JPS5842635B2 - Laser Shilo using ring laser - Google Patents
Laser Shilo using ring laserInfo
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- JPS5842635B2 JPS5842635B2 JP57039070A JP3907082A JPS5842635B2 JP S5842635 B2 JPS5842635 B2 JP S5842635B2 JP 57039070 A JP57039070 A JP 57039070A JP 3907082 A JP3907082 A JP 3907082A JP S5842635 B2 JPS5842635 B2 JP S5842635B2
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
- G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
- G01C19/66—Ring laser gyrometers
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、運動体の角速度または角変位を測定するた
めに一方向進行波リング・レーザ(Unidirect
ional Ring La5er ;以下URLと称
す)を用いたレーザ・ジャイロに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention uses a unidirectional traveling wave ring laser (Unidirect) to measure the angular velocity or angular displacement of a moving object.
The present invention relates to a laser gyro using the ional Ring La5er (hereinafter referred to as URL).
従来、レーザ・ジャイロと称されるものには、通常の双
方向進行波リング・レーザ
(Conventional Ring La5er
;以下CRLと称す)を用いるリング・レーザと、光源
としてレーザ光を用い、尤ファイバで閉回路をつくる光
干渉計型レーザ・ジャイロがあった。Conventionally, what is called a laser gyro includes a conventional bidirectional traveling wave ring laser (Conventional Ring La5er).
; hereafter referred to as CRL), and an optical interferometer type laser gyro that uses laser light as a light source and creates a closed circuit with a magnetic fiber.
この発明ではリング・レーザを用いるものであるので、
従来のリング・レーザを用いたレーザ・ジャイロについ
てはじめに説明する。Since this invention uses a ring laser,
First, a laser gyro using a conventional ring laser will be explained.
第1図は従来のCRLの略構成図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a conventional CRL.
この図において、LTはレーザ発振器、Llは時計方向
まわりのレーザ光、L2は反時計方向まわりのレーザ光
、PMは全反射ミラー、TMは一部透過ミラー、PDは
光検出器または光ビート周波数検出器、IAは入力軸、
ωは前記入力軸IAまわりの角速度である。In this figure, LT is a laser oscillator, Ll is a clockwise laser beam, L2 is a counterclockwise laser beam, PM is a total reflection mirror, TM is a partially transmission mirror, and PD is a photodetector or optical beat frequency. Detector, IA is the input shaft,
ω is the angular velocity around the input axis IA.
そして入力軸IAが回転すると各構成部品は相対位置は
変えずに同じく回転する。When the input shaft IA rotates, each component rotates in the same manner without changing its relative position.
CRLは一般によく知られているように光共振器内でレ
ーザ発振器LTから双方向にレーザ光L1.L2が進行
し、リング・レーザ発振が形成されるため、入力軸IA
の角速度ωが微小な領域では相反する方向に進行するレ
ーザKL、、L2の発振周波数が接近するため、これら
は定在波状態におち入り、微小入力があってもそれを感
知しない領域がある。As is generally well known, the CRL transmits laser beams L1 . As L2 progresses and a ring laser oscillation is formed, the input axis IA
In the region where the angular velocity ω is small, the oscillation frequencies of the lasers KL, L2 traveling in opposite directions approach each other, so they fall into a standing wave state, and there is a region where even if there is a small input, it is not sensed. .
これを第2図の特性図に示す。第2図で、縦軸はビート
周波数△f、横軸は角速度ωを示す。This is shown in the characteristic diagram of FIG. In FIG. 2, the vertical axis shows the beat frequency Δf, and the horizontal axis shows the angular velocity ω.
このように、従来のCRLを用いるレーザ・ジャイロは
角速度ω=0付近において、不感領域L I (Loc
k −in)が生ずる等の問題を有している。In this way, the laser gyro using the conventional CRL has a dead area L I (Loc
k -in) occurs.
従って、不感領域LIの存在はリング・レーザ・ジャイ
ロの高精度化の重大な障害となるため、これを解消する
ための方法が種々試みられてきた。Therefore, the existence of the dead area LI is a serious obstacle to increasing the precision of the ring laser gyro, and various methods have been attempted to solve this problem.
このうち実用化に成功したものは、米国ハネウェル社の
ディザ一方式と米国スベリ−ランド社のファラデー効果
を利用する方式があげられる。Among these, the ones that have been successfully put into practical use include the dithering method by Honeywell Corporation of the United States and the method using the Faraday effect by Sveri-Land Corporation of the United States.
ディザ一方式は人力軸まわりに安定した機械的振動レイ
トを与え、微小入力時の不感性を解消しているが、機械
的ディザ−(震え)を与える装置が機械的であるため、
信頼性の点で欠点がある。The one-type dither provides a stable mechanical vibration rate around the human axis, eliminating insensitivity during minute inputs, but since the device that provides mechanical dither (vibration) is mechanical,
There are drawbacks in terms of reliability.
ファラデー効果方式はリング・レーザの光共振器内の光
路内にファラデー・シェルを挿入し、光路に沿って適当
な強さの磁界を与えることによって、その磁界の向きに
進む光波の位相を進ませ、入力ゼロの状態でも相反する
方向に進む光波のそれぞれの発振周波数に大差を与えて
(一定のバイアスを与え)入力ゼロ付近の不感性を解消
しているが、ファラデー・シェルの温度や磁界の制御等
に高精度(バイアスの安定性に影響する)が要求される
等の欠点がある。In the Faraday effect method, a Faraday shell is inserted into the optical path inside the optical resonator of a ring laser, and by applying a magnetic field of appropriate strength along the optical path, the phase of the light wave traveling in the direction of the magnetic field is advanced. Even in the state of zero input, the insensitivity around zero input is eliminated by giving a large difference in the oscillation frequency of each light wave traveling in opposite directions (by giving a constant bias), but due to the temperature of the Faraday shell and the magnetic field. It has drawbacks such as requiring high precision in control (affecting bias stability).
光干渉計型レーザ・ジャイロは、いわゆる受動形の干渉
計(Pa5sive Interferometer
)と称されるもので、マイケルソン型干渉計と同じ原理
に立脚している。The optical interferometer type laser gyro is a so-called passive interferometer (Pa5sive Interferometer).
) and is based on the same principle as the Michelson interferometer.
そのため、このレーザ・ジャイロは感度を上げるために
、きわめて長い閉光路を必要とするなどの欠点がある。Therefore, this laser gyro has drawbacks such as requiring an extremely long closed optical path in order to increase sensitivity.
この発明は上記従来のレーザ・ジャイロの欠点を解消す
るためになされたもので、レーザ・ジャイ・白の不感領
域をなくした高精度のURLを提供するものである。This invention was made to eliminate the above-mentioned drawbacks of the conventional laser gyro, and provides a highly accurate URL that eliminates the laser gyro and white insensitive area.
以下この発明を図面に基づいて説明する。The present invention will be explained below based on the drawings.
。 ・第3図はこの発明の一実施例を
示す略構成図で、レージ・ジャイロが1軸の場合を示す
。.・FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the present invention, and shows a case where the range gyro has one axis.
同図に示すように、この発明は、進行光波が互に反対向
きの2つのURLと前記両レーザの出力のビート周波数
を検出する1つの光検出器RODから構成されている。As shown in the figure, the present invention is comprised of two URLs whose traveling light waves are directed in opposite directions, and one photodetector ROD that detects the beat frequency of the outputs of both lasers.
URLは、1個のレーザ発振器LT、2個の全□反射ミ
ラーPM、1個の一部透過ミラーTMで閉回路をつくる
光共振器および光共振器内を双方向に進行するレニザ光
のうち、一方向のレーザ発振をとめ、他の方向に進むレ
ーザ光だけの存在を許す一方向進行波装置UDで基本的
に構成される。The URL is an optical resonator that forms a closed circuit with one laser oscillator LT, two fully reflective mirrors PM, and one partially transmissive mirror TM, and among the reniza light that travels bidirectionally within the optical resonator. , basically consists of a unidirectional traveling wave device UD that stops laser oscillation in one direction and allows only laser light traveling in the other direction to exist.
R,ODは全反射ミラーPM;ビームスプリッタBS、
光検出器PDで゛構成される。R, OD are total reflection mirrors PM; beam splitter BS,
It is composed of a photodetector PD.
次に動作原理について説明する。Next, the operating principle will be explained.
図4はこの発明の動作原′理図である。FIG. 4 is a diagram showing the principle of operation of this invention.
こめ図において、レーザに’Lを発振するURLをUR
Lcw、レーザ光L1を発振するURLをU ’RL
c c* とする。In the diagram, enter the URL that oscillates 'L' on the laser.
Lcw, U'RL the URL that oscillates the laser beam L1
Let c c *.
U RL”cwとU RL c’cvJそれぞれの閉光
路面が相互に平行に配置され、入力軸はそれぞれの閉光
路面の共通する法線と一致するものとする。It is assumed that the closed optical path surfaces of U RL''cw and U RL c'cvJ are arranged parallel to each other, and the input axis coincides with a common normal of the respective closed optical path surfaces.
まず、URL”ccwについて着目すると、入力角速度
ω=0の場合、URLccwから発振するレーザ光L2
の発振周波数はその閉光路長(Optic’aiCmv
:’i ty′Leng’th)に依存し・である一定
値をとる。First, focusing on the URL "ccw, when the input angular velocity ω=0, the laser beam L2 oscillated from the URL ccw
The oscillation frequency of is determined by its closed optical path length (Optic'aiCmv
:'i ty'Leng'th) and takes a constant value.
いま、角速度ωが入力軸(感度軸)まわりに印加された
とすると、U’1(Lccvのレーザ発振周波数は光の
ドプラー効果(見かけ上)によって、角速度ωに比例し
て変化する。Now, if the angular velocity ω is applied around the input axis (sensitivity axis), the laser oscillation frequency of U′1(Lccv changes in proportion to the angular velocity ω due to the Doppler effect (apparently) of light).
同様□にURLcwのレーザJL、の発振周波数も場の
印加によって周波数変調を受ける。Similarly, the oscillation frequency of the laser JL of URLcw in □ is also frequency modulated by the application of the field.
LlとL2の周波数変調の向き、 土
は相反する性質(図4において、Llの発振周波数は低
くなり、L2のそれは高くなる)にあるため、これらの
レーザ光をRODを介して同一進行波として統合干渉さ
せれば、これらは尤ヘテロダイン効果によって相互に干
渉し、尤ビート信号を生起する。Since the directions of frequency modulation of Ll and L2 are contradictory (in Figure 4, the oscillation frequency of Ll is low and that of L2 is high), these laser beams are transmitted through the ROD as the same traveling wave. If they are integrated and interfered, they will interfere with each other through the likely heterodyne effect and generate a likely beat signal.
このビート周波数はωに比例するので、この周波数を測
定することによりωを知ることができる。Since this beat frequency is proportional to ω, ω can be known by measuring this frequency.
次に上記の定性的説明を以下に定量的に説明する。Next, the above qualitative explanation will be explained quantitatively below.
第4図において、URLccwの円閉尤路の半径をR1
入力角速度をωとし、レーザ光L3が点P(発光点と同
時に観測点)から反時計方向まわりに発振し、もとの位
置にもどるまでの時間をtとする。In Figure 4, the radius of the circular closed likelihood path of URLccw is R1
The input angular velocity is ω, the laser beam L3 oscillates counterclockwise from the point P (the observation point at the same time as the light emitting point), and the time it takes to return to the original position is t.
いま、ω−〇のとき、光が円閉尤路を1周する時間to
は、
ただし、Cは真空中の光速である。Now, when ω-〇, the time for the light to go around the circular closed likelihood path is to
, where C is the speed of light in vacuum.
時計方向まわりに角速度ωが印加されたとき、光が1周
する時間tCcwは、 □
′従って、角速度(2)ま、ω=Oとω−ωのときに
、光が1周するに要する□時間差△tは、第(1)式、
第(2)式より、
ω=0のときとω−ωのときの光学的−同距離め見かけ
上の差△Lは次の第(4)式で与えられる5第(3)式
を第(4)式に代“入すれば、ここに、A−πR2はU
RI、’cc州り円閉尤路が囲む面積である。When the angular velocity ω is applied in the clockwise direction, the time tCcw for the light to make one revolution is: □
'Therefore, when the angular velocity is (2), ω = O and ω - ω, the □ time difference △t required for the light to make one revolution is given by Equation (1),
From Equation (2), the apparent difference △L at the same optical distance when ω = 0 and when ω - ω is obtained by subtracting Equation 5 (3) given by Equation (4) below. By substituting it into equation (4), we get that A−πR2 is U
RI, 'cc state is the area enclosed by the circularly closed likelihood path.
一方、リングルニザの発振条件は次の第(6)式で示さ
れる。On the other hand, the oscillation condition of the ring-nuzzer is expressed by the following equation (6).
ν=C/λ(シ:レーザ発振周波数、λ:レーザの波長
)より、第(6)式は次の第(7)式となる。From ν=C/λ (Sh: laser oscillation frequency, λ: laser wavelength), equation (6) becomes the following equation (7).
ここに、m:正の整数、 第(7)式より、 L:光共振器の閉光路長、 第(8)式は近似的に次の第(9)式で表わせる。Here, m: positive integer, From equation (7), L: closed optical path length of optical resonator, Equation (8) can be approximately expressed by the following equation (9).
従って、第(5)式を第(9)式に代入すれば、ここに
、△νはωの印加によって、ω−0のときのレーザ発振
周波数ν。Therefore, by substituting equation (5) into equation (9), Δν is the laser oscillation frequency ν when ω-0 due to the application of ω.
からの周波数変化量を意味する。means the amount of frequency change from .
それゆえ、URLccwのレーザ発振周波数fCCWは
次の第01)式で示される。Therefore, the laser oscillation frequency fCCW of URLccw is expressed by the following equation 01).
カドし、ωは時計方向まわりを正とする。ω is positive in the clockwise direction.
URLcwのレーザ発振周波数fcwについても、UR
Lccwのときと同様に示すこ・とができるが、その場
合、△νの符号が反対となり、次の第(12)式で表わ
せる。Regarding the laser oscillation frequency fcw of URLcw, UR
It can be expressed in the same way as in the case of Lccw, but in that case, the sign of Δν becomes opposite, and it can be expressed by the following equation (12).
ただし、URLcwはURLccwと全く同等につくら
れているものとする(各光共振器内のレーザ光の進行向
きは互に反対である)。However, it is assumed that URLcw is created exactly the same as URLccw (the traveling directions of the laser beams in each optical resonator are opposite to each other).
レーザKL1とL2のビート周波数△fは第00式と第
02式から、次の第03)式で与えられる。The beat frequency Δf of the lasers KL1 and L2 is given by the following equation 03) from equations 00 and 02.
第5図、第6図はこの発明のさらに他の実施例を示す概
略構成図で、それぞれ第3図の構成を基本にしてレーザ
・ジャイロが2軸と3軸の場合を図形的に示したもので
ある。FIGS. 5 and 6 are schematic configuration diagrams showing still other embodiments of the present invention, and graphically illustrate cases in which the laser gyro has two axes and three axes, respectively, based on the configuration shown in FIG. It is something.
上記第5図、第6図の実施例の動作は、基本的に第3図
の1軸のレニザ・ジャイロと同一のためその説明を省略
する。The operation of the embodiment shown in FIGS. 5 and 6 is basically the same as that of the single-axis Lenizza gyro shown in FIG. 3, so the explanation thereof will be omitted.
この発明の実施例によるレーザ・ジャイロの構成要素の
中で、特に重要なものは、一方向進行波装置UDである
。Among the components of the laser gyro according to the embodiment of the present invention, a particularly important one is the unidirectional traveling wave device UD.
これは、リング・レーザの共振器内の光路に沿って挿入
され、一方向の進行波に対しては外乱を与えないで通過
させ、その反対方向の進行波に対してはその直線偏向面
(レーザ発振器LTから放射される光波は面偏向してい
るとする)の角度を変えて通過させる。This is inserted along the optical path inside the ring laser's resonator, allowing waves traveling in one direction to pass through without any disturbance, and passing waves traveling in the opposite direction through its linear deflection surface ( It is assumed that the light wave emitted from the laser oscillator LT is plane-polarized.
その結果、共振器内で誘導放射されるレーザ光は外乱を
与えられないでU、Dを通過する世渡成分のみとなり、
方向進行レーザ光がその’URLから出力される。As a result, the laser light that is stimulated and emitted within the resonator becomes only the world-class component that passes through U and D without being subjected to any disturbance.
Directional traveling laser light is output from that 'URL.
以上説明したように、この発明は、URLを用いてジャ
イロを構成じたので、URLの光共振器内で増幅される
レーザ光は一方向にのみ進行するため、従来の双方向進
行波リング・レーザにみられるような微小入力角速度時
の定在波現象が本質的((発生するおそれがなズ、その
ため微小入力角速度時の不感性を除去でき、高精度化を
達成できる。As explained above, since the present invention configures a gyro using a URL, the laser light amplified within the optical resonator of the URL travels in only one direction, so the conventional bidirectional traveling wave ring There is essentially no risk of standing wave phenomenon occurring at minute input angular velocities, as seen in lasers, so insensitivity at minute input angular velocities can be eliminated and high accuracy can be achieved.
さらに、この発明は同一構成のURLを2つ組合せて用
いるので;製造が容易になる利点がある。Furthermore, since this invention uses a combination of two URLs with the same configuration, there is an advantage that manufacturing becomes easy.
第1図は従来のCRLの略構成図、第2図は第1図のC
RLの特性図、第3図はこの発明の一実施例を示す略構
成図、第4図は第3図をモデル化して示した図、第5図
及び第6図はそれぞれこの発明のさらに他の実施例を示
す略構成図である。Figure 1 is a schematic diagram of the conventional CRL, and Figure 2 is the CRL shown in Figure 1.
RL characteristic diagram, FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing one embodiment of the present invention, FIG. 4 is a modeled version of FIG. 3, and FIGS. 5 and 6 are further diagrams of the present invention. FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an example.
Claims (1)
波リング・レーザと、同じく前記人力軸とともに回転す
るとともに前記一方向進行波リング・レーザと反対方向
のレーザ光を発生する一方向進行波リング・レーザと、
前記両レーザの出力のビート周波数を検知する光検出器
とからなることを特徴とするリング・レーザを用いたレ
ーザ・ジャイロ。1 A unidirectional traveling wave ring laser that rotates together with the input shaft that is the object to be detected, and a unidirectional traveling wave ring that also rotates with the human power shaft and generates laser light in the opposite direction to the unidirectional traveling wave ring laser.・Laser and
A laser gyro using a ring laser, comprising a photodetector that detects the beat frequency of the outputs of both the lasers.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57039070A JPS5842635B2 (en) | 1982-03-12 | 1982-03-12 | Laser Shilo using ring laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57039070A JPS5842635B2 (en) | 1982-03-12 | 1982-03-12 | Laser Shilo using ring laser |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8164780A Division JPS58195B2 (en) | 1980-06-17 | 1980-06-17 | Laser gyroscope using ring laser |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57164588A JPS57164588A (en) | 1982-10-09 |
| JPS5842635B2 true JPS5842635B2 (en) | 1983-09-21 |
Family
ID=12542857
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57039070A Expired JPS5842635B2 (en) | 1982-03-12 | 1982-03-12 | Laser Shilo using ring laser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5842635B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109556593B (en) * | 2018-10-09 | 2020-08-04 | 清华大学深圳研究生院 | Angular velocity measuring device, method and carrier thereof |
-
1982
- 1982-03-12 JP JP57039070A patent/JPS5842635B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57164588A (en) | 1982-10-09 |
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