Описание кольцевого лазера

Лабораторная работа

Изучение конструктивных решений лазерных гирометров в моноблочном исполнении

Москва - 2003г.

Описание составили:

К.т.н., доцент С.А. Болотнов

К.т.н., доцент Н.М. Вереникина

Ассистент А.А. Алексейченко

Цель работы:

1. Ознакомление студентов с особенностями конструкции призменного лазерного гирометра на базе изучения теоретической части и действующего образца;

2. Закрепление теоретических положений лекционного курса на примере изучения конструкции конкретного образца лазерного гирометра и измерения его важнейших характеристик.

Лабораторная работа является дополнением к разделу курса лекций в части «Техника лазерной гирометрии».

Лабораторная работа включает в себя два этапа:

1. Изучение принципов действия и основных элементов конструкции лазерных гирометров на примере призменных лазерных гирометров в моноблочном исполнении;

2. Ознакомление с конструктивными особенностями и измерение геометрических характеристик конкретного обраца (по указанию преподавателя)

Изучение конструкции призменного лазерного гирометра на виброподвесе

Лазерный гирометр предназначен для одноосных измерений угловых перемещений объектов в инерциальном пространстве. Он может быть использован в угломерных установках, в системах пространственной стабилизации объектов, а также в составе бесплатформенных инерциальных навигационных систем.

В лазерном гирометре используется кольцевой оптический резонатор, в котором генерируются две независимые противоположно направленные оптические бегущие волны. Частоты бегущих волн зависят от вращения кольцевого резонатора в инерциальном пространстве. Из разности частот двух встречных волн можно непосредственно определить параметры вращения резонатора.

Структурная схема лазерного гирометра

Лазерный гирометр состоит из кольцевого призменного резонатора, схемы совмещения встречных волн, фотоприемника и вычислительного устройства. Для обеспечения нормального функционирования лазерного гирометра в его состав еще входит ряд элементов. На рис.1 представлена структурная схема призменного лазерного гирометра с виброподставкой.

Рис. 1. Структурная схема призменного лазерного гирометра

Описание кольцевого лазера

Основным элементом лазерного гирометра является кольцевой лазер (КЛ). КЛ (рис. 2) представляет собой моноблочную конструкцию, что обеспечивает стабильное положение оптических и других элементов, а также размещение активной среды.

Моноблок (рис. 3) изготовлен из материала СО-115М, который отличается малым коэффициентом температурного расширения. В моноблоке предусмотрены каналы для распространения оптического излучения, резервный объем для запаса газа, пазы для расположения электродов и фотоприемника.

КЛ представляет собой систему дисперсионных призм ПВО, изготовленных из КУ-1, преломляющая грань которых установлена под углом Брюстера. Это позволяет минимизировать поток излучения в направлении встречной волны, а также произвести селекцию продольных мод.

Рис. 2. Кольцевой лазер

Основные типы оптических призм полного внутреннего отражения приведены ниже (рис. 4).

Рис. 4. Основные типы отражателей

В первом случае призма поворачивает оптическую ось на 90°, во втором – на 180°, в третьем – на 120°. Во всех случаях угол падения излучения на поверхности призм равен углу Брюстера, поэтому излучение в резонаторе плоскополяризовано и потери на преломляющих поверхностях стремятся к нулю. Некоторые наиболее распространенные из возможных конфигураций резонаторов приведены ниже (рис. 5).

Система поперечных диафрагм в кольцевом лазере осуществляет селекцию поперечных мод.

Призмы и диафрагмы крепятся на оптический контакт. Оптический контакт возникает между двумя поверхностями, имеющими высокую плоскостность и низкую шероховатость. Основа оптического контакта – силы межмолекулярного взаимодействия, проявляющиеся при сближении поверхностей на расстояние существенно меньше длины волны видимого излучения. Этот вид соединения отличается обеспечением высокой точности расположения соединяемых деталей, вакуумированностью и чистотой места соединения.

Для получения информации о параметрах вращения часть энергии встречных волн выводится из резонатора. Для этого предусмотрена фотосмесительная призма, которая крепится на один из отражателей и выводит лучи под малым углом.

Призмы закрываются колпачками, которые паяются индием. Использование ультразвуковой пайки индием делает крепление колпачков легким для сборки и разборки.

Рис. 5. Конфигурации резонаторов