RING LASER GYRO

Abstract: 1. A ring laser gyro of modular design comprising a resonator block and a laser tube inserted in said block, characterized by a prism-shaped cut-out (26) within said resonator block (10) into which the laser tube (28) shaped as a prismatic counterblock is inserted.

Description: Ringlaserkreisel Die vorliegende Erfindung betrifft einen modular aufgebauten Ringlaserkreisel nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1. Das Prinzip des Ringlaserkreisels basiert auf der allgemeinen Relativitätstheorie, die u.a. besagt, dass die optische Weglänge eines sich in einem Element fortpflanzenden Lichtstrahles in einem sich bewegenden System davon abhängt, ob sich das Element in Fortpflanzungsrichtung des Lichtstrahles oder entgegengesetzt bewegt. Ist der Lichtstrahl in sich auf einem Kreis oder auf einem Polygon geschlossen, so kann man eine Drehbewegung sensieren, da bei einer Drehbewegung der sich in Richtung der Drehbewegung fortpflanzende Lichtstrahl einen weiteren Weg zurückzulegen hat als einer, der entgegen der Drehrichtung verläuft. Der Wegunterschied ist hierbei ein Mass für die Rotationsgeschwindigkeit des Systems. Ringlaserkreisel dienen der feinfühligen Erfassung solcher Drehbewegungen. Was den Aufbau eines solchen Ringlaserkreisels betrifft, so umfasst dieser im wesentlichen eine Laserröhre und einen optischen Resonator einer bestimmten geschlossenen Konfiguration, wobei sich das Laserinedlum integriert im optischen Resonator oder in einer austauschbaren Röhre befinden kann. Im letzteren Fall spricht man von einem modularen Aufbau. Der modulare Aufbau besitzt bezüglich der Fertigungs- und Wartungskosten bei einer Serienfertigung wesentliche Vorteile gegenüber einem integrierten Aufbau, bei dem der Resonatorblock zugleich die Laserröhre bildet. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen modular aufgebauten Ringlaserkreisel der eingangs genannten Art anzugeben, der fertigungstechnisch besonders einfach herzustellen ist und sich durch gute Leistungsdaten auszeichnet. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäss den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Ringlaserkreisels sind den Unteransprüchen entnehmbar. Anhand eines in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sei im folgenden die Erfindung näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 eine teilweise aufgeschnittene Draufsicht auf den erfindungsgemässen modularen Ring laserkreisel; und Figur 2 eine teilweise geschnittene Vorderansicht des Ringlaserkreisels gemäss Figur 1. Gemäss den Figuren 1 und 2 umfasst der Ringlaserkreisel einen Resonatorblock 10 aus Glaskeramik mit einem sehr geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Der Resonatorblock 10 besitzt im wesentlichen die Gestalt eines gleichschenkligen Dreiecks. Parallel zu den Seitenwänden des gleichschenkligen Dreiecks sind Bohrungen 12, 14 und 16 in dem Resonatorblock 10 angebracht, die sich in den Eckpunkten des Dreiecks schneiden und den Weg für die umlaufenden Laserstrahlen vorgeben In den Eckpunkten ist der Resonatorblock 10 jeweils plangeschliffen und auf diesen Planflächen sind jeweils nicht näher dargestellte Spiegel aufgebracht. Ein sphärisch-konkaver Auslesespiegel 18 dient der Auskopplung der gegensinnig umlaufenden Laserstrahlen zwecks Signalauswertung. Ein Planspiegel 20 dient der Lichtumlenkung und kann zusätzlich mit einem Lichtaufnehmer zur Resonatorlängenreglung versehen sein. Schliesslich ist ein weiterer Planspiegel 22 mit einem Piezotreiber und einem übertrager zum Resonatorlängenausgleich versehen. ber einen abquetschbaren Evakuierungs anschluss 24 lässt sich der aus den Bohrungen 12 - 16 bestehende Resonatorraum evakuieren. An die Evakuierung des Resonatorraumes sind keine allzuhohen Anforderungen zu stellen, da dieser Resonatorraum keinen Teil der Laserröhre bildet. Es ist lediglich dafür Sorge zu tragen, dass nicht durch etwa vorhandene Partikel Rückstreuungen des Laserlichts auftreten. In den Resonatorblock 10 ist von der Oberfläche und von der Seitenfläche her eine prismatische Ausnehmung 26 eingearbeitet, die im vorliegenden Beispiel die Resonatorbohrung 16 unter dem Brewster-Winkel schneidet. Eine als prismatisches Gegenstück ausgebildete Laserröhre 28 ist an einer Halteplatte 30 befestigt und wird mit dieser Platte in die Ausnehmung 26 eingesetzt und zentriert. In dem Resonatorblock 10 sind drei Bohrungen 32, 34 und 36 angebracht und über nicht dargestellte Invarschrauben wird die Halteplatte 30 gegen den Resonatorblock 10 gezogen. Nicht-ausgasende O-Ringe 38, 40 sind konzentrisch zu den Austrittsöffnungen der Resonatorbohrung 16 in die prismatische Ausnehmung 26 angeordnet und werden zusammengedrückt, wenn die Halteplatte 30 gegen die Oberfläche der Laserröhre 28 gezogen wird. Die Laserröhre 28 weist eine längs durch den prismatischen Block gebohrte Kapillare 42 auf. Die Laserkapillare 42 wird nach aussen durch unter dem Brewster-Winkel auf die Dachkantflächen der prismatischen Laserröhre 28 aufgesetzte Fenster 44, 46 abgeschlossen. Diese Brewster-Fenster 44, 46, die aus Quarzglas bestehen, werden vorzugsweise auf die Prismenflächen der Laserröhre 28 "aufgesprengt", d.h. die miteinander in Kontakt gelangenden Flächen werden so fein poliert, dass die Brewster-Fenster 44, 46 auf Grund molekularer Kräfte auf den Gegenflächen der Laserröhre 28 anhaften. Ein solcher Kontakt wird auch als optischer Kontakt bezeichnet. In gleicher Weise werden die Spiegel 18 - 22 an dem Resonatorblock 10 sowie die Laserröhre 28 an der Halteplatte 30 befestigt. Durch die Lage der Brewster-Fenster bezüglich der Resonatorebene wird der Polarisationszustand des Laserlichts bestimmt. Die Röhre ist nun derart in den Block eingesetzt, dass das Laserlicht senkrecht zur Laserebene polarisiert ist (d.h. in sogenannter S-Polarisation). Diese S-Polarisation der Röhre hat gegenüber der P Polarisation einer um 900-gedrehten Laserröhre den Vorteil höherer Reflektivität und geringerer Rückstreuung an den Spiegeln. Der Resonatorblock 10, die Laserröhre 28 und die Halteplatte 30 bestehen aus dem gleichen glaskeramischen Material mit extrem geringem thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Die Laserröhre 28 und die Halteplatte 30 werden getempert, um ihr thermisches Ausdehnungsverhalten an dasjenige der Brewster-Fenster 44, 46 anzupassen, da ansonsten durch Spannungen in den Brewster Fenstern Doppelbrechungen entstehen, die zu elliptisch polarisiertem Licht und damit zu einer magnetischen Empfindlichkeit des Ringlaserkreisels führen. Vorteilhafterweise können auch Entlastungsrillen in den Brewster-Fenstern 44, 46 vorgesehen sein, um Spannungen von dem lichtübertragenden zentralen Teil des Fensters fernzuhalten. In der Halteplatte 30 sind Ausnehmungen 48, 50 angeordnet, über die zwei Anoden 52, 54 der Laserröhre 28 zugänglich sind. Die Anoden 52, 54 stehen über Bohrungen 56, 58 mit den Enden derLserkapillare 42 in Verbindung. Eine Kathode 60 steht über eine Bohrung 62 mit dem Zentrum der Laserkapillare 42 in Verbindung. Die Kathode 60 und die Kathodenbohrung 62 sind senkrecht zu der durch die Anoden 52, 54 und die zugeordneten Anoden bohrungen 56, 58 aufgespannten Ebene angeordnet. Die Füllung der Laserröhre 28 mit einem He-Ne-Gemisch unter einem vorgegebenen Druck und die leckdichte Versiegelung erfolgt über diese Kathode 60. Eine zu der Kathodenbohrung 62 konzentrische Ringnut 64 dient der Aufnahme eines nicht dargestellten Getters zur Reinhaltung des Gasgemisches der Laserröhre 28. Die Aktivierung des Getters erfolgt über eine nicht dargestellte HF-Heizwicklung, die in einer auf der gleichen Achse wie die Kathodenbohrung 62 aber auf der gegenüberliegenden Seite der Laserkapillare 42 angeordneten Ausnehmung 66 angeordnet ist.

Claims: Patentafleprüche: 1. Modular aufgebauter Ringlaserkreisel mit einem Resonator block und einer in diesen eingesetzten Laserröhre, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine prismatische Ausnehmung (26) in dem Resonatorblock (10), in welche die als prismatischer Gegenblock ausgebildete Laserröhre (28) eingesetzt ist. 2. Ringlaserkreisel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ken n z e i c h n e t , dass die prismatische Ausnehmung (26) von einer Oberfläche und einer Seitenfläche in den Resonatorblock (10) eingearbeitet ist. 3. Ringlaserkreisel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e z e i c h n e t , dass die von dem Laserstrahl durchsetzten Flächen der prismatischen Ausnehmung (26) und der Laser röhre (28) unter dem Brewster-Winkel angeordnet sind. 4. Ringlaserkreisel nach Anspruch 3, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine gegen die Oberfläche des Resonatorblockes (10) anziehbare und die Laserröhre (28) in der Ausnehmung (26) zentrierende Halteplatte (30). 5. Ringlaserkreisel nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Laserröhre (28) eine mit einer Bohrung (16) in dem Resonatorblock (10) fluchtende gebohrte Kapillare (42) aufweist, die an den Prismen flächen austritt und durch Brewster-Fenster (44, 46) ver schlossen ist. 6. Ringlaserkreisel nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n t , dass die Brewster-Fenster (44, 46) durch nicht-ausgasende O-Ringe (38, 40) umgeben sind. 7. Ringlaserkreisel nach Anspruch 5, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine in der Ebene des Laserpfades angeordnete Kathode (60) und zwei senkrecht zu der Ebene des Laserpfades im gleichen Abstand von der Kathode (60) angeordnete Anoden (52, 54), die jeweils über Bohrungen (56, 58, 62) mit dem Zentrum bzw. den Enden der Laserkapillare (42) in Verbindung stehen. 8. Ringlaserkreisel nach Anspruch 7, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine zu der Kathodenbohrung (62) konzentrische Ringnut (64) zur Aufnahme eines Getters. 9. Ringlaserkreisel nach Anspruch 8, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Getteraktivierungsbohrung (66) zur Aufnahme einer HF-Heizspule auf der gleichen Achse wie die Kathodenbohrung (62) und auf der gegenüberliegenden Seite der Laserkapillare (42). 10. Ringlaserkreisel nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Resonatorblock (10), die Laserröhre (28) und die Halteplatte (30) jeweils aus Glaskeramik mit sehr geringem thermischem Ausdehnungskoeffizienten hergestellt sind. 11. Ringlaserkreisel nach den Ansprüchen 5 und 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Brewster Fenster (44, 46) aus Quarzglas bestehen und dass die glaskeramische Laserröhre (28) durch Temperung bezüglich ihres thermischen Ausdehnungskoeffizienten an denjenigen der Brewster-Fenster angeglichen ist. 12. Ringlaserkreisel nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Anoden (52, 54) über Ausnehmungen (48, 50) in der Halteplatte (30) zugänglich sind, deren Durchmesser grösser als der der Anoden ist.

Inventors: BAUMANN, RAINER, DIPL.-PHYS., BOLZMANN, BERND, DR. RER. NAT., HANSLI, WERNER, DIPL.-ING., HOLICK, FRANZ-HERBERT, DIPL.-ING., WEIH, RUDOLF, DIPL.-ING.
Applicants: HONEYWELL REGELSYSTEME GMBH
Application year: 1983
Main classification: H01S3
IPC codes: G01C19, H01S3