本发明专利技术涉及“多振荡器”环形激光陀螺仪，用于沿确定的转动轴测量角速度或相关的角位置，该“多振荡器”环形激光陀螺仪包括至少一个光学环形腔（１）、固态放大介质（２）和测量装置（６），以如下的方式配置：第一线性偏振传播模式和垂直于第一模式的第二线性偏振传播模式能够在腔中的第一方向传播，以及平行于第一模式的第三线性偏振传播模式和平行于第二模式的第四线性偏振传播模式能够在腔中的相反方向传播。放大介质是具有进入面和发出面的立方对称晶体，所述进入面和发出面都基本垂直于晶向，并且不同模式在基本垂直于所述进入面和发出面的方向上传播。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及的领域是环形激光陀螺仪，所述环形激光陀螺仪是用于惯性导航的转动传感器。虽然目前在市场上可买到的大多数环形激光陀螺仪使用氦/氖混合气体作为增益介质，但是近来已经证实了使用固态介质(例如激光半导体泵浦Nd-YAG(掺钕钇铝石榴石)晶体)替代混合气体的可能性。这样的装置称为固态环形激光陀螺仪。
技术介绍
确定环形激光陀螺仪的惯性性能质量的一个关键点是防止发生称为“锁区(lock-in zone)”的问题，即在低转动速率时的模式同步的问题，该问题导致不可能在整个速率范围内进行测量。在一般类型的氦/氖环形激光陀螺仪中，通过以机械方式激活腔来解决该问题，即通过对腔进行环绕其轴的往复运动，从而使腔能够保持尽可能经常处于锁区之外。该技术也可以转换为固态环形激光陀螺仪的情况，考虑到涉及增益介质的均匀性的特殊问题，通过将放大介质与电控机械相耦合，使放大介质沿基本上与在腔中传播的光学模式的传播方向平行的轴进行周期性的直线移动。还有一种防止锁区问题发生的可能方式，其无需使用机械移动，该方式涉及引入磁光频率偏置，从而模仿一种使环形激光陀螺仪置于线性操作区的转动。根据该原理制造的装置的惯性性能质量直接依赖于从测量信号中减去初始引入的频率偏置的方式。正如在过去的气体环形激光陀螺仪研究的内容中所指出的，因为偏置中的波动和漂移直接影响信号，简单的减去该偏置的平均值只能使环形激光陀螺仪具有较低或中等的性能。确实存在保持磁光偏置优越性并同时还避免其波动和漂移的方法，其操作原理的称为“多振荡器环形激光陀螺仪”或“四模式环形激光陀螺仪”，包括在腔中产生同时存在的两对以正交偏振态振荡的反向传播模式，以及确保所述两对反向传播模式对仅符号相反的相同磁光偏置都敏感。由来自两对反向传播模式的拍频之间的差形成测量信号因此独立于偏置的值，从而对其中的波动和漂移特别的不敏感。这类装置已经被详细描述，并以氦/氖方式研究。例如在K.Andringa的专利US 3741657(1973)(题目为“Lasergyroscope”)或者W.Chow，J.Hambenne，T.Hutchings，V.Sanders，M.Sargent III和M.Scully撰写的出版物(题目为“Multioscillator LaserGyros”，IEEE Journal of Quantum Electronics 16(9)，918(1980))提到了该问题。Northrop Grumman公司(原Litton公司)最近向市场投放了一种基于上述所述的“零锁区(zero-lock)”原理的高性能激光陀螺仪。Litton公司的零锁区技术向固态环形激光陀螺仪的变换有可能使锁区问题得以解决。但是，固态激光器具有其他的问题。观测拍频，以及从而操作环形激光陀螺仪的条件是在两个方向上发出的稳定性和相对相等的强度。由于模式竞争的现象，这并不是容易达成的条件，所谓模式竞争是指两个反向转播模式中的一个可能具有独占可用的增益的趋势，而损害另一模式。可以通过安装反馈环而解决固态环形激光器双向发射不稳定的问-->题，所述反馈环的目的是将两个反向传播模式之间的强度差值控制在一个固定值附近。通过以下两种方法的其中之一可以使所述环作用于激光器上，一种是通过根据传播方向的损耗使所述环作用于激光器上，例如通过互易转动(reciprocal-rotation)元件、非互易(nonreciprocal)转动元件和偏振元件(专利FR 03/03645)，另一种是根据传播方向的增益使所述环作用于激光器上，例如通过互易转动元件、非互易转动元件和偏振发射晶体(专利FR 03/14598)。一旦受控，激光器就发射两个反向传播的光束，其强度稳定并可以用作激光陀螺仪。但是，上述技术并没有解决正交模式之间竞争的问题。从实验中可以得到，这一缺陷实际上将得到的固态多谐振腔环形激光陀螺仪的拍频的稳定性限制为几十秒钟，如S.Schwartz的博士论文(题目为“Gyrolaser àétat solide.Application des lasers àatomes àlagyrométrie”[Solid-state ring laser gyro.Application of atom lasers togyrometry]2006年出版)所述。
技术实现思路
根据本专利技术的激光陀螺仪具有特别的增益介质，能够降低正交模式之间的竞争。更特别的是，本专利技术的一个方面是用于沿确定的转动轴测量相对的角位置或角速度的多振荡器环形激光陀螺仪，包括至少一个光学环形腔，固态放大介质和测量装置，以如下的方式配置：第一线性偏振传播模式和垂直于第一模式的第二线性偏振传播模式能够在腔中的第一方向传播，以及平行于第一模式的第三线性偏振传播模式和平行于第二模式的第四线性偏振传播模式能够在腔中的相反方向传播，其特征在于放大介质是立方对称的晶体，具有进入(entry)面和发出(exit)面，晶体被切割从而这些面都基本垂直于<100>晶向，在这些面上的不同模式的入射角度基本垂直于这些面。在第一个可能的实施例中，环形激光陀螺仪包括，至少一个激光二极管，产生放大介质的粒子数反转，所述二极管发射穿过晶体的光束，光束沿激光腔的本征模式的偏振态的方向的角平分线所确定的方向线性偏振。在第二个可能的实施例中，环形激光陀螺仪包括至少两个激光二极管，产生放大介质的粒子数反转，每个激光二极管发射光束，每束光束都是沿激光腔的本征轴的其中之一线性偏振，第一光束的偏振方向垂直于第二光束的偏振方向。有利的，激光陀螺仪包括用于控制反向传播模式的强度的反馈装置，至少包括：●第一光学组件，包括具有非互易效应(nonreciprocal effect)的第一光学旋光器(rotator)和光学元件，所述光学元件是具有互易效应的光学旋光器或者双折射元件，互易效应和双折射的至少其中之一是可调的；●第二光学组件，包括第一空间滤波装置和第一光学偏光分束元件；●第三光学组件，包括第二空间滤波装置和第二光学偏光分束元件，所述第二光学组件和第三光学组件置于第一光学组件的任意一侧，第三光学组件相对于第二光学组件对称放置；以及激光陀螺仪还包括用于去除盲区(blind zone)的装置，包括：●第四光学组件连续的包括，第一四分之一波片、具有非互易效应的第二光学旋光器和第二四分之一波片，该第二四分之一波片的主轴垂直于第一四分之一波片的主轴，-->第一四分之一波片的主轴和第二四分之一波片的主轴与四个传播模式的线性偏振方向之间有大约45°的倾斜，四个模式的光学频率都是不同的。最后，本专利技术还涉及用于测量沿三个不同的轴的角速度或相关角位置(angular positions)的系统，其包括三个具有上述特征其中之一的多振荡器环形激光陀螺仪，三个环形激光陀螺仪沿不同方向定向，并安装在公共的机械结构上。附图说明通过结合下列附图而阅读下列说明书给出的非限制性实施例的方式将更容易理解本专利技术，以及本专利技术的其他优点将变得更为清楚，其中：图1表示立方体晶体的不同切割；图2表示根据本专利技术的多振荡器环形激光陀螺仪的方块图；图3表示用于根据本专利技术的放大器的第一光学泵浦模式；图4表示用于根据本专利技术的放大器的第二光学泵浦模式本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于沿确定的转动轴测量相对的角位置或角速度的多振荡器环形激光陀螺仪，包括至少一个光学环形腔（１），固态放大介质（２）和测量装置（６），以如下的方式配置：第一线性偏振传播模式和垂直于该第一模式的第二线性偏振传播模式能够在腔中的第一方向传播，以及平行于该第一模式的第三线性偏振传播模式和平行于该第二模式的第四线性偏振传播模式能够在腔中的相反方向传播，其特征在于，该放大介质是具有进入面和发出面的立方对称晶体，该晶体被切割从而所述进入面和发出面都基本垂直于＜１００＞晶向，在所述进入面和发出面上的不同模式的入射角度基本垂直于所述进入面和发出面。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】FR 2007-12-18 07088431.一种用于沿确定的转动轴测量相对的角位置或角速度的多振荡器环形激光陀螺仪，包括至少一个光学环形腔(1)，固态放大介质(2)和测量装置(6)，以如下的方式配置：第一线性偏振传播模式和垂直于该第一模式的第二线性偏振传播模式能够在腔中的第一方向传播，以及平行于该第一模式的第三线性偏振传播模式和平行于该第二模式的第四线性偏振传播模式能够在腔中的相反方向传播，其特征在于，该放大介质是具有进入面和发出面的立方对称晶体，该晶体被切割从而所述进入面和发出面都基本垂直于<100>晶向，在所述进入面和发出面上的不同模式的入射角度基本垂直于所述进入面和发出面。2.如权利要求1所述的多振荡器环形激光陀螺仪，其特征在于，所述激光陀螺仪包括至少一个激光二极管(5)，其产生放大介质的粒子数反转，所述二极管发射穿过晶体的光束，该光束沿激光腔的本征模式的偏振态的方向的角平分线所确定的方向线性偏振。3.如权利要求1所述的多振荡器环形激光陀螺仪，其特征在于，激光陀螺仪包括至少两个激光二极管(5)，其用于产生放大介质的粒子数反转，每个激光二极管发射光束，该第一光束以与该第二光束的方向相反的方向穿过放大介质，每束光束都是沿激光腔的本征轴的其中之一线性偏振的，该第一光...
【专利技术属性】
技术研发人员：S施瓦茨，G弗加耐特，JP波绍内，
申请(专利权)人：泰勒斯公司，
类型：发明
国别省市：FR
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