03_Sen_angular (Конспект лекций по предмету, преподаватель Ляхова Н.Б.), страница 2

4



1 3 А 5

Ф отоприемник Активная среда

7 В

Рис. Схема лазерного гироскопа.

Резонатор формируется с помощью зеркал 3, 4 и 5. Плоскость резонатора перпендикулярна оси вращения. В активной среде , находящейся в резонаторе, под действием источника накачки индуцируется излучение в 2-х направлениях А и В . При каждом обходе пучок А, движущийся в направлении вращения, проходит большее расстояние, чем пучок В. Согласно условию возникновения генерации на длине оптического резонатора должно уложиться целое число волн (условие резонанса). Резонансные длины волн и частоты для пучков А и В будут различаться. Разность частот:  f = 4  S / (  П ),

где  - угловая частота, S - площадь, ограниченная периметром П замкнутого резонатора,  - средняя длина волны колебаний, генерируемых в резонаторе в состоянии покоя. При использовании гелий-неонового лазера с  = 0.633мкм в замкнутом резонаторе со стороной 100 мм при его вращении со скоростью  = 0.1 рад/час f = 2.5 Гц. Для измерения частоты биения часть пучков А и В направляется полупрозрачным зеркалом 3 и системой зеркал 2, 7 на фотоприемник.

Оптический резонатор может быть создан не только с помощью зеркал, но и не основе оптического волокна, с помощью которого легко реализовать оптический контур большой площади (т.е. длины тракта в сотни метров), а также интегральных планарных устройств, где реализуются на подложке из ниобата лития излучатель (лазерный диод, светоизлучающий диод , суперлюминесцентный диод ), переключатель,

поляризатор, расщепитель луча, ячейка смещения, модулятор (частотная модуляция основана на акустооптическом эффекте и удобна для представления выходного сигнала в цифровой форме), фотодетектор ( p-i-n диод на основе InGaAs или InP).

В

R

Луч З1 З2

А 

Рис. Схема эффекта Саньяка.

в волоконнооптическом резонаторе.

В кольцевой оптический контур радиуса R возбуждается световым лучом.

С помощью системы зеркал полупрозрачного З1 и отражающего З2 луч в точке А расщепляется на 2 луча, распространяющихся по и против часовой стрелки. Если оптический контур неподвижен, то пути прохождения лучей одинаковы 2R = ct, где c - скорость света, t - время прохождения периметра контура лучом. Вследствие равенства путей оба луча приходят к расщепителю в А в фазе. При вращении по часовой стрелке оптического контура с угловой частотой  совпадающий по направлению луч пройдет до расщепителя ( позиция В) путь :

2R + R t₊ = c t_+.

Дополнительное слагаемое показывает путь смещения самого расщепителя. Противонаправленный луч пройдет путь :

2 R - R t_{_} = c t_{_}

 t = t₊ - t_{_}  (4  R²  ) / c² = 4 S  / c² .

S- площадь контура. Фаза Саньяка - это разность фаз встречных волн:

 f t = 8  f S / c² .

Т.о. фаза Саньяка пропорциональна угловой скорости  вращения объекта, где закреплен оптический контур.