[發明專利]由倍頻晶體器件實現被動穩定的多振蕩器固態激光陀螺儀

無效

• 申請號: 201110158072.5
• 申請日: 2011-05-09
• 公開（公告）號: CN102353372A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: S·施瓦茨;G·弗熱奈特;J-P·玻肖勒
• 申請（專利權）人: 泰勒斯公司
• 主分類號: G01C19/66
• 分類號: G01C19/66
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;王錦陽

技術領域

本發明的技術領域是特別在航空領域用于慣性導航的激光陀螺儀，并且特別是固態激光陀螺儀領域。

背景技術

目前大多數可商用的激光陀螺儀包括含有氦/氖氣體混合物的微晶玻璃制作而成的腔，在這個腔中同時存在兩個反向傳播(counterpropagating)的光波，即，在這個腔中，波以相反的方向進行傳播。眾所周知，在這種激光器中，當處于低轉動速度時，這兩個反向傳播的波具有相同的頻率。這種在低轉速時的頻率鎖定問題或是“死區”問題通常通過機械抖動使腔環繞其轉動軸振動來解決。足夠防止頻率鎖定的轉動速度因此被人為的定義出來。然而這種技術是一個不可忽視的噪聲源，這是因為對應于每次經過死區的隨機相位的累加的“隨機漫步(ramdom?walk)”現象。

為了消除這些缺陷，另一種激光陀螺儀已經被發明出來。該物理結構主要包括使四個而不是兩個波同時存在于腔中，對應兩個正交偏振狀態和兩個反向傳播方向。在K.Andringa的專利US?3?854?819中描述了此類設備。這類激光器，也被稱為“多振蕩器激光陀螺儀”，涉及磁光頻偏，當一直通過適當的重組存在于激光器腔中的四種模式來消除所述的磁光偏置的波動時，可以在激光陀螺儀的整個操作范圍內消除“死區”效應，其中對大多數激光陀螺儀設備而言，磁光偏置不包括有太大漂移的源。

當然也可以制作具有固態放大介質的激光陀螺儀，例如一種泵浦激光器二極管(laser-diode-pumped)Nd:YAG晶體。由S.Schwartz，G.Feugnet，P.Bouyer，E.Lariontsev，A.Aspect以及J.-P.Pocholle在Phys.Rev.Lett.97，093902(2006)上發表的文章描述了這種激光陀螺儀。

在這些設備中，模式之間的競爭不再受到多普勒效應的平衡，正如在氦-氖氣體激光陀螺儀中的情況一樣，而是通過一個附加的穩定設備，例如產生與激光器的反向傳輸模式之間的強度差成比例的差分損失的反饋環的使用，這被稱作“主動穩定”。雖然這種設備被證明對于在S.Schwartz，G.Feugnet和J.-P.Pocholle的專利US?7?548?572中描述的“兩波”形式的固態激光陀螺儀的實現而言是相對簡單的，但是對于它的“四波”形式的實現或是在S.Schwartz，G.Feugnet和J.-P.Pocholle的專利US?7?230?686中描述的多振蕩器版本的實現而言更復雜了。圖1顯示了這種類型的激光陀螺儀，其主要包括：

-包括至少一個部分反射鏡11的光學環形腔1，能夠處理腔1外部的反向傳播模式；

-固態放大介質2；

-控制一個光學旋轉器(optical?rotator)或兩個光學旋轉器4和5的從屬裝置3(圖1中的點狀箭頭)；

-測量設備6；

-光學系統，包括：

-第一光學組件，包括第一非互易(non-reciprocal)的光學旋轉器5和互易的光學旋轉器4；

-第二光學組件，包括第一空間濾波設備7和第一偏振分光(polarization-splitting)光學元件8；

-第三光學組件，包括第二空間濾波設備10和第二偏振分光光學元件9，第二光學組件和第三光學組件置于第一光學組件的任意一側，第三光學組件相對于第二光學組件對稱放置；以及

-第四光學組件，順序包括第一四分之一波片12，第二非互易光學旋轉器14和第二四分之一波片13，該第二四分之一波片13的主軸以90°垂直于第一四分之一波片的主軸。

發明內容

本發明的激光陀螺儀制作更方便。它采用多振蕩器固態激光陀螺儀，不再采用作用于差分損失上的主動穩定設備，而是采用在激光器腔中具有非線性效應的被動穩定設備，該設備更容易實現。

更確切的，本發明的主題是一種用于測量角速度或者沿著定義的轉動軸的相對角位置的激光陀螺儀，所述激光陀螺儀至少包括：

-光學環形腔；

-固態放大介質；以及

-非互易磁光設備(non-reciprocal?magneto-optic?device)。

這些組件被設置為使得四個傳播模式可以在腔中傳播，第一傳播模式和第三傳播模式在同一方向被線性地偏振，第二傳播模式和第四傳播模式垂直于第一模式和第三模式被線性地偏振，在腔內第一傳播模式和第二傳播模式在第一方向上進行傳播，在腔內第三傳播模式和第四傳播模式在相反的方向上進行傳播，并且磁光設備在傳播于第一方向上的模式和傳播于相反方向上的模式之間引入頻偏(frequency?bias)，