Кольцевой оптический квантовый генератор

Кольцевой оптический квантовый генератор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

- г„.. г

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К. АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Соцнапистичесник

Республик

< 739676

:,Ф

I.-Ъ г г (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 15.08. 74 (21) 205404 1/18 25 (51) М. Кл.

Н 01 S 3/081

Н 01 5 3/083 с присоединением заявки .%— Гасударственный квинтет

СССР (23) Приоритет—

Опубликовано 05.06.80 Бюллетень № 21 (53) УДК 621.375.

° 8(088 8) вв лелем взобретеннй и вткрытнй

Дата опубликования описания09.06.80

1 . г гг Фю м (72) Авторы изобретения

В. С. Рубанов и B. И. Сардыко

Ордена Трудового Красного Знамени институт физики AH Белорусской ССР г (73) Заявитель (54) КОЛЬЦЕВОЙ ОПТИЧЕСКИЙ КВАНТОВЫЙ ГЕНЕРАТОР

Изобретение относится к квантовой электронике, а именно к устройствам для измерения угловой скорости вращения с помощью кольцевых оптических квантовых генераторов (ОКГ).

Взаимодействие встречных волн в копь-5 цевых ОКГ приводит к тому, что при малых вращениях эти устройства становятся нечувствительными к угловым перемещениям (зона захвата), а при больших угло-.

t0 вых скоростях зависимость частоты биений встречных волн от скорости вращения непинейна. Для уменьшения взаимодействия характеристики изпучейия для встречных направлений в кольцевых ОКГ стремятся

15 сделать как можно более отличающимися как по частоте, так и по поляризации.

Известно невэаимное частотное устройство, которое позволяет выйти из зоны захвата и уменьшить погрешность измерений (1)

Однако, из-за относительной малости частотного расщепления (кипогерцы — десятки килогерц), обеспечиваемого невза2 имным устройством в покоящемся кольцевом ОКГ, влияние обратной связи остается довольно большим, в результате чего зависимость частоты биений встречных волн от скорости вращения остается нелинейной, а диапазон измеряемых угловых скоростей ограничен. Начальное частотное расщепление встречных волн определяется величиной напряженности продольного магнитного поля на невзаимном устройстве, поэтому нестабильность магнитного поля, а также случайные внешние магнитные поля являются дополнитель ными источниками погрешности .чзмеренйя скорости вращения. Увеличивая начальное частотное ращепление, можно значительно уменьшить погрешность измерения, обусловленную взаимодействием встречных волн, однако, при этом резко растут ошибки, вызванные нестабильностью магнитного поля и влиянием внешних магнитных полей. Кроме того, этот метод сопряжен с существенными техническими трудностями вследствие возрастания потерь в маг3 7396 иитооптическом вещестие невзаимного, устройства при уиеличении его толщины создания высокой стабилизации сильных магнитных полей, мат нитной экранировки и т.д. 5

Известен кольцевой оптический квантовый генератор для измерения угловых скоростей и перемещений, содержащий резонатор, образованный нечетным количеством зеркал, размещенные в резона- 10 торе изотропные элементы и ячейку Фарадея, которая помещена в трехзеркапьный резонатор. Взаимодействие встречных иолн уменьшается не за счет создания начального частотного расщепле- 15 ния, а за счет разделения азимутов поляризаций линейно поляризованного излучения для двух направлений распространения, С помощью этого устройства взаимодействие встречных волн можно умень- N шить $2j

Однако обратная связь между волнами полностью не устраняется. Кроме того, дпя, максимального уменьшения взаимо25 действия волн и этом устройстве необходимо использовать ячейку фарадея с ут лом поворота плоскости поляризации, равным 90, что технически трудно осуществить. Помещая в резонатор с 90-градус30 ной ячейкой фарадея кристаллическую пластинку, обладающую линейной фазовой анизотропией, можно наряду с поляризационной невзаимностью создать также и частотное разделение встречных волн. Та35 ким образом, взаимодействие встречных волн из-за обратного рассеяния в данном устройстве можно сделать минимальным. Кроме технической сложности осуществления 90-градусного поворота плос40 кости поляризации ячейкой фарадея, такое устройство имеет еще один существенный недостаток. Он заключается в том, что кристаллическая пластинка, которая используется для создания частотной под45 ставки, разрушается под влиянием радиации и других внешних возмущений. Это приводит к дополнительным ошибкам измерения и значительно уменьшает срок службы устройства. В устройстие не ус ранена также зависимость частотной под50 ставки от иеличины магнитного поля на ячейке фарадея и т.д.

Цель изобретения — повышение точностя, чувствительности и расширение диапа55 зона измерения угловых вращений кольцеаого OKr.

Поставленная цель достигается тем, что и резонатор введен кольцевой ОКГ, час76 ф тичный амплитудный поляризатор, ориентированный таким образом, что выделенное направление которого (плоскость поляризации, для которой пропускание поляризатора максимально) составляет угол 45 относительно плоскости резонатора, и качестве частичного амплитудного поляризатора использованы окошки активного элемента, На фиг. 1 и 2 представлены условные схемы двух вариантов предлагаемого устройства; на фиг. За,б — принцип действия устройства.

Генератор содержит зеркала кольцевого резонатора 1, 2 и 3, ячейка Фарадея 4, активный элемент 5 (на фиг. 1 активный элемент 5 изотропный по поляризации), блок 6 питания активного элемента, устройство 7 для сведения встречных лучей, фотодетектор 8, регистрирующее устройство 9, частичный амплитудный поляризатор 10.

В качестве частичного амплитудного поляризатора используют окна активного элемента, выставленные под углом, отличным от нормального. На одной иэ схем предлагаемого устройства (см. .фиг. 2) активный элемент 5 с наклонныи окошками выставлен так, что плоскость ения излучения на окошки составляет угол, равный (близкий к) 45О относительно плоскости резонатора.

Генератор работает следующим образом.

Устройство, не содержащее частичного амплитудного поляризатора, характеризуется частотно-.поляризационным спектром (см. фиг. За, где Q -оптическая частота, b9 - межмодовое расстояние, "+" и

"-" - направления распространения луча, стрелками условно обозначены состояния поляризации излучения, — -смещение

С 1)

2 частоты излучения при вращении устройства. Частотный спектр излучения для двух направлений распространения волн одинаков, т.е. частотной невзаимности устройство без частичного поляризатора не создает. Спектр состоит из двух наборов продоль;ых мод, сдвинутых друг относительно друга на половину межмодового интервала — (фиг. Зб). Поляри- вМ

7. зации же излучения для встречных направлений разные. В одном из направлений азимуты линейно поляризованного излучения для двух гребенок продольньix мод соответственно равны — — и

М 9

2 2 2

676 6 ния не будет отличаться от известного (фиг. За). В устройстве не используется кристаллическая пластинка, поэтому оно значитепьно менее подвержено влиянию.

5 таких внешних возмущений, как радиация и прочее.

При вращении устройства частоты генерации смешаются {фиг. Зб, пунктирные линии). Если в обоих направлениях осуществляется одномодовый режим генерации, то чмтота биений между встречными волнами на выходе фотодетектора отличается от на величину д ), пропорциоИ

Т напьную скорости вращения. Если осуществляется многомодовый режим генерации (фиг. Зб), то в спектре биений наблюдаются частоты — + д У и — - О1 9 у "V

2 2 скости резонатора, Разделение азимутов поляризации излучения для двух направле1 ний распространения равно углу Ч ° Добротности волн, поляризованных в разных плоскостях, одинаковы. При внесении в резонатор дополнительно частичного ампли» тудного поляризатора, выделенное нап15 равнение которого составляет угол, близкий к 45 относительно плоскости резонатора, ориентации плоскостей поляризаций,, воспроизводацихся за полный обход резонатора, изменяется, но незначительно.

Пропускание излучения дпя этих собственных поляризаций также изменится, причем оно станет разным дпя излучения, поляризованного в разных плоскостях. Подбором характеристик частичного амплитудного

25 поляризатора и угла поворота плоскости попяризации ячейкой Фарадея можно добиться режима, когда пропускание излучения дпя одних собственных поляризаций (лежащих в плоскостях, ориентированных под угпами - и — + — на фиг.

X Ч 36

2 2

За) меньше порогового значения, а дпя . других собственных, поляризаций (лежащих в плоскостях ориентированных под углами. и — - — на фиг. За) - выше

Ц М Ц>

2 2 35 порогового значения. Тогда в генерации реализуется лишь тот набор ч тот, который изображен на фиг. Зб (сплошные линии), т.е. режим расщепления частот встречных волк на половину межмодового ц ингервапа с разделенными поляризациями, причем разделение поляризаций встречных волн, в отличии от устройства без частичного амплитудного поляризатора увеличивается с уменьшением М . Разделение поляризаций излучения для встречных. направлений приводит к допопнитепьному уменьшению взаимодействия встречных волн. Что касается зависимости режима расщепления частот встречных 5в д4 волн на — от напряженности магнит2.

5 739 (Ю вЂ” угол поворота плоскости полярИзацин ячейкой Фарадея) относительно плоскости резонатора. Во встречном направлении азимута поляризаций для этих наборов продольных мод равны соответственно У и — + относительно пло2 2. ного поля на ячейке Фарадея, то эта зависимость заключается лишь в том, что при сильных отклонениях магнитного поля от заданной величины могут быть на- рушены пороговые условия генерации, в резупьтате чего частотный спектр иэпучеРазность этих величин несет информацию о вращении.

В случае одномодового режима генерации измерения малых частотных смещений, обусповпенных вращением, на фоне бапьшой частотной подставки затруднительны. Ис%. пользуя дополнительный радиотехнический гетеродин, настроенный на частоту, равную с — ., можно значительно облегчить извлечение информации. Однако, здесь требуется внешний высокостабилиэированный гетеродин.

Поэтому бопее предпочтительным явпяется многомодовый режим, где в качестве cmr нала гетеродина можно испопьэовать один из двух сигналов на выходе фотодетектора.

Способы измерения малых частотных измерений на фоне большой частотной подставки хорошо известны в радиотехнике.

Характеристики частичного поляризатора и ячейки Фарадея, при которых достигается требуемый режим, а также азимуты поляризаций излучения могут быть получены с помощью рассчетной методики, испопьэукхцей м)атриды Джонса.

Предложенный сольцевой ОКГ отличается . рядом преимуществ. В нем достигается частотный режим работы, который compoвождается и поляризационной невэаимностью встречных волн, что практически исключает взаимодействие волн из-эа обратного рассеяния. Этот частотный режим Мало зависит от изменения магнитного поля. В результате устройство дает возможность измерять угловые перемещения с большей по сравнению с известными устройствами точностью и pacatHряет диапазон измеряемых угловых скоротей. В устройстве не используются кристаллические аниэотропные элементы, по7 7396 76 и этому оно значительно менее чувствител » вращений, в резонатор помещен частичный но к таким возмущениям, как радиация, амплитудный поляризатор, выделенное высокая температура и т.д. направление которого составляет угол

45 относительно плоскости резонатора.

2. Генератор по п. 1, и т л и ч а— формула изобретения ю шийся тем, что в качестве частичного амплитудного поляризатора испопь1. Кольцевой оптический квантовый зованы окошки активного элемента, высгенератор для измерения угловых скорос- ставленные под углом, отличным от нортей и перемещений, содержащий резонатор, g мального. образованный нечетным количеством зер- Источники. информации, кап и размещенные в резонаторе изотроп- принятые во внимание при экспертизе ные элементы и ячейку Фарадея„о т л и - . 1. Авторское свидетельство СССР ч а ю шийся тем, что, с целью повы-. M 270359 кл 6 01 р 3/68 1964 .шения точности, чувствительности и рас-

739676

С ост авител ь С. Ры жин

Редактор Н. Шильникова Техред Ж. Кастелевич Корректор М. Вигула

Заказ 3053/9 Тираж 844 Подл ис ное

Ш1ИИПИ Государственного комитета СССР о делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4