SE451887B - Ringlasergyroskop med en sluten vagutbredningsveg - Google Patents

Description

451 8"'7 kräver snabb uppdatering av positionen eller hög upplösning.

Ljushastigheten i ett medium i rörelse beror av mediets hastig- het. I ett lasergyroskop kommer ett medium i rörelse att dra med sig de resonanta ljusfrekvenserna eller laserstrålarna tillsammans med mediet, vilket ger upphov till en frekvensändring, som praktiskt sett simulerar en vridningshastighet. Denna frekvensändring är Fresnel-Fizeau-medsläp- níngseffekten, vilken ger upphov till en gyroutsignalsförspänning.

En helium-neon-gasurladdning inuti ett lasergyroskop är ett så- dant medium i rörelse. Lang uir-strömningseffekten, vid vilken de tunga jonerna i plasmat kopplas starkare till gasurladdningsrörets väggar än elektronerna, orsakar ett nettoflöde av gas ner i rörets centrala del mot katoden och ett returflöde längs väggarna i motsatt riktning. Såle- des finns det en stor hastighetsgradient inuti en lasergyroskopskavitet.

Fresnel-Fizeau-medsläpningseffekten är en av de först upptäckta felkällorna i både tvåfrekvens' och flerfrekvens' lasergyroskoo. Vid ett tidigare förslag till lösning har man försökt undertrycka eller elimine- ra denna medsläpningseffekt genom en perfekt symmetriskt uppdelad ur- laddning, varvid en exakt elektronströmskälla (som verkar på två anoder) erfordras för att upprätthålla lika storlek på den elektriska ström som flyter i vardera halvan av den delade urladdningssträckan, men i mot- satta riktningar. De vandrande resonanta ljusfrekvenserna möter de gas- flöden, som åstadkommas av de uppdelade urladdningsströmmarna och med- släpningseffekten i den ena urladdningsströmmen tenderar att upphäva medsläpningseffekten i den andra urladdningsströmmen.

Ett annat tidigare förslag till lösning har bestått i att alstra lågfrekvent amplitudmodulerade strömmar till vardera av två anoder i åofí ett tvåfrekvens' ringlasergyro för att åstadkomma en modulation av gas- urladdningsströmningens hastighet, som eliminerar Fizeau-effekten. Den- na lösning kräver emellertid åtskilligt med elektroniska kretsar utan- för den optiska ringlaserkaviteten.

Denna uppfinning eliminerar verkan av Fresnel-Fizeau-meds1äp- ningen på de resonanta ljusfrekvenserna utan att det behövs två anoder och tillhörande precisionselektronik utanför ringlaserkaviteten.

Uppfinningen anger ett lasergyroskop, som har en sluten utbred- ningsväg med ett förstärkningsmedium för utbredning av ett flertal elektromagnetiska vågor i motsatta riktningar, varvid var och en av vå- gorna har olika frekvens i det elektromagnetiska spektret, vidare en kanal inuti den slutna utbredningsvägen, vilken tillhandahåller en ut- bredningsväg för en elektrisk urladdningsström mellan en anod och en katod för att excitera laserförstärkningsmedietQ vilket består av en D! 4> ut ...A co co -J blandning av helium och neon, varvid den urladdningsström som flyter i delar av den slutna utbredningsvägen möter de elektromagnetiska vå- gorna i samma och motsatta riktningar med avseende på de elektromagne- tiska_vågorna, varigenom Fresnel-Fizeau-medsläpningseffekten, som annars framträder som en förspänning i gyrots utsignal, elimineras.

Dessutom finns i den slutna utbredningsvägen ett flertal reflektorer för att rikta de elektromagnetiska vågorna runt utbredningsvägen, mag- netooptiska don tillhandahåller icke-reciprok förspänning för de elekt- romagnetiska vågorna och en icke-plan sluten utbredningsväg vidmakthål- ler åt vänster och höger cirkulärt polariserade elektromagnetiska vå- gor.

I det föredragna utföringsexemplet ligger kanalen.i skärningen mellan ett första plan, som innefattar en första del av de elektromag- netiska vågorna och ett andra plan, som innefattar en andra del av de elektromagnetiska vågorna. En sådan icke-plan, sluten utbredningsväg medger frekvensdelning mellan åt vänster och åt höger cirkulärt polari- serade vågor. Förutom den förbättring som består i eliminering av Fres- nel-Fizeau-medsläpningen genom en självkompenserande urladdningsväg gör en enda urladdningsström det möjligt att göra katoden i kaviteten mind- re. Urladdningsströmmens utbredningsväg i två eller flera optiska kavi- teter eller laserringar kan anslutas i serie så att urladdningsströmmen iuzfa' kan flyta genom flera axlar eller mer än en laserring med användning av endast en katod och en anod.

Vid ett annat utförande enligt uppfinningen föreslås ett laser- gyroskop med flera axlar, vilket har två eller flera slutna utbredninge- vägar, var och en med ett förstärkningsmedium för utbredning av ett flertal elektromagnetiska vågor i motsatta riktningar, varvid varje våg i en sluten utbredningsväg har olika frekvens, vidare don för att exci- tera laserförstärkningsmediet genom att framkalla ett elektriskt ur- laddningsströmsflöde mellan en anod och en katod i mediet, som består av en blandning av helium och neon, don för att rikta detta enda ur- laddningsströmsflöde i delar av de slutna utbredningsvägarna för att möta de elektromagnetiska vågorna i samma och motsatta riktningar med avseende på vågorna, don för att inbördes ansluta de slutna utbredninge- vägarna för att tillåta urladdningsströmmen att flyta mellan de slutna utbredningsvägarna samt ett gyroblock, som innehåller en eller flera av de slutna utbredningsvägarna. I var och en av de slutna utbredningsvä- garna finns ett flertal reflekterar för att rikta de elektromagnetiska vågorna runt utbredningsvägarna. Magnetooptiska don i varje utbredninge- väg tillhandahåller icke-reciprok förspänning för de elektromagnetiska I 451 887 4 D 2 .

E I vågorna, och en icke-plan sluten utbredningsväg vidmakthåller åt väns- ter och åt höger cirkulärt polariserade vågor. Riktdonen för urladd- ningsströmsflödet innefattar företrädesvis en kanal, som förbinder två punkter inom var och en av utbredningsvägarna längs skärningarna mellan ett första plan, som innefattar en första del av deeâektromagnetiska vågorna och ett andra plan, som innefattar en andra del av de elektro- magnetiska vågorna. Urborrningar tillhandahåller en väg för den enda _ urladdningsströmmen att flyta mellan de slutna utbredningsvägarna, när É de är inneslutna i en enda gyroblockstruktur. å Enligt ett ytterligare utförande av uppfinningen föreslås ett š lasergyroskopblock, som har två eller flera separata och oberoende slut-É na utbredningsvägar, var och en med ett förstärkningsmedium för utbred- f ning av ett flertal elektromagnetiska vågor i motsatta riktningar, var- É vid var och en av de elektromagnetiska vågorna i en sluten utbrednings- É väg har skild frekvens. Vidare finns don för att excitera laserförstärk-É ningsmediet i var och en av de slutna utbredningsvägarna genom att till-z handahålla ett enda elektriskt urladdningsströmsflöde i mediet mellan en anod och en katod i varje sluten utbredningsväg, och don för att riks ta det enda urladdningsströmsflödet i delar av var och en av de slutna utbredningsvägarna för att möta de elektromagnetiska vågorna i var och en av de slutna utbredningsvägarna i samma och motsatt riktning med av- seende på de elektromagnetiska vågorna. Ett flertal reflektorer ingår i varje sluten utbredningsväg för att rikta de elektromagnetiska vågorna runt utbredningsvägarna. Magnetooptiska don i varje utbredningsväg ger É icke-reciprok förspänning för de elektromagnetiska vågorna och en icke- g plan sluten utbredningsväg vidmakthåller åt vänster och åt höger cirku- Q lärt polariserade elektromagnetiska vågor. Riktningsdonen för urladd- ningsströmsflödet innefattar företrädesvis en kanal, som förbinder två punkter i var och en av utbredningsvägarna längs skärningen mellan ett första plan, som innefattar en första del av de elektromagnetiska vå- gorna och ett andra plan, som innefattar en andra del av vågorna.

För utföringsformer av uppfinningen hänvisas vidare till de o- självständiga kraven. _ I det följande skall uppfinningen beskrivas i detalj med hänvis- § ning till bifogade ritning, där fig 1 visar en isometrisk vy av det op- tiska blocket i ett enaxligt ringlasergyroskop innefattande uppfinning- n., wv-øwumv-ßflfl" E en; fig 2 ett diagram över driftkarakteristika för ett fleroscillators ringlasergyroskop enligt fig 1; fig 3 ett blockschema över ett fleros- cillators ringlasergyroskopsystem innefattande uppfinningen; fig 4 ett schema över en kavitet för ett lasergyroskop med kvadratisk ring med en 5 451 887 enda självkompenserande gasurladdningssträcka; fig 5 ett schema över en 1 föredragen kavitet för ett lasergyroskop med kvadratisk ring och inne- fattande den självkompenserande gasurladdningssträckan; fig 6A ett sche- matiskt schema för gasurladdningskretsarna i ett ringlasergyroskop,som använder ett förspänningsnät med en spänningskälla; fig 6B ett diagram över de karakteristiska ström-spänningskurvorna för de önskade och icke önskade gasurladdningssträckorna med en belastningslinje, som väljer en stabil arbetspunkt för den önskade urladdningssträckan; fig 7A ett sche- matiskt schema för gasurladdningskretsarna i ett ringlasergyroskop, som använder ett förspänningsnät med en strömkälla; fig 7B ett diagram över de karakteristiska ström-spänningskurvorna för de önskade och icke öns- kade gasurladdningssträckorna med en belastningslinje, som väljer en stabil arbetspunkt för den önskade urladdningssträckan; fig 8 ett sche- ma över en kavitet för ett lasergyroskop med kvadratisk ring, vilket illustrerar teknikens ståndpunkt med användning av två anoder för att åstadkomma två gasurladdningssträckor; ïig 9 en isometrisk vy av det optiska blocket för ett tvåaxligt ringlasergyroskop, vilket innefattar uppfinningen i vardera av de inbördes förbundna ringarna, vilket ger ett enda gasurladdningsströmflöde från en anod till en katod; och fig 10 en isometrisk vy av två separata slutna ringlasersträckor i samma optiska block med användning av uppfinningen i vardera av de icke-plana ringarna.

Fig 1 visar ett schema över ett optiskt block 10 för ett laser- gyroskop med en anod 12, en anodurborrning 13, en katod 14 inuti en ka- todkavitet 17, en katodurborrning 15 och en ringatbredningsväg 16A, 16B, 16C, 16D, 16E, 16F för de laserstrålar som åstadkoms av fyra re- flektorer 18, 20, 22, 24. En kanal 28 mellan reflektorn 20 och reflek- torn 24 i serie med laserutbredningsvägarna 16B och 16E tillhandahåller en enda självkompenserande gasurladdningssträcka mellan anoden 12 och katoden 14 för ett laserförstärkningsmedium 26, som består av en gas- blandning av helium och neon. En blandning av 3He, 2oNe och 22Ne i för- hållandet 8:O,53:0,47 föredras, även om andra blandningar är lika tänk- bara. Katodurborrningen 15 tillhandahåller en förbindelseväg mellan ringens segment 16B och 160 och katoden 14; anodurborrningen 13 till- handahåller en förbindelseväg mellan ringens segment 16E och 16F och anoden 12.

Gyroblocket 10 är företrädesvis utfört i ett material med låg temperaturutvidgningskoefficient, såsom glaskeramiskt material, för att minimera inverkan av temperaturändringar på ett lasergyroskopssystem.

Ett föredraget kommersiellt tillgängligt material säljs under namnet 451 887 6 Cer-Vit C-101 av Owens-Illinois Company, alternativt kan Zerodur från Scott användas.

Lasergyroskopblocket för det föredragna utförandet, som använder fyra frekvenser, fungerar på det sätt som beskrivs i de patentskrifter som anförts i beskrivningsinledningen. De elektromagnetiska laservågor- = na utbreder sig längs den slutna ringsträckan 16A, 16B, 16C, 16D, 16E och 16F. Fig 2 visar förstärkningskurvan för ett lasermedium med läget för de fyra frekvenserna angivna. Vågor med frekvenserna f1 och f4 cir- kulerar medurs, medan vågor med frekvenserna f2 och fä cirkulerar mot- urs. Alla fyra vågorna är företrädesvis cirkulärt polariserade med vå- gorna av frekvenserna f1 och f2 vänstervridande och vågorna med fre- §- kvenserna fâ och f4 högervridande.

Som framgår av fig 1 innefattar ringlaserutbredningsvägen ett första parti av ringsegment 16A, 16E och 16F, som ligger i XZ-planet och ett andra parti av ringsegment 16B, 160 och 16D, som ligger i YZ- planet. Kanalen 28 ligger i skärningen mellan dessa båda plan. Denna icke-plana ring vidmakthåller av naturen endast cirkulärt polariserade vågor utan användning av en kristallroterare. Placeringen av reflektor- erna 18-24 i ringutbredningsvägen 16A-16F åstadkommer ett fasskift, som ändrar vågornas resonansfrekvenser. Resultatet blir, som visas i fig 2, att vågorna med vänstervridande cirkulär polarisation (f1 och f2) kom- mer att ha en resonansfrekvens, som är skild från resonansfrekvensen föra de högervridande cirkulärt polariserade vågorna (fa och f4). Denna icke- plana ring för elektromagnetiska vågor visas och beskrives i US patent- skrift 4 110 045.

I fig 3 visas en Farady-roterare 50 i ett parti av ringlaservä- gen mellan reflektorerna 18 och 20. Denna icke-reciproka magnetooptiska anordning åstadkommer en fasfördröjningsförspänning för elektromagne- tiska vågor av båda de cirkulärt polariserade vridningsriktningarna, som utbreder sig medurs, vilken skiljer sig från den för vågor av mot- svarande polarisation, som utbreder sig moturs. Kombinationen av ref- lektorer 18-24 och Farady-vridaren 30 är sådan, att ringresonatorn vid- makthåller vågor med oscillationsfrekvenser enligt fig 2. Det finns e- mellertid alternativa medel för att åstadkomma samma sak som Farady- g' vridaren. Ett sådant medel, som utnyttjar Zeeman-effekten beskrivs i US patentskrift 4 229 106.

Lasergyroskopets optiska utbredningsväg 16A-16F visas i fig 3 med anslutningar till perifer elektronik och optik för lasergyroskopet.

Högspänningskällan 34 tillhandahåller hög negativ spänning på katoden 14 och hög negativ spänning till det piezoelektriska organets 31 driv- 7 451 887 krets 38. Elektroniken för urladdningsstyrningen 36 i anodledningen 12 reglerar den ström som flyter från anoden till katoden på ett fixt och konstant värde; olika gyroblock behöver olika värden på katodströmmen beroende på de optiska förlusterna i det särskilda gyroblocket.

Väglängkstyrsystemet är ett återkopplingsnät, som upprätthåller en stadig och optimal optisk väglängd inuti gyrokaviteten. Det innefat- tar detektorförförstärkaren 42, väglängdstyrningen 40 och elektroniken för det piezoelektriska organets högspända drivkrets 38. Den optiska våglängden styrs av en reflektor 22, som är anordnad på en piezoelekt- risk omvandlare 31. Högspänningsdrivkretsen driver den piezoelektriska omvandlaren med en pålagd spänning inom intervallet O till 400 V. Eme- dan stabila arbetspunkter eller -moder inträffar vid väglängdsintervall på halva laservåglängden, kommer normalt den mod som ligger närmast om- vandlarens dynamiska områdes mittpunkt att väljas som permanent arbets- punkt. Detektorförförstärkaren 42 separerar de växelströmssignaler och likströmssignaler som mottas från utgångsoptiken 32. Likströmssignaler- na används för väglängdsstyrningen. Växelströmssignalerna är sinusvågor, som utgör gyrots utsignal, och de sänds till signalbehandlaren 44, där de omvandlas till två digitala pulståg (f1-f2 och få-f4), varvid en puls alstras för varje period i de inkommande vågformerna. Väglängdsstyr- ningen beskrivs i sin helhet i US patentskrift 4 108 553, till vilken hänvisas.

Utgångsoptiken 32 avskiljer en del av varje stråle, som cirkule- rar i laserkaviteten för att alstra de två utsignalerna, f1-f2 och fâ- f4, som vardera representerar skillnaden i frekvens mellan vâgpar med lika riktad cirkulär polarisation i kaviteten så som visas i fig 2. Ut- gångsreflektorn 18 har en genomsläppningsbeläggning på ena sidan och en stråldelande beläggning på den andra sidan. Båda beläggningarna är av en konventionell typ som använder kvartsvågslager av TiO2 och SiO2. Den stråldelande beläggningen släpper igenom hälften av den inkommande in- tensiteten och reflekterar den andra hälften. Ett bakåtreflekterande prisma används för att överlagra de två strålarna. Detta rätvinkliga prisma är gjort av sintrad kvarts och har försilvrade reflekterande ytor. En dielektrisk beläggning är anordnad mellan silvret och den sintrade kvartsen för att ge minsta möjliga fasfel vid reflektionen. En kvartsvågsskiva följd av polarisatorskivor används för att separera de fyra frekvenser, som finns i varje stråle. Kilen används mellan det bakåtreflekterande prismat och kvartsvågsskivan för att åstadkomma öns- kad infallsvinkel. Ett täckglas för en fotodiod (antireflexbehandlat på ena sidan) och ett fotodiodspaket fullständigar utgångsoptiken 32. Ett “som r å in 451 887 8 ...W-»m-...v , ,__-,, r optiskt cement (som härdas med ultraviolett ljus) används mellan de o- lika elementen för att åstadkomma vidhäftning och för att minimera ref- É lektioner. Utgångsoptiken beskrivs i sin helhet i US patentskrift 4 141 651, till vilken hänvisas.

Laserförstärkningsmediets dispersion påverkar ett ringlasergyro- skops funktion genom statisk inverkan och inverkan av rörligt medium.

Statisk inverkan av väglängdsstyrning och temperaturkänslighet på ring- lasergyrots förspänning på grund av dispersion kan elimineras genom lämpligt val av neonisotopblandning och en arbetspunkt för intensitete- felanpassningsservostyrning av väglängdsstyrningen. Den viktigaste in- verkan av rörligt medium åstadkommes av den likströmsexciterade helium- neongasurladdningen, som ger upphov till frekvensskiftning av lasrings- resonansen, vilken utgör Fresnel-Fizeau-medsläpningen. Denna medsläp- ningseffekt orsakas av Langmuir-flödet, i vilket de tunga jonerna i ett plasma kopplas starkare till gasurladdningsrörets väggar än elektroner- na, vilket ger upphov till ett nettoflöde av gas nerför rörets centrum mot katoden och ett returflöde längs väggarna i motsatt riktning.

Enligt uppfinningen finns det en ytterligare utbredningsväg eller kanal 28, som visas i fig 1, i gyroblocket 10, varigenom man får en självkompenserande strömväg med lågt motstånd för gasurladdningen, be- Wi nämnd Z-vägen 16E, 28 och 16B. Z-vägen innefattar två partier 16B och 16E av laserringsutbredningsvägen i serie med kanalen 28. Fig 3 visar att denna Z-väg gör det möjligt för en enda elektrisk urladdningsström I att flyta i samma och motsatt riktning med avseende på laservågorna, _ vilket eliminerar Fre snel-Fi z eau-med släpningseffekten . 3 - I fig 4 finns det tre möjliga elektriskt parallella vägar för urladdningsströmmen mellan anoden 12 ooh katoden 14 i detta schema över ett lasergyro med kvadratisk ring. Det är vägarna BCE, AGF och ADE. På villkor att C=G och A=E, BCE=AGF kommer de elektriska karakteristika för BCE att vara samma som AGF. Därför måste urladdningen upprättas nerför den önskade vägen ADE och inte nerför en oönskad BCE (eller AGF).gA Om vid inledning av urladdningen endast en av dessa vägar utsätts för genomslag kan denna väg göras stabil genom lämplig utformning av en yttre förspänningskrets. Om det blir genomslag i både den önskade och gi den oönskade vägen, så kan vägen med lägre resistans väljas av den ytt- re förspänningskretsen, förutsatt att dessa vägars resistanser skiljer sig tillräckligt mycket. Detta resistansvillkor kan åstadkommas genom lämpligt val av geometri för den önskade vägen, såsom diametrar och längder för vägens urborrningar.

Resistansvillkoret kan satisfieras på följande villkor: Låt r 9 451 887 vara en viktningskoefficient, som beror av vägsegmentets D geometri i förhållande till sidan C och viktar D:s resistans i förhållande till sidans C resistans, så att C=rD. Villkoret satisfieras för en önskad urladdningsväg med lägre resistans än en oönskad urladdningsväg om: A + rD + E < B + C + E A + B eller B = c - A så gäller att emedan C A + rD + E ( C - A + C + E eller A E + rD + E ( 2C + E - A så gäller att 2A + rD 4 20 om D är sådant att r = L/fr-5 och r och D elimineras genom att D = C/r, så gäller att 2A+1/»/'5(»/"šc> < ac 2A + C < 20 vilket ger randvillkoret 2A = C.

Fig 5 visar en schematisk framställning av en lasergyrostruktur med en rombisk ring. Den längd hos urladdningsvägen som satisfierar det ovannämnda önskade villkoret är följande: A + rD + E ( B + C + E om A E och B = C - A, så gäller att A + rD + A ( C - A + C + E 2A + rv < 20 och om r = 1/'f-5 och D = C/r så är 2A+1/v/7(~l_å<>><2c eller 2A = C, vilket är samma randvillkor som för den kvadratiska gy- rostrukturen enligt fig 4. Emellertid kan i fig 5 D göras kortare än sidan C, så att Dzs resistans kan göras lika med eller mindre än C:s resistans, så att det blir möjligt att öka längden på ringsegmenten A om A = och E för att uppnå fördelar i laserförstärkningen under upprätthållan- de av en total resistans, som är mindre än den oönskade banans resi- stans. En förspänningskrets för urladdningsvägen visas i fig 6A. För- spänningsnätet 90 med en spänningskälla innefattar en spänningsför- spänningskälla vb i serie med en strömspärrdiod D1 och ett förspännings- motstånd Rb, som är anslutet till en urladdningsanordnings anod 12. En startspänningskälla VS ligger i serie med den ena sidan av en omkoppla- re s1 och omkopplarens andra sida är ansluten till en strömspärrdiod D2 i serie med ett motstånd RS. Motståndets Rs andra sida är även ansluten till anoden 12. Urladdningsanordningens katod 14 är ansluten till den negativa sidan av båda spänningskällorna Vb och Vs. Två möjliga urladd- ningsvägar, A och B, mellan anoden 12 och katoden 14 visas tillsammans 451 887 10_ "'T'T.'.'V.XR"TÜYÛ'W 'RIGÛ ”IT71 med sina respektive strömmar IA och IB. A är den önskade urladdningsvä- gen och B den icke önskade urladdningsvägen. De geometriska sambanden É mellan urladdningsvägarna är sådana, att deras respektive ström-spän- ningskurvor får det samband som visas i fig 6B.

Om i fig 6 ingen urladdning existerar för t-( O och om man antar ¿ att startspänningskällan Vs är stor nog för att bryta igenom båda vä- garna A och B, så kommer båda vägarna att brytas igenom vid t = O när omkopplaren slutes och den resulterande urladdningsströmmen kommer att tillhandahållas av både Vs och Vb. Båda urladdningsvägarna A och B mås- te arbeta vid samma urladdningsspänning Vd, där Ib + IS = IA + IB. När omkopplaren öppnas kommer den önskade urladdningsvägen att upprätthål- las av spänningsförspänningskällan Vb och förspänningsmotståndet Bb om belastningslinjen för denna förspänningskrets skär vägens A ström-spän- ningskurva i fig 6 vid en stabil arbetspunkt. Två ström-spänningskurvor visas i fig 6B för vägarna A och B tillsammans med belastningslinjer för start- och förspänningsnäten. Villkoret för stabilitet i den resul- terande strömkretsen är att förspänningsbelastningslinjen måste skära 'rEI-Lí . . : irl-s - ström-spänningskurvan i en punkt där Bb + gå ) O, där gå är lutningen på ström-spänningskurvan vid skärningspunkten. Med kretsen enligt fig 6A får man en stabil urladdning vid drift vid punkten P i fig 6B med en urladdningsström lika med "i" och ett urladdningsspänningsfall lika med "e". Det finns ingen skärning mellan belastningslinjen och kurvan B.

Därför kan ingen urladdning upprätthållas efter denna oönskade väg. ß Det i fig 6A visade förspänningsnätet 90 med en spänningskälla X kan ersättas av ett förspänningsnät 92 enligt fig 7A med en strömkälla.

Ett förspänningsnät med en strömkälla är att föredra för ett lasergyro för att styra den ström som flyter efter laservägen. Detta förspännings-É nät består av en spänningskälla Vb i serie med en parallellkoppling av en zenerdiod VZ och den icke-ideala strömkällekretsen 94, vilken när den arbetar inom sitt dynamiska område alstrar en konstant ström les.

Vz begränsar maximispänningen överströmkällan till ett säkert värde.

Dioden D1 i serie med strömkällan skall spärra backström. Spänningskäl- lan VS i serie med omkopplaren s1 och motståndet RS alstrar urladd- ningsanordningens startström. Dioden D2 i serie med Rs är en annan back-;_ strömsspärrande diod och motståndet Rb är förspänningsmotstånd för alstring av rätt arbetsbelastningslinje. Det dynamiska området hos strömkälleförspänningsnätet 92 är lika med (V1 - V2) så som visas i fig 7B. Utanför strömkällans möjliga dynamiska område, d v s för en spän- ning större än V1 eller mindre än V2, liknar förspänningskretsen en spänningskälla och kan approximeras med en spänning i serie med för- 11 451 887 spänningsmotståndet Bb. Den i fig 7A visade förspänningskretsen ger sta- bil drift vid punkten Q för den önskade urladdningsvägen A efter start- förloppet.

Fig 8 visar ett utförande enligt teknikens ståndpunkt med delad urladdning för att eliminera Fresnel-Fizeau-medsläpning med användning av två anoder 60 och 62 och en katod 64. En exakt elektronisk strömkäl- la erfordras för att upprätthålla likhet mellan de elektriska urladd- ningsströmmarna IA1 och IA2 i vardera anod-katodvägen. Dessa strömmar måste anpassas exakt i förhållande till temperaturen. De medurs och de moturs vandrande ljusvågorna tar prov på båda de gasflöden som alstras av urladdningsströmmarna IA1 och IA2. Emedan strömmarna flyter i mot- satt riktning i vardera anod-katodvägen relativt riktningarna för de vandrande ljusvågorna tenderar medsläpningseffekten i den ena att elimi- nera medsläpningseffekten i den andra. Emellertid anvisar uppfinningen de förbättringarna att man inte behöver två exakt matchade strömmar och att det bara behövs halva den totala anodströmmen (IA1 + IA2) för att upprätthålla samma förstärkning för ett rínglasergyro. Som visas i fig 5 finns det bara en urladdningsväg 16E, 28 och 163, Z-vägen, sammansatt av partierna A + D + E. Denna förbättring med minskad katodström resul- terar i en minskning till hälften av katodytan, vilket tillåter kon- struktion av mindre katoder och därför ett mindre optiskt aggregat eller block för lasergyrot.

Enligt fig 9 tillåter lösningen med en självkompenserande Z-vägs- urladdningsström även en minskning av det antal elektroder som erfordras för ett fleraxligt gyro. Således använder t ex så som visas i fig 9 ett tvåaxligt lasergyro med rombisk ring i en enda blockkonstruktion 70 en anod och en katod. En första laserring 16A-16F med Z-vägen 16E, 28, 16A, visad i fig 1, ingår i gyroblocket 70 så som visas i fig 9 till- sammans med en andra laserring definierad av ringsegmenten BOA, 8OB, BOD, BOE och 8OF, som även har en Z-väg för urladdningsström definierad av ringsegmenten 8OB och 8OE i serie med kanalen 82. Ett laserförstärk- ningsmedium 26, som består av en helium-neongasblandning så som beskri- vits ovan, är anordnat i laserringvägarna. Blocket 70 med den första och den andra ringen innefattar bara en anod 84 tillsammans med en anod- urborrning 85 och en katod inuti en katodkavitet 17 och katodurborr- ningen 15. En ytterligare urborrning 86 tillhandahåller en förbindelse- väg mellan den första och den andra ringen, så att en enda urladdnings- ström kan flyta från anoden 84 till katoden 14 via urladdningsvägarna 85, son, sz, eos, es, 1632, 28, 1613 och 15. Den andra ringen son-son in- nefattar fyra reflektorer 72, 74, 76 0Ch 78 för att alsïra 1fiSerVå80T 1 451 887 12 den andra ringvägen. Den innefattar även en magnetooptisk anordning (icke visad) såsom en Farady-roterare enligt vad som beskrivits tidiga- re i samband med den första ringen. Medsläpningseffekten elimineras i den andra laserringen 80A-8OF genom den urladdningsström som flyter från anoden 84 till katoden 14 i motsatta riktningar i laservägssegmen- ten 8OE och 8OB relativt riktningen hos de vandrande ljusvågorna i seg- s menten och urladdningsströmmen är tillräcklig för att upprätthålla den optiska förstärkningen i vardera ringen i det tvåaxliga ringlasergyrot.

Den viktiga förbättringen med att använda en enda urladdningsströmväg i ett fleraxligt gyroblock är att åtminstone två ringar kan innefattas i ett gyrobloek av samma storlek som ett enaxligt ringlasergyro och en to katod av samma storlek som i det enaxliga lasergyroblocket kan användas.f Fig 10 visar på oberoende, icke-plana lasergyroringar i en enda blockkonstruktion 100. Detta gyroblock är likartat det gyroblock som visas i fig 1 med bara en laserring 16A-16F, utom att i detta fall en andra, oberoende laserring 11OA-11OF ingår i blocket och innefattar fy- ra reflektorer 102, 104, 106, 108, anoden 114, anodurborrningen 116, katoden 118 och katodurborrningen 120. Dessutom har den andra laser- ringen en Z~väg för urladdningsströmmen mellan anoden 114 och katoden 118, vilken väg består av ringsegmenten 110B och 110E i serie med ka- nalen 112. Ett laserförstärkningsmedium 122 i den andra ringen består av en blandning av helium- och neongas av ovan beskrivet slag.

Flerfrekvensdriften av vardera laserringen i fig 10 motsvarar vad som beskrivits ovan i samband med enkelringslasern i fig 1. Även om F-*í det inte visas i fig 10 är en icke-reciprok magneto-optisk anordning, f såsom en Farady-roterare 30, visad i fig 3 och beskriven ovan, ett nöd- vändigt element i vardera av de slutna ringlaservägarna i fig 10 och är kända för fackmannen. En fördel med ett gyroblock med två oberoende ringlasrar enligt fig 10 i jämförelse med ett gyroblock med två ring- lasrar, som är förbundna och endast uppvisar ett enda urladdningsströms- flöde och därför endast fordrar en katod och en anod enligt fig 9, är högre tillförlitlighet genom dubbleringen.

Ovan har beskrivits föredragna utföringsformer av uppfinningen.

Det torde emellertid vara uppenbart för fackmannen att många modifika- tioner kan göras utan att ramen för uppfinningen frångås. Uppfinningen skall därför anses begränsad enbart av de bifogade patentkraven.

Claims (12)

1, 451 ss? P a t e n t k r a v:

1. Ringlasergyroskop med en sluten vågutbredningsväg (16A till 16F, SOA till BOF, 11OA till 11OF), i vilken vågor, som var och en upp- visar olika frekvens, utbreder sig i inbördes motsatta riktningar och med en exciteringsanordning (12, 14) för excitering av laserförstärk- ningsmediet (26, 122) genom en elektrisk urladdning, som äger rum i me- diet, k ä n n e t e c k n a t av att exciteringsanordningen är så ut- förd, att endast en resp i varje ring en enda strömväg för den elekt- riska urladdningen är verksam och att strömvägen (16B, 28, 16E resp BOE, 82, BOB, 86, 16E, 28, 163) är så lagd, att den enda urladdningsströmmen i ett bestämt segment av den slutna utbredningsvägen resp varje sluten utbredningsväg följer en kringlöpande våg i dess utbredningsriktning och i ett annat segment av den slutna utbredningsvägen flyter i motsatt riktning mot denna våg.

2. Gyroskop enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att den slutna vågutbredningsvägen resp varje sluten vågutbredningsväg de- finieras av mellan reflektorer (18, 20, 22, 24; 72, 74, 76, 78; 102, 104, 106, 108) belägna vägsegment.

3. Gyroskop enligt kravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att exciteringsanordningen innefattar en anod (12) och en katod (14), vilka kan anslutas till en förspänningskälla (90 resp 92).

4. Gyroskop enligt något av kraven 1 till 3, k ä n n e t e c k - n a t av att laserförstärkningsmediet består av eller innefattar en helium-neonblandning. 4 4

5. Gyroskop enligt något av kraven 1 till 4, k ä n n e t e c k- I n a t av att en del av den slutna våguflredningsvägen resp av varje sluten vågutbredningsväg ligger i ett plan och en annan del i ett andra plan, som skär det förstnämnda planet.

6. Gyroskop enligt kravet 5, k ä n n e t e c k n a t av att delarna i de båda planen har samma längd.

7. Gyroskop enligt något av kraven 1 till 6, k ä n n e t e c k- n a t av att urladdningsströmvägen förutom de nämnda segmenten av den slutna utbredningsvägen innefattar en kanal resp en kanal för varje ring (28 resp 82 resp 112), vilken förbinder två punkter på den slutna vågutbredningsvägen med varandra.

8. Gyroskop enligt kravet 7 och kravet 5 eller 6, k ä n n e - t e c k n a t av att förbindelsekanalen (28 resp 82 resp 112) löper längs skärningslinjen mellan de i vinkel mot varandra stående planen för den slutna utbredningsvägen. 451 887 14

9. Gyroskop enligt något av kraven 1 till 8, k ä n n e t e c k -íï n a t av att den slutna utbredningsvägen resp de slutna utbredningsvä- garna var och en innefattar magnetooptiska anordningar (30) för att in- föra en icke-reciprok frekvensmässig förspänning för de elektromagne- tiska vågorna, som utbreder sig i inbördes motsatt riktning.

10. Gyroskop enligt något av kraven 1 till 9, k ä n n e t e c k- n a t av att den slutna utbredningsvägen resp de slutna utbredningsvä- garna är anordnade i ett enhetligt block (10 resp 70 resp 100).

11. Gyroskop enligt kravet 9 eller 10 och/eller 8, k ä n n e - t e c k n a t av att strömvägen för excitering av laserförstärknings- mediet (26) innefattar i serie mellan katoden (14) och anoden (12) ett segment (16E) av den slutna vågutbredningsvägen, som ligger i det förstnämnda planet; den nämnda förbindelsekanalen (28) längs skärninga- linjen mellan de båda nämnda planen; samt ett i det andra planet lig- gande segment (16B) av den slutna vågutbredningsvägen.

12. Gyroskop enligt något av kraven 1 till 11, k ä n n e - t e c k n a t av att det uppvisar två slutna vågutbredningsvägar (16A till 16F resp BOA till 8OF) med en kopplingskanal (86) mellan de båda slutna vågutbredningsvägarna, över vilken den enda strömvägen för exci- tering av laserförstärlmingsmediet är så ledd, att denna enda strömväg, som löper mellan en katod och en anod, tjänar till excitering i båda de slutna vågutbredningsvägarna (fig 9). (1.