Оптический резонатор лазерного гироскопа

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована, преимущественно, в качестве резонатора оптического лазерного гироскопа.
Известен оптический резонатор [RU 2388123, H01S 3/05,27.08.2009], содержащий прозрачную плоскую пластину, ограниченную поверхностями полного внутреннего отражения света, оптический элемент ввода коллимированного излучения в резонатор и вывода излучения, а также скрепляющие элементы, при этом число полноотражающих поверхностей составляет 3, 4, 5 или 6, причем ими являются боковые грани пластины, которые могут плоскими или выпуклыми цилиндрическими или сферическими, тогда как их оси симметрии равномерно распределены в одной плоскости и пересекаются в одной точке, а оптический элемент ввода и вывода излучения расположен на одной из этих граней.
Недостатком этого технического решения является относительно малая величина оптического пути коллимированного излучения в резонаторе, что ограничивает минимальную угловую скорость, измеряемую лазерным гироскопом, в котором может быть использован такой резонатор. Это снижает точность измерений.
Попытки устранения этого недостатки и создания условий для увеличения оптического пути такого резонатора приводит к существенному увеличению габаритов, что не всегда допустимо в системах, где они применяются.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является оптический резонатор [RU 2388123, H01S 3/05,27.08.2009], содержащий систему зеркал, образующих оптическую ось в виде замкнутой ломаной линии, причем зеркала системы установлены вдоль поверхностей кольцевой полости, образованной цилиндрическими коаксиальными поверхностями, при этом зеркала расположены относительно друг друга так, что образуют в сечении, перпендикулярном оси коаксиальных цилиндрических поверхностей, оптическую ось в виде замкнутой ломаной линии, отрезки которой пересекают кольцевую полость.
Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно большие габаритные размеры, определяемые диаметром окружности, образованной сечением большей из двух коаксиальных цилиндрических поверхностей. Попытки устранения этого недостатки и создания условий для увеличения оптического пути такого резонатора путем уменьшения диаметра окружности, образованной сечением меньшей из двух коаксиальных цилиндрических поверхностей, приводит к существенным сложностям в изготовлении и юстировке зеркал, размещаемых на ней, и, таким образом, к существенным ухудшениям технологических и эксплуатационных характеристик.
В то же время, на объектах специальной техники при существенных ограничениях на габаритные размеры резонатора относительно его ширины возможны условия, когда ограничения на размеры резонатора по высоте являются менее жесткими. Однако имеющийся арсенал технических средств не позволяет использовать эти возможности и создавать условия для увеличения оптического пути излучения в таком резонаторе с целью повышения точности лазерных гироскопов, в которых они применяются.
Задачей, которая решается в предложенной полезной модели, является создание резонаторов с меньшими габаритами по ширине при сохранении условий для существенного увеличения оптического пути излучения.
Требуемый технический результат заключается в расширении арсенала технических средств и уменьшении габаритных размеров резонаторов по ширине при сохранении условий для существенного увеличения оптического пути излучения с целью повышения точности лазерных гироскопов, в которых они используются, а также улучшения технологических и эксплуатационных характеристик.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее систему зеркал, образующих оптическую ось в виде замкнутой ломаной линии, согласно полезной модели, зеркала системы размещены на внутренних поверхностях боковых граней полого корпуса резонатора, имеющего форму прямой шестигранной призмы, причем зеркала системы размещены по уровням так, что отражаясь от последнего зеркала уровня, луч направляется на первое зеркало ниже расположенного уровня, а отражаясь от последнего зеркала самого нижнего уровня, луч направляется на первое зеркало выше расположенного уровня.
На чертежах представлены:
на фиг. 1 - оптический резонатор лазерного гироскопа, общий вид;
на фиг. 2 - пример хода лучей в оптическом резонаторе лазерного гироскопа.
Оптический резонатор лазерного гироскопа содержит систему зеркал 1, образующих оптическую ось 2 в виде замкнутой ломаной линии.
В оптическом резонаторе лазерного гироскопа зеркала 1 системы размещены на внутренних поверхностях боковых граней полого корпуса 3 резонатора, имеющего форму прямой шестигранной призмы, причем зеркала 1 системы размещены по уровням так, что отражаясь от последнего зеркала уровня, луч направляется на первое зеркало ниже расположенного уровня, а отражаясь от последнего зеркала самого нижнего уровня, луч направляется на первое зеркало выше расположенного уровня.
Шестигранная призма, как показали экспериментальные исследования, обеспечивает хорошую технологичность изготовления резонатора и удобную настройку системы зеркал. Приемлемым допустимо использование 4- и 5-гранных призм. Использование призм с числом ранней больше 6 ощутимо усложняет изготовление и настройку устройства.
Внутри оптического резонатора лазерного гироскопа либо обеспечивают вакуум, либо заполняют гелий-неоновой газовой смесью.
Оптический резонатор лазерного гироскопа используется следующим образом.
Предложенный оптический резонатор используется в лазерных гироскопах для измерения угловой скорости вращения объекта и представляет собой, фактически, кольцевой оптический резонатор [Ф. Ароновиц. Лазерные гироскопы в кн. Применение лазеров. Под ред. В.П. Тычинского. М., Мир, 1974 г.].
Масштабный коэффициент K (минимальная измеряемая угловая скорость такого гироскопа) определяется площадью S и длиной периметра L для одноуровневого оптического резонатора:
где n- коэффициент преломления среды внутри резонатора, λ - длина волны оптического излучения.
Поскольку используется несколько уровней зеркал, образующих многоуровневый резонатор, то луч в резонаторе совершает много проходов внутри резонатора, прежде чем вернется в исходное зеркало. Масштабный коэффициент К такого лазерного гироскопа будет определяться формулой:
где m - количество уровней зеркал.
Таким образом, в предложенном техническом решении достигается требуемый технический результат, заключающийся в расширении арсенала технических средств и уменьшении габаритных размеров резонаторов по ширине при сохранении условий для существенного увеличения оптического пути излучения с целью повышения точности лазерных гироскопов, в которых они используются, а также улучшения технологических и эксплуатационных характеристик.