Оптический кольцевой резонатор



Оптический кольцевой резонатор
Оптический кольцевой резонатор
Оптический кольцевой резонатор
Оптический кольцевой резонатор

 


Владельцы патента RU 2550700:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" (RU)

Оптический кольцевой резонатор может быть использован в качестве чувствительного элемента оптических гироскопов, в частности микрооптического гироскопа. Оптический кольцевой резонатор содержит не менее трех отражающих поверхностей, взаимное расположение которых обеспечивает циркуляцию света по замкнутому контуру. Хотя бы одна из отражающих поверхностей имеет различные радиусы кривизны в плоскости падения и в плоскости, перпендикулярной плоскости падения, проходящей через нормаль, восстановленную в точке падения. Значения этих радиусов обеспечивают равенство нулю суммы элементов главной диагонали лучевой матрицы обхода резонатора. Технический результат - возможность использования в качестве чувствительного элемента микрооптического гироскопа за счет совпадения собственных мод по частоте. 2 ил.

 

Изобретение предназначено для использования в качестве чувствительного элемента оптических гироскопов, в частности микрооптического гироскопа.

Известен оптический кольцевой резонатор (патент US 4533249), представляющий собой планарный кольцевой волновод, который обеспечивает циркуляцию света по замкнутому контуру.

Недостатком такого устройства является увеличение потерь при уменьшении габаритов.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому является оптический кольцевой резонатор (Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1983, стр. 500), в состав которого входят не менее трех отражающих поверхностей, взаимное расположение которых обеспечивает циркуляцию света по замкнутому контуру. Особенностью кольцевых резонаторов является несовпадение частот собственных мод.

Недостатком такого устройства является несовпадение частот собственных мод, приводящее к невозможности использования его в качестве чувствительного элемента микрооптического гироскопа.

Задачей, решаемой изобретением, является разработка кольцевого резонатора, собственные моды которого совпадают по частоте.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом кольцевом оптическом резонаторе, так же, как и в известном, в состав кольцевого оптического резонатора входят не менее трех отражающих поверхностей, взаимное расположение которых обеспечивает циркуляцию света по замкнутому контуру. Но, в отличие от известного, в предлагаемом кольцевом оптическом резонаторе хотя бы одна из отражающих поверхностей имеет различные радиусы кривизны в плоскости падения и в плоскости, перпендикулярной плоскости падения, проходящей через нормаль, восстановленную в точке падения, значения которых обеспечивают равенство нулю суммы элементов главной диагонали лучевой матрицы обхода резонатора.

Достигаемым техническим результатом является разработка кольцевого резонатора, подходящего для использования в качестве чувствительного элемента микрооптического гироскопа.

Изобретение поясняется чертежами, где:

на фиг.1 представлен один из вариантов исполнения предлагаемого оптического кольцевого резонатора,

на фиг.2 представлен один из вариантов исполнения предлагаемого оптического кольцевого резонатора.

Предлагаемый оптический кольцевой резонатор должен содержать не менее трех отражающих поверхностей, так как иначе площадь контура, обходимого светом при циркуляции по резонатору, будет равна нулю, резонатор будет не чувствителен к вращению, и его будет невозможно использовать в качестве чувствительного элемента гироскопа.

Рассмотрим предлагаемый оптический кольцевой резонатор на примере одного из вариантов его исполнения, представленного на фиг.1. Он состоит из отражающих поверхностей 1-4, расположенных в вершинах квадрата. Все отражающие поверхности могут быть образованы как зеркалами, так и призмами. Также они могут быть образованны разными гранями одной многогранной призмы. Отражающие поверхности 1 и 3 - плоские. Отражающие поверхности 2 и 4 одинаковы и имеют различные радиусы кривизны в плоскости падения и в плоскости, перпендикулярной плоскости падения, проходящей через нормаль, восстановленную в точке падения.

Лучевая матрица обхода резонатора равна произведению матриц отдельных элементов, записанных справа налево в том порядке, в котором пучок, циркулирующий по резонатору, проходит эти элементы [Быков В. П., Силичев О.О. Лазерные резонаторы. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. - с.37]. Перемножив матрицы отдельных элементов рассмотренного резонатора, получим следующие формулы:

где М||, M - лучевые матрицы, описывающие резонатор в плоскости симметрии и в плоскости, перпендикулярной плоскости симметрии соответственно; R|| - радиус кривизны отражающих поверхностей 2 и 4 в плоскости падения; R - радиус кривизны отражающих поверхностей 2 и 4 в плоскости перпендикулярной плоскости падения; а - оптическая длина стороны резонатора.

В предлагаемом резонаторе, значения радиусов кривизны R|| и R обеспечивают равенство нулю суммы элементов главной диагонали лучевой матрицы обхода резонатора: A + D = A + D = 0 . Для рассмотренного варианта исполнения предлагаемого резонатора, это выполняется при следующих радиусах кривизны: R || = 4 a ( 2 ± 1 ) , R = 2 a ( 2 ± 1 ) .

Существуют варианты исполнения предлагаемого резонатора, только одна из поверхностей которого имеет различные радиусы кривизны в плоскости падения и в плоскости, перпендикулярной плоскости падения, проходящей через нормаль, восстановленную в точке падения, значения которых обеспечивают равенство нулю суммы элементов главной диагонали лучевой матрицы обхода резонатора. Один из таких вариантов представлен на фиг.2. Он состоит из отражающих поверхностей 1-4, расположенных в вершинах квадрата. Отражающая поверхность 2 имеет различные радиусы кривизны в плоскости падения и в плоскости, перпендикулярной плоскости падения, проходящей через нормаль, восстановленную в точке падения, равные R|| и R соответственно. Остальные отражающие поверхности являются плоскими. Для такого варианта исполнения предлагаемого резонатора, равенство нулю суммы элементов главной диагонали лучевой матрицы обхода резонатора A + D = A + D = 0 обеспечивается при следующих радиусах кривизны: R || = 4 2 a , R = 2 2 a .

Частоты собственных мод произвольного резонатора определяется следующей формулой [Быков В.П., Силичев О.О. Лазерные резонаторы. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004, с.85]:

где l - продольный и m, n - поперечные целочисленные индексы мод, L - полная оптическая длина пути, проходимого пучком в резонаторе до замыкания, с - скорость света, flmn - частота (Гц) моды с индексами l, m, n; A||, A, D|| и D диагональные элементы лучевых матриц резонатора для двух плоскостей (плоскости падения и перпендикулярной к ней).

Частоты собственных мод предлагаемого резонатора определяется следующей формулой:

Частотный интервал между соседними поперечными модами кратен интервалу между соседними продольными модами. Собственные моды предложенного кольцевого резонатора совпадают по частоте. Одной собственной частоте резонатора соответствуют несколько собственных мод. Интервалы между собственными частотами эквидистантны и равны c/4L. Благодаря этому при использовании предложенного оптического кольцевого интерферометра в качестве чувствительного элемента микрооптического гироскопа, например, работающего по провалу коэффициента пропускания (патент US 5141315), провалы, соответствующие соседним модам, не перекрываются. Это делает предложенный оптический кольцевой интерферометр подходящим для использования в качестве чувствительного элемента микрооптического гироскопа.

Оптический кольцевой резонатор, в состав которого входят не менее трех отражающих поверхностей, взаимное расположение которых обеспечивает циркуляцию света по замкнутому контуру, отличающийся тем, что хотя бы одна из отражающих поверхностей имеет различные радиусы кривизны в плоскости падения и в плоскости, перпендикулярной плоскости падения, проходящей через нормаль, восстановленную в точке падения, значения которых обеспечивают равенство нулю суммы элементов главной диагонали лучевой матрицы обхода резонатора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к лазерной технике. .

Изобретение относится к лазерным гироскопам и предназначено для увеличения срока службы трехосного гироскопа. .

Изобретение относится к лазерной технике, в частности к твердотельным импульсным лазерам. .

Изобретение относится к твердотельным лазерным гироскопам, предназначенным для измерения скорости вращения или относительных угловых положений, и используется, в частности, в области аэронавигации.

Изобретение относится к твердотельным лазерным гироскопам, предназначенным для измерения скорости вращения или относительных угловых положений, и может быть использовано, в частности, в области аэронавигации.

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано при создании мощных лазеров с активной средой, имеющей прямоугольное сечение, например мощных волноводных газовых лазеров с диффузионным охлаждением или слэб-лазеров.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к области преобразования параметров вращения в электрический сигнал с помощью гидроскопов, в которых чувствительным элементом служит кольцевой лазер, и может быть использовано, например, в системах навигации.

Изобретение относится к квантовой электронике, в частности к технике газовых лазеров, и может быть использовано при конструировании датчиков лазерных гироскопов. .

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в лазерной гирометрии и измерительной технике. .

Изобретение относится к лазерной физике и может быть использовано для создания источников лазерного излучения видимой области света, в оптической иетерферрометрии и измерительной технике.

Узкополосный кольцевой волоконный лазер состоит из диода накачки, элемента Пельтье и кольцевого однонаправленного резонатора. Указанный резонатор включает активное волокно, делитель излучения, поляризационный циркулятор, волоконно-оптический изолятор и спектральный уплотнитель с линейной частью в виде насыщающего поглотителя из ненакачиваемого активного волокна и волоконной брэгговской решетки. Активное волокно выполнено с высокой концентрацией легирующей примеси, а волоконно-оптический изолятор расположен между спектральным уплотнителем и поляризационным циркулятором, установленным вместе с делителем излучения с обеспечением встречного направления излучения узкополосного кольцевого волоконного лазера и излучения накачки. Устройство позволило добиться стабильной генерации лазерного излучения. 3 ил.

Изобретение касается отбраковки кольцевых резонаторов лазерных гироскопов по величине порога зоны нечувствительности (порога захвата) и значениям нелинейных искажений масштабного коэффициента. Способ заключается в том, что возбуждают в кольцевом резонаторе волны собственных колебаний с помощью излучения внешнего лазера и определяют величину порога полосы захвата кольцевого резонатора, по превышению допустимого значения которого принимают решение об отбраковке кольцевого резонатора. Дополнительно возбуждают в кольцевом резонаторе собственное колебание во встречном направлении путем установки у выходного зеркала кольцевого резонатора возвратного зеркала, и проводят измерение временных зависимостей интенсивностей встречных волн, выходящих из кольцевого резонатора, при продольном перемещении возвратного зеркала на расстояние, превышающее половину длины волны лазерного излучения, а величину порога полосы захвата кольцевого резонатора определяют по результатам измерений временных зависимостей интенсивностей встречных волн. Технический результат заключается в повышении точности отбраковки. 3 ил.

Лазерная система одномодового одночастотного излучения содержит систему поворотных зеркал, установленных с возможностью образования кольцевого резонатора и по меньшей мере одной дополнительной петли излучения в нём. Перекрестье каждой дополнительной петли локализовано в центральной области среды активного элемента. При этом каждая дополнительная N-я петля излучения формируется пучком излучения, проходящим среду активного элемента N+1-й раз. Пучки излучения каждой из петель записывают обращающие волновой фронт зеркала в среде активного элемента - дифракционную решётку усиления, а генерируемые пучки излучения отражаются от них и когерентно складываются между собой, образуя при этом выходное лазерное излучение. Технический результат - уменьшение порогового усиления активного элемента, числа активных элементов в парциальном генераторе при построении многоканальных лазерных систем, габаритных размеров лазерной системы; расширение диапазона активных сред, используемых для генерации лазерного излучения; осуществление генерации лазерного излучения на не основных лазерных переходах для его дальнейшего смещения в среднюю инфракрасную область спектра лазерного излучения. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к гироскопам и измерительной технике и может быть использовано для регулировки периметра зеемановского лазерного гироскопа. Система содержит фотоприемник излучения кольцевого лазера, вход которого является входом излучения кольцевого лазера, оснащенного пьезоприводом и содержащего блок частотной подставки, вход которого является входом сигнала знакопеременной подставки, а выход соединен с невзаимным устройством кольцевого лазера, включенным в его резонатор. Первый синхронный детектор, первый вход которого соединен с выходом фотоприемника излучения кольцевого лазера, а второй вход является входом сигнала знакопеременной подставки, интегратор со сбросом, вход которого соединен с выходом первого синхронного детектора. Усилитель, первый вход которого соединен с выходом интегратора со сбросом, а выход соединен с пьезоприводом кольцевого лазера, второй синхронный детектор, первый вход которого является входом сигнала знакопеременной подставки, а второй вход соединен с выходом усилителя, интегратор, вход которого соединен с выходом второго синхронного детектора. Синхронный модулятор, первый вход которого является входом сигнала знакопеременной подставки, второй вход соединен с выходом интегратора, а выход соединен со вторым входом усилителя. Технический результат заключается в повышении точности регулировки. 4 ил.
Наверх