[发明专利]一种大区域工作物质激光陀螺技术

说明书

本发明属于激光技术及应用。

特别适用于堪探、航海、航空、航天等高精度要求的应用领域。目前国内外同类技术大体分两类：一类是机械式，另一类是激光式。其中机械式又分为轴承式、悬浮式和振动式。机械式陀螺采用角动量守恒原理或惯性矢量守恒;目前的激光式陀螺则是利用环形谐振腔中双向激光束的频率差，并通过不同的鉴频技术进行测量量转换。总体来看，机械式陀螺有启动时间较长，寿命较短，性能较差等缺点。目前的激光陀螺虽寿命较长，启动时间短，但漂移和灵敏度等指标较机械陀螺无明显改进，且成本较高，不易调整，仍不能完全满足高精度技术的需要。

本发明的目的就在于解决已有技术的不足之处，在中国专利申请第91104933.9号的基础上采用较大区域激光工作物质式结构，使该技术下的陀螺技术更易于加工，成本也有所降低，特别适合应用于堪探，航海、航空、航天等高精度要求的应用领域。

本发明的技术关键就在于直接利用光的玻印廷矢量定向（参见中国专利申请第91104933.9号“超高精度激光陀螺技术及装置”），当激光工作物质被激励后，由外来光束照射均匀的非线性吸光层或激励掺入吸光介质的某一谐振通道，实现启动，再由激光谐振腔继续维持激光束的谐振，形成与激光谐振腔以激光介质为轴心转动无关的定向激光束，如使激光谐振腔绕自身的对称轴旋转便可大大减少激光谐振主方向的漂移。使激光谐振腔绕其对称轴旋转的优点在于;由加工误差所产生的趋势性漂移，有顺时针的，有逆时针的，而根据圆周上误差的微分几何特点。当使激光谐振腔绕其对称轴旋转时，这些旋向相反的趋势漂移刚好呈相互抵消的趋势，结果使绝大部分趋势漂移被消除。

激光谐振腔内的介质光盘可选取与激光工作物质的色散特性相反的材料，用以克服色散。

本发明的其它主要设计思想是：

1、激光谐振腔内的某些器件表面，如：激光工作物质、介质光盘、环形反射腔等的表面处可进行光栅化处理用以放宽对表面加工精度的要求。

2、利用固定在激光工作物质或介质光盘等器件上的电致变形材料，微调器件间的相对位置，使谐振最佳。

由于采用了以上设计方案本发明技术相对已有技术具有以下特点：

1、采用较大区域的激光工作物质使加工更易于实现。

2、具有较低的综合成本。

3、进行色散补偿有利于提高激光工作物质谐振区的面积及减小漂移。

下面结合附图仅对本发明技术的几个较佳实施例进一步说明：

[图一]    大区域工作物质激光陀螺结构原理示意图之一

[图二]    激光谐振腔体内几何光路府视图

[图三]    激光谐振腔体内几何光路侧视图

[图四]    一般激光介质的色散补偿结构原理示意图之一

[图五]    一般激光介质的色散补偿结构原理示意图之二

[图六]    大区域工作物质激光陀螺结构原理示意图之二

如[图一]所示;当激光工作物质①在泵浦光源②激励下，沿轴向看来，激光工作物质①发出的平行散射光汇聚于环形反射腔④的反射面上，[图二]所示。沿垂直于轴的方向来看，可使散射光近似平行的投射到环形反射腔④的反射面上。由于介质光盘③具有一定量的吸光性质，使激光谐振在任意直径方向都不能产生。当启动光源⑤所发出的光束照射介质光盘③某一直径两端的局部区域后，激光谐振便在该直径方向上产生，且在激光谐振腔⑥内的物理规律制约下，激光束的反射端会自发形成一定的形状并很快稳定。该激光谐振的主方向与激光谐振腔⑥绕对称轴的转动无关，如[图一]所示（详见中国专利申请第91104933.9号）。

由于圆周上误差的微分几何学特点。当使激光谐振腔⑥在电机⑦的趋动下绕其对称轴匀角速度旋转时，这些旋向相反的趋势漂移刚好呈相互抵消的趋势，结果绝大部分趋势漂移被消除，剩余的少量趋势性漂移也将是一个极其稳定的常值，沿单一旋向旋进，可由导航计算机来处理。

[图四]、[图五]、[图六]是在上述思想框架内的一些其它较佳例证的代表，其基本工作原理同上。[图四]中的⑧是电致变形陶瓷，用以调节激光工作物质沿轴向的微小位移，以克服加工所带来的微小偏差。在其它的几个实施例中也可灵活使用电致变形陶瓷，以克服较低精度下的加工的不足。