Диссертация (1090397), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Меня напряжение на пьезоблоках Uсрп переходят наортогональную рабочую моду и проводят аналогичные измерения.Используя экспериментальные данные, вычисляют полуширину статическойзоны захвата на одной из рабочих мод(где:, Гц, по формуле:)(1.2)– знакопеременный ток в катушках НУ, А;вращения на i-ой рабочей моде, кГц, при токе;– разность частот сигналов– токи разной полярностив НУ, при которых пропадает сигнал вращения, мА.1.3Результаты измерения ширины статических зон захватаВ эксперименте на 45 зеемановских лазерных датчиках вращения типа ЭК104С с током накачки=1,6 мА в процессе климатических испытаний былаизмерена ширина статической зоны захвата на четырех последовательныхпродольных модах при различных температурных воздействиях, погрешностьизмерения составила 10%.
Результаты измерений представлены на рисунке 1.5,где четыре измерения на одном датчике фигурируют как независимые, поэтомучисло измерений в четыре раза превышает число испытанных датчиков.На рисунке 1.5 представлены три температурных распределения захвата,построенные с шагом 50 Гц и с выраженным максимумом по оси абсцисс в 150 Гцдля температур -55ºС и 75ºС, и 125 Гц для НКУ. Из полученных данных видно,что функция распределения захвата практически не зависит от температурыокружающей среды.Колличество измерений захвата,шт23120Захват на -50 С100Захват в НКУЗахват на +75 С806040200050100150200250300Зона захвата, ГцРисунок 1.5 – Разброс значений полуширины статической зоны захвата для всехЗЛК на четырех модах при различной внешней температуреНа рисунках 1.6 и 1.7 приведены статистические распределения, которыеточнее отражают изменение среднего захвата по четырем модам конкретныхрезонаторов ЗЛК при изменении температуры среды относительно НКУ.При проверке зависимости изменения ширины статической зоны захвата взеемановском лазерном датчике от температуры среды сравнивать данные позахвату, полученные на конкретных модах резонатора при разных температурах,затруднительно, т.к.
невозможно при включении датчика определить номерпродольной моды. Объективным параметром, отражающим качество резонатораЗЛК, принята средняя величина ширины статической зоны захвата по четыремпоследовательным модам (т.е. за период ее изменения).Из рисунков 1.6 и 1.7 видно, что данные распределения имеют выраженныймаксимум и центр распределения, смещенные от нуля на 20 Гц. Дальнейшийстатистический анализ полученных распределений показал, что с доверительнойвероятностью 72% величина температурного изменения захвата составляет 30 Гц24относительно среднего значения, что соответствует относительному изменениюзахвата 20%, при этом вероятность максимального наблюдавшегося изменениязахвата составляет менее 1%. Если этим значением пренебречь, то разбросизменений захвата укладывается в 100Гц, что значительно меньше разбросаабсолютных значений захвата (см.
рис. 1.5), который достигает 200Гц. Отсюдаследует, что предпочтительно работать на одной заранее выбранной моде.Рисунок 1.6 – Распределение разности захватов межу НКУ и -55°СНа рисунке 1.8 приводится гистограмма распределения ширины зоныстатического захвата для конкретных зеемановских лазерных датчиков с шагом50 Гц, работающих на заранее выбранной моде в диапазоне рабочих температур.Из гистограммы следует, что своевременный выбор рабочей моды датчикапозволяет снизить величину разброса значений захвата до 50 Гц в НКУ и до100Гц в диапазоне температур.25Рисунок 1.7 – Распределение разности захватов между НКУ и +75°СЧисло ЗЛК, шт40НКУ3575 С30-55 С25201510500100150200250Ширина статической зоны захвата в ЗЛК на одной рабочеймоде, ГцРисунок 1.8 – Разброс значений ширины статической зоны захвата при работеЗЛК на заранее выбранной моде261.4Влияние времени работы зеемановского лазерного датчика вращениябез частотной подставки на ширину статической зоны захватаПри измерениях ширины статической зоны захвата частот встречных волннекоторых КЛ было обнаружено, что при определенных условиях разность частотвстречных волн появляется не сразу после включения частотной подставки, а снекоторой задержкой, после чего наблюдается процесс установления разностнойчастоты биений [45].
Величина этой задержки в зависимости от амплитудычастотной подставки могла достигать нескольких секунд, а характерное времярелаксации разностной частоты – порядка десятков секунд.Для зеемановских лазерных датчиков вращения указанные релаксационныепроцессы наблюдаются только в том случае, если датчик перед включениемподставки в течение некоторого времени работал в режиме синхронизации частотвстречных волн (находился в захвате), что может произойти, например, приюстировке фотосмесителя.
Если же включение частотной подставки происходилоодновременно или предшествовало появлению генерации лазерного излучения вЗЛК, то разность частот между встречными волнами появлялась практическиодновременно с включением генерации и длительный переходный процесс вустановлении разностной частоты биений не наблюдался.В работе [19] для объяснения происходящих процессов была построенамодель явления, состоящая в том, что в процессе работы КЛ в зоне захватавозникает некоторая дополнительная наведенная связь между встречнымиволнами.
Эта связь может быть обусловлена пространственно-неоднороднымипотерями в резонаторе, которые при некоторых условиях могут бытьсопоставимы со связью встречных волн через обратное рассеяние. Суммируясь сосвязью через обратное рассеяние на неоднородностях элементов резонатора, этасвязь увеличивает зону захвата.В работе [38] был проведен анализ синхронизации частот встречных волн засчет неоднородных потерь учетом проводимости стенок резонатора, имеющей27пространственную неоднородность.
Было показано, что наибольшая величиназоны захвата реализуется в том случае, когда потери на зеркале распределены погармоническому закону с пространственным периодом, равным периоду стоячейволны в проекции на зеркало кольцевого резонатора. Такая ситуация реализуетсяпри длительной работе ЛГ в режиме захвата. Под действием поля стоячей волныв диэлектрических зеркалах резонатора может возникнуть периодическаяпространственнаяпреломление).модуляцияВозникающаяпараметроввтаком(например,случаенапоглощениеповерхностиилизеркалапериодическая структура представляет собой своеобразную дифракционнуюрешетку, период которой равен [19]:(1.3)где λ – длина волны излучения, α – угол падения.Главные максимумы при дифракции генерирующего излучения имеютнаправления ±α, т.е.
совпадают с прямым и обратным направлениями.Дополнительное обратное рассеяние на дифракционной решетке и приводит кувеличению связи между встречными волнами.Существующий гистерезис в появлении и исчезновении лазерногоизлучения при изменении мощности накачки ЛГ вблизи порога генерации, так жеможно объяснитьмеханизмом взаимодействия поля лазерного излучения сзеркалами резонатора. В работе [20] показано, что при отсутствии лазерногоизлученияультрафиолетовая(УФ)засветкадиэлектрическогопокрытиявозбуждает в нем электроны в зону проводимости. Релаксация этих электронов на«ловушки» увеличивает потери в резонаторе для красного излучения (0,63 мкм),т.е. приводит к увеличению порогового тока.
Поэтому генерация возникает прибольшей мощности накачки, чем исчезает. В проведенных в работе [20]экспериментах была определена зависимость величины гистерезисной зоны отдополнительной красной и УФ засветки зеркал резонатора. Эффект практическиисчезалпридостаточномощнойдополнительном УФ облучении.краснойзасветкеивозрасталпри28Аналогичные исследования были проведены в данной диссертационнойработе на ЗЛК с неплоским оптическим контуром и круговой поляризациейизлучения.
Получена зависимость ширины статической зоны захвата от времениработы зеемановского лазерного датчика вращения с отключенной частотнойподставкой и после ее включения [46].Как было описано ранее – в зеемановском ЛГ достаточно просто измерятьширину статической зоны захвата. Это связано с тем, что частотная подставка длявстречных волн создается с помощью электрического тока в катушках НУ,которым сравнительно легко управлять.Для проведения эксперимента быливыбраны 4 зеемановских лазерных датчика вращения типа К-5 с током накачки1,2 мА разных годов выпуска, имеющие различные диэлектрические покрытиязеркал резонатора.В начале эксперимента датчики непрерывно работали в течение двух часовв стандартном режиме (с включенной знакопеременной частотной подставкой) дополного прогрева резонатора и установления стабильного состояния активнойсреды.
Для измерения ширины статической зоны захвата СРП была переведена вручной режим и настроена на заданную продольную моду по центрудоплеровского контура уширения. Далее было проведено контрольное измерениеширины зоны захвата согласно описанной ранее методике.После этого в датчиках отключалась частотная подставка,и приборынекоторое время работали в режиме синхронизации встречных волн (в захвате).Далее происходило включение частотной подставки, и ширина статической зонызахвата измерялась повторно.
Датчики находились в статической зоне захватачастот встречных волн от одной минуты до двух часов, после чего в течение часаработали в непрерывном режиме с включенной частотной подставкой.Периодически (с интервалом 1 – 30 минут) происходило измерение шириныстатической зоны захвата. По полученным данным были построены зависимости,представленные на рисунке 1.9.Как видно из рисунка 1.9, ширина статической зоны захвата за 2 часаработы приборов без частотной подставкивозрастает от 4 до 10 раз в29зависимости от исследуемого датчика.
Проведенный эксперимент подтверждает,возникновение дополнительной обратной связи частот под действием полястоячей волны [19], что приводит к уширению зоны захвата при длительнойработе ЗЛК в режиме синхронизации частот. Полученные результаты согласуютсяс результатами, полученными на ЛГ с линейной поляризацией встречных волн[19].Ширина статической зоны захвата,Гц1600ЗЛК 1ЗЛК 21400ЗЛК 3ЗЛК4120010008006004002000020406080100120Время нахождения ЗЛК в захвате, минРисунок 1.9 – Изменение ширины зоны статического захвата от времени работыЗЛК без частотной подставкиДалее,былипроведеныэксперименты,дляопределениявременирелаксации полученных зон захвата в результате работы с отключеннойчастотнойподставкой.Быласнятазависимостьизмененияширины«впечатанной» за 2 часа статической зоны захвата, от времени работы датчика свключенной частотной подставкой.30Результаты эксперимента, представленные на рисунке 1.10, демонстрируютбыстрое уменьшение ширины статической зоны захвата в течение первых минутвключения частотной подставки с последующим медленным уменьшением доначальных значений в течение часа для датчиков 1-3 и более плавное уменьшениедля датчика 4.Изполученныхрезультатоввидно,чтоэффектвозникновениядополнительной обратной связи волн, приводящий к уширению зоны захватаполностью обратим, для этого необходимо вывести рабочую точку лазера назначительное удаление от зоны захвата, например, с помощью знакопеременнойчастотной подставки.Ширина статической зоны захвата,Гц1600ЗЛК 11400ЗЛК 2ЗЛК 31200ЗЛК4100080060040020000102030405060Время работы ЗЛК вне зоны захвата, минРисунок 1.10 – Релаксация статической зоны захвата ЗЛК после включениячастотной подставкиНаличие дефектов в различных диэлектрических слоях зеркал, а так же типиспользуемого покрытия могут быть факторами, приводящими к образованиюдифракционной решетки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
