專利名稱：一種旋腔式超高精度激光陀螺技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光技術(shù)及應(yīng)用。
特別適用于堪探、航海、航空、航天等高精度要求的應(yīng)用領(lǐng)域。目前國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)大體分兩類一類是機(jī)械式，另一類是激光式。其中機(jī)械式又分為軸承式、懸浮式和振動(dòng)式，機(jī)械式陀螺采用角動(dòng)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(huán)形諧振腔中雙向激光束的頻率差，并通過(guò)不同的鑒頻技術(shù)進(jìn)行測(cè)量量轉(zhuǎn)換?？傮w來(lái)看，機(jī)械式陀螺有啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，壽命較短，性能較差等缺點(diǎn)。目前的激光陀螺雖壽命較長(zhǎng)，啟動(dòng)時(shí)間短，但漂移和靈敏度等指標(biāo)較機(jī)械陀螺無(wú)明顯改進(jìn)，且成本較高，不易調(diào)整，仍不能完全滿足高精度技術(shù)的需要。
本發(fā)明的目的就在于解決已有技術(shù)的不足之處，在中國(guó)專利申請(qǐng)第91104933.9號(hào)的基礎(chǔ)上采取旋腔式結(jié)構(gòu)，消去其大部分系統(tǒng)誤差，較大的改善了綜合性能，特別適合應(yīng)用于堪探，航海、航空、航天等高精度要求的應(yīng)用領(lǐng)域。
本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵就在于直接利用光的玻印延矢量定向，通過(guò)把激勵(lì)后的激光介質(zhì)發(fā)出的以激光介質(zhì)軸為中心的散射光，先經(jīng)與激光介質(zhì)同軸的介質(zhì)光盤，又經(jīng)與激光介質(zhì)同軸的環(huán)形反射腔上某一直徑端點(diǎn)處的小面積高反射率區(qū)增益，諧振，啟動(dòng)生成穩(wěn)定的激光束后，或由外來(lái)光束激勵(lì)均勻的非線性吸光涂層及激勵(lì)摻入吸光介質(zhì)的某一諧振通道實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)，再由環(huán)形反射腔及介質(zhì)光盤繼續(xù)維持激光束的諧振，并使激光諧振腔繞自身的對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)，形成與激光諧振腔以激光介質(zhì)為軸心轉(zhuǎn)動(dòng)無(wú)關(guān)的定向激光束。使激光諧振腔繞其對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)的原因在于;由加工誤差所產(chǎn)生的趨勢(shì)性漂移，有順時(shí)針的，有逆時(shí)針的，而根據(jù)圓周上誤差的微分幾何特點(diǎn)。當(dāng)使激光諧振腔繞其對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，這些旋轉(zhuǎn)向相反的趨勢(shì)漂移剛好呈相互抵消的趨勢(shì)，結(jié)果使絕大部分趨勢(shì)漂移被消除。
利用在環(huán)形反射腔上，涂有非線性吸光涂層的內(nèi)反射面上某一直徑兩端的一個(gè)或兩個(gè)小面積高反射率區(qū)實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)，由于小面積高反射率區(qū)較非線性吸光涂層有高的反射率，在啟動(dòng)過(guò)程中沿該方向的增益最大，穩(wěn)定的激光束應(yīng)首先在該直徑方向上產(chǎn)生。激光諧振一旦啟動(dòng)，就會(huì)在腔內(nèi)的物理規(guī)律的制約下，激光束的反射端會(huì)自發(fā)的擴(kuò)展成一定的寬度并很快穩(wěn)定。穩(wěn)定后的激光束反射端的面積要遠(yuǎn)大于小面積高反區(qū)的面積。在工作狀態(tài)下，小面積高反射率區(qū)對(duì)激光諧振主方向的影響可忽略不計(jì)。實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)的另兩種較佳的方法是其一是利用外來(lái)光在啟動(dòng)的瞬間激勵(lì)均勻的吸光涂層，實(shí)現(xiàn)在某選定方向上的啟動(dòng)。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(zhì)中，在啟動(dòng)的瞬間利用外來(lái)光激勵(lì)激光腔的某一直徑區(qū)域，實(shí)現(xiàn)在該方向上的啟動(dòng)。
利用光柵狀的環(huán)形反射腔，也是該原理下的一種實(shí)現(xiàn)方式，利用該方式可在較大的程度上放寬對(duì)加工精度的要求。
通過(guò)改變激光諧振腔內(nèi)，氣體的真空度或改變其內(nèi)部的氣體種類及配比，來(lái)調(diào)整微小的光程改變可獲得理想的調(diào)諧頻率，使焦點(diǎn)盡可能精確的落在環(huán)形反射腔的反射面上，并在整體設(shè)計(jì)上通過(guò)合理的選材來(lái)獲得最佳的溫度穩(wěn)定性。
本發(fā)明的其它主要設(shè)計(jì)思想是1、激光諧振腔由一個(gè)微型電機(jī)帶動(dòng)，電機(jī)也可以和激光諧振腔一體化，如選取勻角速度旋轉(zhuǎn)方式，在控制中應(yīng)盡量做到使激光諧振腔相對(duì)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(hào)源，可使用一些光電及磁電采料(如光電導(dǎo)，金屬膜，霍耳元件等)。
3、掃描脈沖的引出可通過(guò)與激光諧振腔相接觸的電刷，也可通過(guò)無(wú)接觸式的引出方法引出(如旋轉(zhuǎn)變壓器)。
由于采用了以上設(shè)計(jì)方案本發(fā)明技術(shù)相對(duì)已有技術(shù)具有以下特點(diǎn)1、采用旋腔式消誤差方法，使趨勢(shì)漂移的絕大部分被消除，并具有良好的溫度穩(wěn)定性。
2、具有較低的綜合成本。
下面結(jié)合附圖
對(duì)本發(fā)明技術(shù)的一個(gè)較佳實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明[圖一]旋腔式超高精度激光陀螺結(jié)構(gòu)原理示意圖[圖二]激光諧振腔體內(nèi)幾何光路府視圖[圖三]激光諧振腔體內(nèi)幾何光路側(cè)視圖[圖四]環(huán)形諧振腔構(gòu)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(guò)程1激光束的產(chǎn)生及穩(wěn)定如[圖二]當(dāng)激光介質(zhì)(8)通電受激后，沿軸向看來(lái)，介質(zhì)光盤(7)可使激光介質(zhì)(8)發(fā)出的平行散射光匯聚于環(huán)形反射腔(11)的反射面上。[圖三]所示;沿垂直于軸的方向來(lái)看，可使散射光近似平行的投射到環(huán)形反射腔(11)的反射面上。由于環(huán)形反射腔(11)某一直徑兩端的吸光介質(zhì)涂層上有兩個(gè)小面積高反射率區(qū)(6)如[圖四]所示。因而諧振應(yīng)首先在該直徑方向上產(chǎn)生。激光諧振一旦啟動(dòng)，就會(huì)在激光諧振腔(1)內(nèi)的物理規(guī)律的制約下，激光束(14)的反射端會(huì)自發(fā)的擴(kuò)展為一定的寬度并很快穩(wěn)定。穩(wěn)定后的激光束(14)反射端的面積要遠(yuǎn)大于小面積高反射率區(qū)(6)的面積，因而工作狀態(tài)下小面積高反射率區(qū)(6)對(duì)激光束主方向的影響可忽略不計(jì)。該主方向與激光諧振腔體(1)繞對(duì)稱軸的轉(zhuǎn)動(dòng)無(wú)關(guān)，如[圖一]所示(詳見中國(guó)專利申請(qǐng)第91104933.9)。
2測(cè)量方式及輸出激光束相對(duì)于慣性空間角位移的確定是通過(guò)固定在激光諧振腔體(1)外壁上的一個(gè)脈沖拾取傳感器(2)來(lái)實(shí)現(xiàn)，如[圖六]所示。當(dāng)激光諧振腔體(1)旋轉(zhuǎn)時(shí)脈沖拾取傳感器(2)所拾取的脈沖信號(hào)分為兩部分;一部分是信號(hào)源脈沖(12)，產(chǎn)生于固定在殼體(4)上的四個(gè)信號(hào)源(3);另一部分是激光束脈沖(13)，產(chǎn)生于激光束(14)，如[圖一]所示。當(dāng)陀螺(相當(dāng)于環(huán)形諧振腔外的殼體(4)相對(duì)于慣性空間轉(zhuǎn)動(dòng)后，[圖五]中的激光束脈沖(13)相對(duì)于信號(hào)源脈沖(12)的相對(duì)位置將發(fā)生變化。這一變化值可通過(guò)數(shù)字電子線路來(lái)處理，以轉(zhuǎn)化成激光束脈沖(13)相對(duì)于信號(hào)源脈沖(12)的角位移。這一角位移量便是陀螺及載體相對(duì)于慣性空間的角位移。
3旋腔方式對(duì)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(xué)特點(diǎn)，使得這些趨勢(shì)性漂移有的是順時(shí)針的，有的則是逆時(shí)針的。當(dāng)使激光諧振腔體(1)在電機(jī)(5)的趨動(dòng)下，繞其對(duì)稱軸勻角速旋轉(zhuǎn)時(shí)，這些旋向相反的趨勢(shì)漂移剛好呈相互抵消的趨勢(shì)，結(jié)果絕大部分趨勢(shì)漂移被消除。剩余的少量趨勢(shì)性漂移也將是一個(gè)極其穩(wěn)定的常值，沿著一旋向旋時(shí)，可由導(dǎo)航計(jì)算機(jī)來(lái)處理。
4其它說(shuō)明另外在總裝前，通過(guò)改變激光諧振腔(1)內(nèi)氣室的真空度或變換氣體的種類來(lái)使焦距及光程發(fā)生變化，并盡可能使焦點(diǎn)準(zhǔn)確的落在環(huán)形反射腔(11)的反射面上。
權(quán)利要求
1.一種旋腔式超高精度激光陀螺技術(shù)，是直接利用光的玻印廷矢量定向，其特征就在于通過(guò)把受激后的激光介質(zhì)發(fā)出的以激光介質(zhì)軸為中心的散射光，先經(jīng)與激光介質(zhì)同軸的介質(zhì)光盤，又經(jīng)與激光介質(zhì)同軸的環(huán)形反射腔上某一直徑端點(diǎn)處的小面積高反射率區(qū)增益，諧振，啟動(dòng)生成穩(wěn)定的激光束，或由外來(lái)光束瞬間照射某一諧振通道實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)，再由環(huán)形反射腔及介質(zhì)光盤繼續(xù)維持激光束的諧振，并使激光諧振腔繞其對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)，形成與激光諧振腔以激光介質(zhì)為軸心轉(zhuǎn)動(dòng)無(wú)關(guān)的定向激光束。
2.如權(quán)利要求1所述的旋腔式超高精度激光陀螺技術(shù)，其特征就在于激光介質(zhì)的受激除用電流外也可以泵浦光的方法。
3.如權(quán)利要求1所述的旋腔式超高精度激光陀螺技術(shù)，其特征就在于環(huán)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(shù)，屬于激光技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域。本發(fā)明是使用一種獨(dú)特的方式，在激光束8矢量直接定向陀螺技術(shù)(參見中國(guó)專利申請(qǐng)第91104933.9號(hào)“超高精度激光陀螺技術(shù)及裝置”)基礎(chǔ)上，將激光諧振腔繞其對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)，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?？蓮V泛應(yīng)用于勘探、航海、航空、航天等高精度要求的應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01C19/66GK1076022SQ92101248
公開日1993年9月8日 申請(qǐng)日期1992年3月3日 優(yōu)先權(quán)日1992年3月3日
發(fā)明者吳小平 申請(qǐng)人:吳小平