專利名稱：一種旋腔式超高精度激光陀螺技術的制作方法
技術領域：
本發明屬于激光技術及應用。
特別適用于堪探、航海、航空、航天等高精度要求的應用領域。目前國內外同類技術大體分兩類一類是機械式，另一類是激光式。其中機械式又分為軸承式、懸浮式和振動式，機械式陀螺采用角動量守恒原理或慣性矢量守恒;目前的激光式陀螺則是利用環形諧振腔中雙向激光束的頻率差，并通過不同的鑒頻技術進行測量量轉換。總體來看，機械式陀螺有啟動時間較長，壽命較短，性能較差等缺點。目前的激光陀螺雖壽命較長，啟動時間短，但漂移和靈敏度等指標較機械陀螺無明顯改進，且成本較高，不易調整，仍不能完全滿足高精度技術的需要。
本發明的目的就在于解決已有技術的不足之處，在中國專利申請第91104933.9號的基礎上采取旋腔式結構，消去其大部分系統誤差，較大的改善了綜合性能，特別適合應用于堪探，航海、航空、航天等高精度要求的應用領域。
本發明的技術關鍵就在于直接利用光的玻印延矢量定向，通過把激勵后的激光介質發出的以激光介質軸為中心的散射光，先經與激光介質同軸的介質光盤，又經與激光介質同軸的環形反射腔上某一直徑端點處的小面積高反射率區增益，諧振，啟動生成穩定的激光束后，或由外來光束激勵均勻的非線性吸光涂層及激勵摻入吸光介質的某一諧振通道實現啟動，再由環形反射腔及介質光盤繼續維持激光束的諧振，并使激光諧振腔繞自身的對稱軸旋轉，形成與激光諧振腔以激光介質為軸心轉動無關的定向激光束。使激光諧振腔繞其對稱軸旋轉的原因在于;由加工誤差所產生的趨勢性漂移，有順時針的，有逆時針的，而根據圓周上誤差的微分幾何特點。當使激光諧振腔繞其對稱軸旋轉時，這些旋轉向相反的趨勢漂移剛好呈相互抵消的趨勢，結果使絕大部分趨勢漂移被消除。
利用在環形反射腔上，涂有非線性吸光涂層的內反射面上某一直徑兩端的一個或兩個小面積高反射率區實現啟動，由于小面積高反射率區較非線性吸光涂層有高的反射率，在啟動過程中沿該方向的增益最大，穩定的激光束應首先在該直徑方向上產生。激光諧振一旦啟動，就會在腔內的物理規律的制約下，激光束的反射端會自發的擴展成一定的寬度并很快穩定。穩定后的激光束反射端的面積要遠大于小面積高反區的面積。在工作狀態下，小面積高反射率區對激光諧振主方向的影響可忽略不計。實現啟動的另兩種較佳的方法是其一是利用外來光在啟動的瞬間激勵均勻的吸光涂層，實現在某選定方向上的啟動。其二是取消吸光涂層，將吸光材料均勻的摻入激光束通道的介質中，在啟動的瞬間利用外來光激勵激光腔的某一直徑區域，實現在該方向上的啟動。
利用光柵狀的環形反射腔，也是該原理下的一種實現方式，利用該方式可在較大的程度上放寬對加工精度的要求。
通過改變激光諧振腔內，氣體的真空度或改變其內部的氣體種類及配比，來調整微小的光程改變可獲得理想的調諧頻率，使焦點盡可能精確的落在環形反射腔的反射面上，并在整體設計上通過合理的選材來獲得最佳的溫度穩定性。
本發明的其它主要設計思想是1、激光諧振腔由一個微型電機帶動，電機也可以和激光諧振腔一體化，如選取勻角速度旋轉方式，在控制中應盡量做到使激光諧振腔相對于激光束的主方向的角速度保持不變。
2、固定在激光諧振腔及外殼上的脈沖拾取傳感器及信號源，可使用一些光電及磁電采料(如光電導，金屬膜，霍耳元件等)。
3、掃描脈沖的引出可通過與激光諧振腔相接觸的電刷，也可通過無接觸式的引出方法引出(如旋轉變壓器)。
由于采用了以上設計方案本發明技術相對已有技術具有以下特點1、采用旋腔式消誤差方法，使趨勢漂移的絕大部分被消除，并具有良好的溫度穩定性。
2、具有較低的綜合成本。
下面結合附圖
對本發明技術的一個較佳實施例進行進一步說明[圖一]旋腔式超高精度激光陀螺結構原理示意圖[圖二]激光諧振腔體內幾何光路府視圖[圖三]激光諧振腔體內幾何光路側視圖[圖四]環形諧振腔構造示意圖[圖五]掃描脈沖示意圖[圖六]在激光諧振腔體部位沿垂直于軸向剖面示意圖基本工作過程1激光束的產生及穩定如[圖二]當激光介質(8)通電受激后，沿軸向看來，介質光盤(7)可使激光介質(8)發出的平行散射光匯聚于環形反射腔(11)的反射面上。[圖三]所示;沿垂直于軸的方向來看，可使散射光近似平行的投射到環形反射腔(11)的反射面上。由于環形反射腔(11)某一直徑兩端的吸光介質涂層上有兩個小面積高反射率區(6)如[圖四]所示。因而諧振應首先在該直徑方向上產生。激光諧振一旦啟動，就會在激光諧振腔(1)內的物理規律的制約下，激光束(14)的反射端會自發的擴展為一定的寬度并很快穩定。穩定后的激光束(14)反射端的面積要遠大于小面積高反射率區(6)的面積，因而工作狀態下小面積高反射率區(6)對激光束主方向的影響可忽略不計。該主方向與激光諧振腔體(1)繞對稱軸的轉動無關，如[圖一]所示(詳見中國專利申請第91104933.9)。
2測量方式及輸出激光束相對于慣性空間角位移的確定是通過固定在激光諧振腔體(1)外壁上的一個脈沖拾取傳感器(2)來實現，如[圖六]所示。當激光諧振腔體(1)旋轉時脈沖拾取傳感器(2)所拾取的脈沖信號分為兩部分;一部分是信號源脈沖(12)，產生于固定在殼體(4)上的四個信號源(3);另一部分是激光束脈沖(13)，產生于激光束(14)，如[圖一]所示。當陀螺(相當于環形諧振腔外的殼體(4)相對于慣性空間轉動后，[圖五]中的激光束脈沖(13)相對于信號源脈沖(12)的相對位置將發生變化。這一變化值可通過數字電子線路來處理，以轉化成激光束脈沖(13)相對于信號源脈沖(12)的角位移。這一角位移量便是陀螺及載體相對于慣性空間的角位移。
3旋腔方式對誤差的消除由于加工誤差的存在，激光諧振腔(1)中各部位都可能一定因素的誤差，由于圓周上誤差的微分幾何學特點，使得這些趨勢性漂移有的是順時針的，有的則是逆時針的。當使激光諧振腔體(1)在電機(5)的趨動下，繞其對稱軸勻角速旋轉時，這些旋向相反的趨勢漂移剛好呈相互抵消的趨勢，結果絕大部分趨勢漂移被消除。剩余的少量趨勢性漂移也將是一個極其穩定的常值，沿著一旋向旋時，可由導航計算機來處理。
4其它說明另外在總裝前，通過改變激光諧振腔(1)內氣室的真空度或變換氣體的種類來使焦距及光程發生變化，并盡可能使焦點準確的落在環形反射腔(11)的反射面上。
權利要求
1.一種旋腔式超高精度激光陀螺技術，是直接利用光的玻印廷矢量定向，其特征就在于通過把受激后的激光介質發出的以激光介質軸為中心的散射光，先經與激光介質同軸的介質光盤，又經與激光介質同軸的環形反射腔上某一直徑端點處的小面積高反射率區增益，諧振，啟動生成穩定的激光束，或由外來光束瞬間照射某一諧振通道實現啟動，再由環形反射腔及介質光盤繼續維持激光束的諧振，并使激光諧振腔繞其對稱軸旋轉，形成與激光諧振腔以激光介質為軸心轉動無關的定向激光束。
2.如權利要求1所述的旋腔式超高精度激光陀螺技術，其特征就在于激光介質的受激除用電流外也可以泵浦光的方法。
3.如權利要求1所述的旋腔式超高精度激光陀螺技術，其特征就在于環形反射腔的表面可以是光滑的反射面也可以是光柵反射面。
全文摘要
一種旋腔式超高精度激光陀螺技術，屬于激光技術及應用領域。本發明是使用一種獨特的方式，在激光束8矢量直接定向陀螺技術(參見中國專利申請第91104933.9號“超高精度激光陀螺技術及裝置”)基礎上，將激光諧振腔繞其對稱軸旋轉，使絕大部分漂移被消除，減化了電子線路部分，較大地改善了綜合性能。可廣泛應用于勘探、航海、航空、航天等高精度要求的應用領域。
文檔編號G01C19/66GK1076022SQ92101248
公開日1993年9月8日 申請日期1992年3月3日 優先權日1992年3月3日
發明者吳小平 申請人:吳小平