[發(fā)明專利]一種正負旋塞曼空間四頻差動激光陀螺

有效

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• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112556679B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設計）人: 王國臣;李佳奇;羅暉;胡紹民;袁保倫;樊振方;吳素勇
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01C19/66
• 分類號: G01C19/66
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 董惠文

本發(fā)明提供了一種正負旋塞曼空間四頻差動激光陀螺，包括異面腔體、陰極、兩個陽極、在異面腔體的四個角上分別布設有腔平移鏡以及三個輸出鏡，在其中一個輸出鏡上裝設有合光棱鏡，兩個陽極分別布設在異面腔體的兩個對立面上，陰極布設在異面腔體的非陽極側面上，兩個陽極和陰極之間的通光管道內充滿增益介質，腔平移鏡及三個輸出鏡與異面腔體一起構成陀螺環(huán)路，在兩個陽極和陰極之間的增益區(qū)上布設有用于產生互易偏頻的導電線圈。在導電線圈通電后產生磁場，與增益介質相互作用通過塞曼效應產生互易偏頻，利用異面腔體的空間旋光效應產生非互易偏頻，取消傳統四頻差動激光陀螺中的法拉第室和陀螺腔內元件，提高了四頻差動激光陀螺的性能。

技術領域

本發(fā)明屬于激光陀螺領域，尤其涉及一種正負旋塞曼空間四頻差動激光陀螺。

背景技術

陀螺儀是慣性導航的主要器件之一。1960年激光在世界上首次出現后，Heer和Rosenthal于1962提出環(huán)形激光陀螺的設想，認為可以利用激光來測量轉動。經過幾十年的發(fā)展，激光陀螺已經在多方面獲得實際應用，成為中高等精度的主要慣性儀表之一。與傳統的機電陀螺相比其具有以下一些優(yōu)點：1.性能穩(wěn)定，堅固可靠，抗加速度性能好，耐沖擊振動能力強；比例因子穩(wěn)定，典型性能為ppm量級；2.壽命長，可靠性好，典型壽命可達20萬小時以上；3.無交叉耦合效應，對敏感軸正交方向上的轉動角速度、角加速度及線加速度不敏感；4.角速率測量的動態(tài)范圍寬，動態(tài)性能好；5.啟動時間短，功耗低，體積小，重量輕，成本低；6.易與計算機接口。激光陀螺的輸出信號是脈沖形式，對脈沖進行計數就得到對應轉動角度的數字量，便于計算機處理；這些優(yōu)點使得RLG迅速取代了精度相當的機電陀螺。盡管各種新型陀螺不斷涌現，但對標度因數穩(wěn)定性要求極高的中等精度應用中，RLG應是首選。

激光陀螺良好的性能使其成為中高等精度慣性導航的理想器件。常用的主要是二頻機械抖動激光陀螺(MDRLG)和四頻差動激光陀螺(NFFDLG)。四頻激光陀螺不存在機械噪聲，具有全固態(tài)、比例因子穩(wěn)定度高、信號無延時等特點，在國外已廣泛應用于高精度姿態(tài)測量、精確定位定向、制導及導航等軍事領域。

四頻差動激光陀螺的思想最早由H.de Lang在1964年提出，并建議采用法拉第旋光器和相位各向異性的環(huán)形諧振腔，產生四個圓偏振模頻率構成四頻RLG以避開閉鎖問題。之后有許多團隊進行了相關研究，但當時都主要因腔內元件水晶片或法拉第室的負性影響導致性能不佳而陸續(xù)下馬。1978年T.Dorschner等人提出用空間環(huán)路異面腔結構代替水晶片來產生互易偏頻，消除了水晶片引入的雙折射、損耗、溫度敏感性等負性效應。空間環(huán)路異面腔可取代水晶片產生互易偏頻，而非互易偏頻可由法拉第室、塞曼效應、磁鏡極向克爾效應來產生，這就使得除反射片外無腔內元件的四頻激光陀螺的產生成為可能，但這一方案到目前尚未有實用產品出現。如磁鏡偏頻四頻激光陀螺由于高損耗被證明并不實用，塞曼偏頻四頻差動激光陀螺(為與本發(fā)明的方案相區(qū)別，稱之為左右旋塞曼偏頻四頻差動激光陀螺)則對磁場和穩(wěn)頻等很敏感，只有空間環(huán)路異面腔和法拉第室相結合的方案最終得以實用化。1985年Litton公司購買了Raytheon公司這一專利，經過一系列技術攻關，特別是成功研制了法拉第旋光玻璃表面極低損耗增透膜(100ppm)，于1991年研發(fā)出了高精度四頻差動激光陀螺并批量生產，即零鎖區(qū)激光陀螺Zero Lock-in Laser Gyro,ZLG^TM。