Способ позиционирования зеркал трехосного лазерного гирометра, в частности, при запуске лазерного гирометра

Способ позиционирования зеркал трехосного лазерного гирометра, в частности, при запуске лазерного гирометра

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение касается способа позиционирования подвижных зеркал в устройстве, содержащем лазерные резонаторы, при этом мощность лазерных волн, проходящих через резонаторы, зависит от положения зеркал. Его применяют, например, при запуске лазерного гирометра, в частности, трехосного лазерного гирометра.

Гирометр является датчиком, позволяющим измерять угловую скорость. Например, инерционный счетчик текущих координат использует три лазерных гирометра и три акселерометра для полного определения движения носителя в каждый момент и воссоздания, таким образом, его перемещения. Одноосный лазерный гирометр позволяет измерять угловую скорость только вокруг одной оси. Он содержит кольцевой лазерный резонатор, в котором два пучка распространяются в противоположных направлениях. Он содержит также систему считывания. Когда резонатор приводят во вращение со скоростью Ω, за счет эффекта Саньяка происходит сдвиг оптических частот на величину, пропорциональную Ω. Устройство, которое позволяет измерить эту разность частот, является системой считывания. Кольцевой лазерный резонатор содержит оптический кольцевой резонатор, выходной ответвитель лазерных пучков и оптическую среду усиления с системой своего питания. Через кольцевой оптический резонатор, состоящий, по меньшей мере, из трех зеркал, образующих замкнутый путь, могут проходить два пучка в двух противоположных направлениях. Когда резонатор является плоским, направление чувствительной оси лазерного гирометра определено простой нормалью к плоскости. Периметр оптического резонатора, представляющий собой сумму расстояний между зеркалами, называют также длиной резонатора и обозначают L. Например, четыре зеркала А, Е, В и С могут образовать квадратный кольцевой оптический резонатор, длина которого равна четырехкратной длине стороны АЕ. Через этот резонатор может проходить одна волна по часовой стрелке от А к Е и другая волна против часовой стрелки от Е к А. Выходной ответвитель, который позволяет извлечь часть мощности лазерных волн, проходящих через резонатор, обычно образован одним из зеркал, которое до некоторой степени является пропускающим. Оптический резонатор выполняет также роль спектрального фильтра: только моды резонатора, то есть волны, оптическая частота которых является кратной c/L, где с является скоростью света, могут в нем распространяться по замкнутому кольцу. Для резонаторов обычного размера, то есть в которых L меньше 30 см, спектральный интервал c/L между двумя модами превышает гигагерц (ГГц). В лазерных гирометрах среда усиления обычно состоит из газовой смеси гелия и неона, заключенной под небольшим давлением в герметичном резонаторе. В этом случае оптическое усиление создается на одном или нескольких сегментов резонатора, в которых газ ионизируется, например, под действием разряда между анодом и катодом. Однако коэффициент усиления происходит только для некоторых полос оптических частот, к тому же относительно узких для данной газовой среды усиления, как правило, имеющих ширину порядка гигагерца. В этом случае лазерный эффект получают на оптических частотах, при которых коэффициент усиления в среде усиления превышает потери, которые происходят во время распространения в резонаторе и во время отражения на зеркалах. В случае смеси гелий-неон одна из полос усиления находится в видимой области при длине волны около 633 нанометра (нм). Обычно зеркала предусматривают с достаточной степенью отражения только в этом диапазоне оптических частот, поэтому лазерный эффект возможен только при длине волны около 633 нм. При вышеуказанном порядке величин моды резонатора могут быть относительно далекими от максимального коэффициента усиления. Следовательно, при запуске лазерного гирометра длину L резонатора необходимо корректировать в сторону оптимального значения для схождения моды к максимальному коэффициенту лазерного усиления. Однако в зависимости от тепловых явлений расширения и сжатия, действующих на лазерный гирометр между двумя подачами напряжения, длина L изменяется. Если при подаче напряжения длина резонатора не является адекватной, лазерный гирометр не использует полностью коэффициент усиления среды усиления, содержащейся в резонаторе.

В настоящее время для исправления этого явления используют передвижное зеркало, то есть подвижное зеркало, которое можно перемещать поступательным движением, и зеркало, позволяющее отбирать часть одной из двух волн для измерения ее интенсивности. Регулировку подвижного зеркала производят путем последовательных смещений поступательным движением в резонаторе. При этом измеряют интенсивность волны для каждого значения смещения. Задачей является схождение к значению смещения, соответствующему максимальной интенсивности, и это значение соответствует максимальному коэффициенту усиления оптического резонатора, позволяющему максимально использовать лазерный эффект. Однако в известных технических решениях время схождения при запуске лазерного гирометра часто оказывается длинным по самым разным причинам. В данном случае речь идет о технических проблемах, решение которых и является задачей настоящего изобретения.

Согласно первому известному решению, на первом этапе сканируют весь диапазон смещения зеркала от одного конца к другому, измеряя интенсивность излучаемой волны, затем на втором этапе возвращаются к значению смещения, позволившему измерить наибольшую интенсивность. Однако это решение подвержено явлению гистерезиса: при возвращении к значению смещения, которое соответствовало максимуму, некоторые характеристики меняются, и максимум уже находится в другом месте. Поэтому необходимо затратить дополнительное время для постепенного приведения к максимуму.

Согласно второму известному решению, сканирование производят, начиная от заданного положения подвижного зеркала, причем это положение получают из таблицы соответствия внешних температурных условий и положений подвижного зеркала, и останавливаются на первом встреченном максимуме. Как правило, таблицу поставляет производитель лазерного гирометра для данного типа лазерного гирометра. При данных внешних температурных условиях она дает соответствие положения подвижного зеркала для получения максимальной интенсивности или, по крайней мере, интенсивности, близкой к максимальному значению. Однако при изменении длины L оптического резонатора путем смещения зеркала излучаемая волна содержит не только глобальные или главные максимумы, при которых интенсивность действительно достигает верхнего предела; локальные или вторичные максимумы, при которых интенсивность является максимальной только вблизи одного положения, могут проявляться также вблизи минимума, что отражает конкуренцию между двумя модами, одна из которых только начинает выходить с одной стороны кривой коэффициента усиления, тогда как другая входит с противоположной стороны. Следовательно, на первом этапе подвижное зеркало может временно запаздывать вокруг положения, соответствующего вторичному максимуму, и затем только на втором этапе стремиться к положению, соответствующему главному максимуму. Это явление существенно замедляет время схождения, что делает невозможным использование лазерного гирометра.

После нахождения значения смещения, соответствующего максимальному коэффициенту усиления, необходимо автоматическое регулирование для осуществления периодических и регулярных смещений подвижного зеркала с меньшей амплитудой и коррекции тепловых явлений расширения/сжатия, испытываемых резонатором. Эти смещения должны обеспечивать отслеживание максимума, почти постоянно меняя положение подвижного зеркала, что является непростой задачей. В частности, в известных технических решениях часто наблюдается так называемое явление «скачка моды». Это явление будет подробно описано ниже в настоящей заявке. Оно характеризуется резким смещением подвижного зеркала и резким колебанием частоты излучаемой волны. Таким образом, возникает еще одна техническая проблема, которую призвано решить настоящее изобретение.

Существуют также лазерные гирометры с тремя осями или «трехосные», содержащие три оптических резонатора, расположенных перпендикулярно друг к другу парами. Каждый из трех оптических резонаторов воспроизводит описанные выше принципы работы одноосного лазерного гирометра для измерения угловой скорости гирометра вокруг его чувствительной оси. В этих трехосных лазерных гирометрах подвижные зеркала часто распределены между резонаторами таким образом, чтобы смещение одного подвижного зеркала влияло на длину не одного резонатора, а на длину двух резонаторов. Было предложено применять независимо для трех резонаторов такого трехосного гирометра одно из вышеуказанных известных решений, описанных для обеспечения схождения при запуске одноосного гирометра. На первом этапе речь идет о последовательном определении для каждого из трех резонаторов длины, которая обеспечивает ему наибольшую интенсивность при помощи одного из двух описанных выше известных способов. После определения трех длин на втором этапе определяют триплет положений зеркал, который позволяет получить одновременно три длины резонатора, причем при помощи аналитического метода, который будет описан ниже. Но при независимом применении одного из двух известных решений к трем резонаторам трехосного гирометра не учитывают невоспроизводимость резонаторов и, следовательно, их различия в поведении. Так, один резонатор может следовать главному максимуму, тогда как другой резонатор может следовать вторичному максимуму. Само собой разумеется также, что явления гистерезиса, задержек, возникающих по причины вторичных максимумов, и скачка моды скорректировать еще труднее, поскольку они возникают одновременно в резонаторах, длины которых взаимосвязаны. Время схождения такого гирометра с тремя резонаторами трудно контролировать. Здесь тоже идет речь об одной из технических проблем, решаемых настоящим изобретением.

Задачей настоящего изобретения является сведение к минимуму времени при запуске гирометра, необходимого для приведения к максимальному коэффициенту усиления оптического резонатора одноосного лазерного гирометра или к максимальному коэффициенту усиления оптических резонаторов трехосного лазерного гирометра. Для этого изобретением предлагается, в частности, последовательность запуска для лазерного гирометра, содержащая фазу управления подвижным зеркалом или подвижными зеркалами, которая улучшает определение первоначального позиционирования подвижного зеркала или подвижных зеркал в оптических резонаторах. В этой связи объектом настоящего изобретения является способ позиционирования передвижного зеркала в лазерном резонаторе. Лазерный резонатор содержит среду оптического усиления, которую можно возбуждать с целью генерирования световых волн. Лазерный резонатор содержит также оптический резонатор, образованный набором зеркал, включая передвижное зеркало, при этом длина оптического резонатора зависит от положения передвижного зеркала. Передвижное зеркало можно перемещать в диапазоне положений, придающих оптическому резонатору длины, при которых среда усиления генерирует, по меньшей мере, одну лазерную волну. Способ содержит фазу предварительного позиционирования зеркала в заранее определенном первоначальном положении. Способ содержит также фазу перемещения поступательным движением зеркала в диапазоне с амплитудой, равной промежуточной моде оптического резонатора, таким образом, чтобы оптический резонатор проходил через длину, при которой газ обеспечивает максимальный коэффициент усиления, при этом интенсивность лазерной волны измеряют для каждого положения, занимаемого зеркалом. Способ содержит также фазу позиционирования зеркала в конечном положении, соответствующем измерению самой большой интенсивности.

Предпочтительно первоначальное положение зеркала можно извлечь из таблицы соответствия значениям температуры положения зеркала, придающего оптическому резонатору длину, при которой среда усиления обеспечивает максимальный коэффициент усиления при упомянутой температуре.

Например, среда усиления может быть газом, ионизируемым электрическим разрядом в лазерном гирометре.

Способ может содержать предварительную фазу сканирования зеркала в диапазоне, охватывающем диапазон перемещения зеркала, но без измерения интенсивности волны, чтобы уменьшить гистерезис между фазой перемещения зеркала и фазой позиционирования зеркала.

Объектом настоящего изобретения является также способ позиционирования трех передвижных зеркал в устройстве, содержащем три кольцевых лазерных резонатора. Каждый из трех лазерных резонаторов содержит среду оптического усиления, возбуждаемую для генерирования световых волн. Каждый из трех лазерных резонаторов содержит также оптический резонатор, образованный набором зеркал, включая два из передвижных зеркал, при этом длина упомянутого оптического резонатора зависит от положения упомянутых двух передвижных зеркал, при этом упомянутые два передвижных зеркала можно перемещать в диапазоне положений, придающих оптическому резонатору длины, при которых среда усиления генерирует, по меньшей мере, одну лазерную волну. Каждое из трех передвижных зеркал участвует в образовании двух из трех оптических резонаторов. Способ содержит фазу предварительного позиционирования трех зеркал по первоначальному триплету заранее определенных соответствующих положений. Способ содержит также фазу перемещения поступательным движением трех зеркал в диапазонах с одинаковой амплитудой, меньшей или равной промежуточной моде оптического резонатора с наибольшей промежуточной модой, таким образом, чтобы каждый оптический резонатор проходил через длину, при которой среда усиления обеспечивает максимальный коэффициент усиления. Интенсивность лазерных волн, проходящих соответственно через каждый из оптических резонаторов, измеряют для каждого триплета положений, занимаемых зеркалами. Способ содержит также фазу определения, - на основании трех триплетов положений зеркал, позволяющих соответственно каждому из трех резонаторов обеспечивать максимальную интенсивность, - длины каждого из трех резонаторов, при которой упомянутый резонатор обеспечивает максимальную интенсивность. Способ содержит также фазу определения единственного конечного триплета положений зеркал, позволяющих придавать трем резонаторам длины, при которых они обеспечивают максимальную интенсивность. Способ содержит также фазу позиционирования зеркал по конечному триплету положений.

Предпочтительно первоначальный триплет положений трех зеркал извлекают из таблицы соответствия температурным значениям триплета положений зеркал, придающих соответственно каждому из оптических резонаторов длину, при которой усилительная среда дает максимальный коэффициент усиления при упомянутой температуре.

Например, среды усиления могут быть газами, ионизируемыми электрическим разрядом в трехосном гирометре.

Поскольку три оптических резонатора имеют одинаковую промежуточную моду, амплитуда перемещения трех зеркал может быть равной половине упомянутой промежуточной моды.

Способ может также содержать предварительную фазу сканирования трех зеркал в диапазонах, охватывающих диапазоны перемещения зеркал, но без измерения интенсивности волн, чтобы уменьшить гистерезис между фазой перемещения зеркал и фазой позиционирования зеркал.

Если устройство содержит механизм коррекции, позволяющий на основании конечного триплета положений постоянно корректировать положения передвижных зеркал таким образом, чтобы обеспечить, что резонаторы имеют соответствующие длины, позволяющие им постоянно обеспечивать максимальную интенсивность, то способ может содержать конечную фазу сравнения конечного триплета положений с триплетом положений, к которому механизм коррекции приводит зеркала после заданного промежутка времени. Если одно из зеркал удалилось от положения, которое оно занимало после фазы позиционирования, за пределы заданного порога, можно повторить предыдущие фазы способа и/или разность можно сохранить в памяти и/или констатировать неисправность устройства.

Основным преимуществом настоящего изобретения является то, что первоначальное позиционирование зеркала или зеркал больше не зависит от рабочей частоты системы автоматического регулирования зеркал, при этом упомянутая система выполнена с возможностью отслеживания максимума мощности, а не его первоначального выявления. Действительно, она работает в «медленном» частотном диапазоне порядка герца. Система, применяющая настоящее изобретение для определения первоначального положения, может работать в «быстром» частотном диапазоне порядка килогерца.

Другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1а - вид в перспективе примера оптических резонаторов известного трехосного лазерного гирометра.

Фиг.1b - графическая иллюстрация лазерных мод оптического резонатора известного гирометра.

Фиг.2 - три графика, иллюстрирующие пример изменения лазерной мощности, излучаемой оптическими резонаторами трехосного гирометра, в зависимости от напряжений управления для их трех подвижных зеркал.

Фиг.3 - три графика, иллюстрирующие пример изменения лазерной мощности, излучаемой тремя оптическими резонаторами с одинаковой промежуточной модой трехосного гирометра, в зависимости от суммы напряжений управления, от которых они зависят.

Фиг.4 и 5 - два графика, иллюстрирующие особые свойства оптических резонаторов с одинаковой промежуточной модой трехосного гирометра.

Фиг.6 - график, иллюстрирующий изменения команды управления подвижными зеркалами трехосного гирометра в зависимости от положительного термического градиента.

Фиг.7 - график, иллюстрирующий явление гистерезиса, наблюдаемое при перемещении подвижного зеркала оптического резонатора в известном лазерном гирометре.

Фиг.8 и 9 - два графика, иллюстрирующие механизм уменьшения гистерезиса в заявленном лазерном гирометре.

На фиг.1 в перспективе показаны три оптических резонатора известного трехосного гирометра. Гирометр содержит шесть зеркал A, B, C, D, E и F. Зеркала A, B, C, D, E и F попарно соединены оптическими путями AC, AD, AE, AF, BC, BD, BE, BF, CD, CF, ED и EF одинаковой длины ℓ, при этом оптические пути обеспечивают распространение световых волн. Напротив зеркал A, B, C, D, E и F соответственно находятся емкости 1, 2, 3, 4, 5 и 6 с газом. Многогранник, образованный шестью зеркалами и двенадцатью оптическими путями, вписан в куб, при этом каждое из зеркал совпадает с центром стороны упомянутого куба. Полученное таким образом устройство содержит три замкнутых оптических пути ADBF, ACBE и FCDE, образующих соответственно три попарно ортогональных кольцевых оптических резонатора X, Y и Z одинаковой длины L=4×ℓ. Например, три зеркала В, С и D являются передвижными, то есть могут перемещаться поступательным движением. Благодаря наличию пьезоэлектрического привода, они могут удаляться или приближаться относительно центра многогранника по существу на 1 микрометр. Таким образом, соответствующие длины трех оптических резонаторов X, Y и Z можно корректировать вокруг значения L с точностью примерно до 0,01 микрометра. Следует заметить, что длина каждого из оптических резонаторов X, Y и Z зависит от положения двух из подвижных зеркал В, С и D. Следует также заметить, что положение каждого из подвижных зеркал В, С и D обуславливает длину двух из оптических резонаторов X, Y и Z. Зеркала А, Е и F являются выходными ответвителями: они позволяют производить измерения лазерной интенсивности. Таким образом, можно измерять соответствующие мощности волн, которые проходят через три оптических резонатора X, Y и Z. Катод 7, соединенный тремя капиллярами с емкостями 2, 3 и 4 газа, и шесть анодов 8, 9, 10, 11, 12 и 13 позволяют возбуждать газ-усилитель в оптических резонаторах X, Y и Z и генерировать, таким образом, лазерные волны, которые проходят через оптические резонаторы X, Y и Z. Три оптических резонатора X, Y и Z можно получить, выполнив сначала оптические пути AC, AD, AE, AF, BC, BD, BE, BF, CD, CF, ED и EF в блоке материала, характеризующегося контролируемым тепловым расширением, например, материала zérodur®, который отличается очень низким тепловым расширением. Затем в блок можно интегрировать зеркала A, B, C, D, E и F, а также емкости газа 1, 2, 3, 4, 5 и 6.

На фиг.1b графически показаны лазерные моды любого из оптических резонаторов X, Y и Z гирометра, показанного на фиг.1а. На оси абсцисс показана оптическая частота. Длина L оптического резонатора определяет частоты лазерных мод, которые он может излучать: этот набор частот образован гребенкой частот, кратных c/L, например, (m-2)×(c/L), (m-1)×(c/L), m×(c/L) и (m+1)×(c/L), где m является целым числом. При запуске гирометра длину каждого резонатора корректируют, чтобы привести моду как можно ближе к максимуму М коэффициента усиления газа-усилителя, при этом спектр коэффициента усиления показан параболической кривой G. Например, на фиг.1b на максимуме коэффициента усиления находится мода m, соответствующая частоте m×(c/L). После запуска гирометра тепловые изменения во времени, связанные с газовыми разрядами или с внешней средой, приводят к механической деформации гирометра за счет расширения/сжатия. Следовательно, длины трех лазерных резонаторов имеют тенденцию к изменению. Однако, как показано кривой G, газовые плазмы имеют коэффициент усиления незначительной спектральной ширины. Следовательно, оптические характеристики гирометра тоже меняются, и это изменение проявляется тем больше, чем больше мода m отклоняется от максимума М. Чтобы сохранять характеристики гирометра, в нем необходимо применять автономное устройство, называемое «устройством согласования длины резонатора» (ALC), которое поддерживает моду m как можно ближе к максимуму М. В случае одноосного лазерного гирометра с одним лазерным резонатором, который содержит подвижное зеркало, устройство ALC можно реализовать, например, при помощи фотодиода, измеряющего излучаемую лазерную мощность, и электроники автоматического регулирования, которая управляет подвижным зеркалом для сохранения максимальной излучаемой мощности. В случае трехосного лазерного гирометра, показанного на фиг.1а, между тремя резонаторами X, Y и Z попарно распределены зеркала, в частности, подвижные зеркала В, С и D. Следовательно, каждый резонатор уже невозможно настраивать независимо от двух других.

Как правило, подвижное зеркало представляет собой, по меньшей мере, одну мембрану, приклеенную на преобразователь на основе пьезоэлектрических керамических элементов. Керамические элементы управляются по положительному и отрицательному напряжению, и в результате этого управления они деформируются, увлекая за собой мембрану. Деформация мембраны создает механическое напряжение, действующее толкающим или тяговым усилием на центр зеркала. Таким образом, зеркало перемещается в одну или другую сторону поступательным движением. В дальнейшем командами управления будут считаться напряжения, обозначаемые V_B, V_C и V_D, при этом перемещения L_B, L_C и L_D соответственно пропорциональны этим напряжениям. Предположив, что все три подвижных зеркала имеют абсолютно одинаковые характеристики и, следовательно, характеризуются одинаковым механическим поведением, это можно выразить одним уравнением L_B,C,D=G_B,C,D×V_B,C,D, где G_B,C,D является коэффициентом усиления поступательного движения/электрики зеркал B, C и D. В реальности G_B,C,D соответствует коэффициентам G_B, G_C и G_D, каждый из которых может быть положительным или отрицательным в зависимости от концепции подвижного зеркала, и их значения могут тоже отличаться. Вместе с тем, в дальнейшем будет считаться, что все три подвижных зеркала B, C и D имеют коэффициент одного знака и сравнимое значение, обозначаемое G, при этом проверяется следующее уравнение 1:

LB,C,D=G×VB,C,D

(1)

В дальнейшем длины резонаторов X, Y и Z, когда подвижные зеркала находятся в состоянии покоя, то есть когда V_B,C,D=0, будут обозначаться L X , Y , Z 0 . Длины L_X, L_Y и L_Z трех резонаторов связаны со смещениями зеркал L_B, L_C и L_D системой уравнений

что дает следующее матричное уравнение 2:

(2)

С другой стороны, чтобы получить резонаторы со значениями длины L_X, L_Y и L_Z, применяемые напряжения выражают следующим уравнением 3:

(3)

Для каждого резонатора устройство ALC определяет положение L_X,Y,Z текущей лазерной моды относительно положения L X , Y , Z M a x , соответствующего максимальному коэффициенту усиления, и реагирует, чтобы уменьшить отклонение. Например, можно применить модулирование подвижных зеркал и синхронную демодуляцию измеренных мощностей. Получают сигнал S_X,Y,Z, пропорциональный L X , Y , Z − L X , Y , Z M a x , и можно получить интегрированное во времени значение I X , Y , Z ( t ) = ∫ t 0 t S X , Y , Z ( u ) d u .

После этого можно получить автономное автоматическое регулирование, генерируя в момент n+1 напряжения V_B, V_C и V_D, смещенные от напряжений в момент n, где n является целым числом:

или, эквивалентно, управляя зеркалами при помощи напряжения:

(4)

где А обозначает коэффициент усиления между интегрированными величинами I_X, I_Y и I_Z и напряжениями V_B, V_C V_D.

Сигналы S_X, S_Y, S_Z, I_X, I_Y и I_Z можно представить в виде дискретных величин и матричную операцию можно осуществить при помощи компьютерной программы. При этом выходные команды получают путем усиления напряжений, генерируемых аналого-цифровым преобразователем. Для осуществления операции при помощи аппаратного обеспечения можно и не применять конверсию этих сигналов. В этом случае выходные команды получают путем усиления напряжений, получаемых при материальной операции. Во всех случаях устройство производит дискретизацию значений I_X, I_Y и I_Z, чтобы их можно было отслеживать.

Поскольку оптический резонатор поддерживает гребенку лазерных мод, отделенных по частоте на величину c/L, лазерная мощность периодически изменяется в зависимости от L: лазерная мощность проходит через максимум и минимум каждый раз, когда L изменяется на длину оптической волны, обозначаемой λ. Кроме того, длина каждого резонатора меняется с командами V_B, V_C и V_D. В выбранном примере изменение выражается как:

На фиг.2 показан пример изменения лазерных мощностей P_X, P_Y и P_Z, излучаемых резонаторами X, Y и Z соответственно, в зависимости от командных напряжений V_B, V_C и V_D, подаваемых соответственно на зеркала В, С и D трехосного гирометра, показанного на фиг.1а. По конструкции гирометра Р_Х не зависит от V_C, P_Y не зависит от V_D, и P_Z не зависит от V_B. Как оказалось, в конечном счете, изменения мощностей происходят периодически с командами, и они имеют несколько главных максимумов. Действительно, как показано на фиг.1b, если длина L одного из резонаторов X, Y и Z изменяется непрерывно, то гребенка частот, кратных с/L, проходит относительно спектра коэффициента усиления, показанного параболической кривой G. Интенсивность и, следовательно, мощность, излучаемая этим резонатором, увеличивается, когда частота, кратная c/L, приближается к максимуму М, затем уменьшается, когда эта частота, кратная c/L, удаляется от максимума М. Иначе говоря, мощность, излучаемая резонатором, увеличивается, когда мода приближается к максимуму М, затем уменьшается, когда эта мода удаляется от максимума М. Поскольку моды входят и выходят из спектра коэффициента усиления одна за другой, когда гребенка проходит относительно спектра коэффициента усиления, мощность изменяется периодически. Поэтому на фиг.2 каждый из максимумов мощности соответствует моде или частоте, кратной c/L. Этим и объясняется явление «скачка моды»: меняя L таким образом, чтобы максимизировать излучаемую мощность, можно переходить от одной моды к другой. Однако по самым различным соображениям во время работы гирометра изменений моды следует избегать. Моду необходимо выбрать при запуске гирометра, затем следует придерживаться как можно ближе к максимуму мощности этой моды в течение всей работы гирометра. Вместе с тем, необходимо отметить, что от одного запуска гирометра к другому мода может отличаться в зависимости от внешних температурных условий и в зависимости от первоначального положения подвижных зеркал. Следует также отметить, что мода может отличаться от одного резонатора к другому.

На фиг.2 показаны также величины К_В, К_С и K_D, которые является изменениями командных напряжений на зеркалах В, С и D соответственно, которые позволяют изменять длины резонаторов X, Y и Z на длину оптической волны λ. Хотя подвижные зеркала имеют по существу одинаковый коэффициент усиления поступательное движение/электрика G, незначительные различия между ними могут крыться в большом перемещении порядка λ, если считать, что величины К_В, К_С и K_D могут меняться от одного зеркала к другому. С другой стороны, геометрия трехосного резонатора позволяет обеспечивать независимость этих значений от рассматриваемого резонатора:

В дальнейшем величины К_В, К_С и K_D, которые позволяют изменять продольные моды, излучаемые лазерными резонаторами, и которые характеризуют динамику подвижных зеркал, будут называться «промежуточными модами».

Для случая, когда три подвижных зеркала В, С и D трехосного гирометра, показанного на фиг.1а, имеют одинаковую промежуточную моду К=К_В=К_С=K_D, на фиг.3 показан пример изменения лазерных мощностей, излучаемых тремя резонаторами X, Y и Z, в зависимости от суммы двух командных напряжений, от которых они зависят, то есть V_D+V_B, V_C+V_B и V_C+V_D соответственно. Суммы командных напряжений C o m X M a x , C o m Y M a x и C o m Z M a x позволяют получить максимальную мощность, излучаемую резонаторами X, Y и Z соответственно.

Фиг.4 и 5 иллюстрируют два свойства резонаторов X, Y и Z с одинаковой промежуточной модой К трехосного гирометра, показанного на фиг.1а, при помощи примера изменения лазерной мощности, излучаемой резонатором Х, в зависимости от суммы двух командных напряжений, от которых она зависит, то есть V_D+V_B. Первым свойством является то, что все три резонатора остаются на максимуме коэффициента усиления, если все пьезоэлектрические напряжения изменяются на половину промежуточной моды К/2. Это первое свойство показано на фиг.4 для резонатора Х. Вторым свойством является то, что все три резонатора остаются на максимуме коэффициента усиления, когда только одно из пьезоэлектрических командных напряжений изменяется на полную промежуточную моду К. Это второе свойство показано на фиг.5 для резонатора Х.

Изобретением предлагается изменять генерирование сигнала, который управляет перемещением подвижных зеркал, при запуске трехосного лазерного гирометра таким образом, чтобы получить команду смещения, программируемую и независимую от автономного устройства ALC. Следует отметить, что изобретение можно применять также для любого устройства, содержащего кольцевые оптические резонаторы, учитывая, что мощность световых волн, проходящих через упомянутые оптические резонаторы, зависит от положения подвижных зеркал. Лазерный гирометр приведен только в качестве примера. Изобретением предлагается также получение данных в цепи управления зеркалами таким образом, чтобы иметь возможность отслеживать их положение, когда работает система автоматического регулирования. Для оценки температуры гирометра можно применять температурный датчик, например, такой как термистор или термопара. Принцип изобретения основан на управлении командами, следуя линейно нарастающей функции или более сложному профилю для обнаружения максимумов мощности одновременно на трех лазерных резонаторах таким образом, чтобы впоследствии иметь возможность позиционировать одновременно три подвижных зеркала в положениях, которые наиболее удовлетворяют выбранным критериям работы. Например, в случае гирометра, показанного на фиг.1а, управление зеркалами по уравнению 4 можно изменить путем включения команд смещения D_X, D_Y и D_Z согласно следующему уравнению 5:

(5)

Значения I_X, I_Y и I_Z можно аннулировать искусственно, и командами D_X, D_Y и D_Z может управлять программа. Устройство располагает дискретными величинами I_X, I_Y и I_Z и может их отслеживать. При предыдущей команде, где входные значения I_X, I_Y и I_Z искусственно аннулированы, сигналы управления подвижными зеркалами V_B, V_C и V_D можно выразить в зависимости от программных команд D_X, D_Y и D_Z:

(6)

Изменение команд D_X, D_Y и D_Z позволяет получить управление подвижными зеркалами (по линейно возрастающей функции или по более сложному профилю) и одновременно сканировать каждый из трех резонаторов, по меньшей мере, на одной моде. Для каждого значения команд смещения можно определить лазерные мощности, излучаемые тремя резонаторами. При этом значения D X M a x , D Y M a x и D Z M a x , при которых излучаемые интенсивности являются максимальными соответственно для резонаторов X, Y и Z, сохраняют в памяти. После сканирования достаточно придать командам смещения сохраненные в