteilt angeordnet sind.
23. 23. Drehgeschwindigkeitsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß zur ausbreitungsrichtungsabhängigen Phasenverschiebung ein innerhalb eines Trägers (154) angeordneter Faraday-Rotator (165) dient, auf dessen mindestens einer Seite ein Absorptionskörper (190, 191) zur Absorption von elektromagnetischen Wellen vorgesehen ist, wobei der Absorptionskörper so ausgebildet ist, daß er einen wesentlichen Anteil der elektromagnetischen Wellen zu dem Faraday-Rotator durchtreten läßt und daß der Faraday-Rotator derart schräggestellt ist, daß er an ihm reflektierte Anteile der Wellenenergie in Richtung auf den Absorptionskörper lenkt.

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24. 24. Drehgeschwindigkeitsmesser nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (154) aus einem Körper mit niedrigem thermischem Ausdehnungskoeffizienten besteht, in welchem eine Anzahl von Absätzen gebildet sind, wobei der Faraday-Rotator und der Absorptionskörper durch elastische Halte- und Befestigungsmittel (174, 175, 199) gegen die Absätze gedrückt werden.