[发明专利]多光路一体式环形腔

说明书

本发明提供了一种多光路一体式环形腔，在由3个反射镜1，2和3组成的三角形环形腔中，至少有一个是组合反射镜1。组合反射镜按环形腔平面的方向平行分割为若干段，形成反射区5和非反射区4相互交差排列，这样在环形腔中可以建立一个单循环的主光路ABC和多个平行于主光路的旁光路abcdef，且每个旁光路都是双循环的闭合光路。这种设计方式使同一个环形腔中同时存在一个单循环光路和多个双循环光路，因为旁路光abcdef的循环路径比主光路ABC多一倍，相应的环路面积也多一倍，理论上其精度也会提高。由于主光路ABC和旁光路abcdef的激光共用相同的反射镜，且在相同的增益介质中受激辐射，相互自洽，可视为同一光源，构成相互干涉的条件，又因为主光路ABC和旁光路abcdef的路径不同，它们的激光谐振频率不同，所以当主光路ABC和旁光路abcdef的激光相互干涉时，由于存在频差，理论上锁区的影响因素很小，基本可以忽略不计，完全能够满足惯性陀螺的需要。

本发明涉及一种激光陀螺，尤其是一种由多个环形光路组成的多光路一体式环形谐振腔。

环形腔是激光陀螺的关键部件，它由多个反射镜组成，使光能在反射镜间形成闭合光路。国防工业出版社于2008年9月出版的《惯性导航》一书，书号：ISBN078-118-05713-3，书中介绍了有源激光陀螺的结构和原理。其中重点介绍了三角形和四边形环形腔激光陀螺，其基本原理来源于萨格奈克的一种环形回路干涉仪，它是利用光在同一个环形回路中沿正反两个方向传播，当干涉仪以角速度ω相对惯性空间旋转时，相反方向传播的两束光绕行一周的光程不同，其干涉条纹就会产生偏离。如果是有源腔激光陀螺，干涉条纹会产生移动。传统的激光陀螺因为只有一个环形腔，光在环形腔中沿正反两个方向传播，当旋转角速度ω较小时，正反两束光的频差较小，两束光在干涉时会发生频率牵引，产生锁频现象。另外，激光陀螺的精度取决于环形光路的面积大小，单一环形光路的激光陀螺限制了激光陀螺的精度。

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，在确定环形腔的形状和尺寸的情况下，增加不重合光路在环形腔内的运行路径，从而有效的提高了激光陀螺的精度。同时将不同的循环光路相互嵌合在相同的反射镜组合体中，形成多光路一体式环形腔，由于不同循环光路的光谐振频率不同，当它们相互干涉时将产生固定频差，避免了锁频现象的发生。

为了达到上述目的，本发明提供了一种多光路一体式环形腔，在由3个反射镜组成的三角形角形环形腔中，将反射镜按平行环形腔平面的方向分割为若干段，形成反射区和非反射区相互交差排列，这样在环形腔中可以建立一个单循环的主光路和多个平行于主光路的旁光路，且每个旁光路都是双循环的闭合光路。

这种设计方式使每一个旁光路都能形成一个独立的激光陀螺，因为其激光的循环路径比主光路多一倍，相应的其环绕面积也多一倍，理论上其精度也会提高。由于主光路和旁光路的激光共用相同的反射镜，且在相同的增益介质中受激辐射，相互自洽，可视为同一光源，构成相互干涉的条件；又因为主光路和旁光路的路径不同，它们形成的激光谐振频率不同，所以当主光路和旁光路的激光相互干涉时，由于存在频差，理论上锁区的影响因素很小，完全可以满足惯性陀螺的需要。上述方法适用于所有环形腔为由单数个反射镜组成的单数边环形腔的激光陀螺，且形状任意，如：3个边的环形腔(任意三角形)，5个边的环形腔(任意五角形)，7个边的环形腔，以此类推。

特别说明的是，激光在环形腔内的传播过程中，背向散射对激光的传播影响很小，只有当环形腔的旋转角速度ω较小时，同一回路正反两束光在引出环形腔相互干涉时，由于光强基本相同，频率接近，才会引起能量耦合，产生频率迁移，即引起锁区现象的产生。

上述环形腔的光路设计有效的增加了激光在环形腔中的运行路径，从理论上可以证明双循环旁光路的激光陀螺比单循环主光路的激光陀螺的精度要提高一倍。同时，当主光路的激光和旁光路的激光相互干涉时，可以避免锁区现象的发生。

下面结合附图对本发明作进一步的描述：

图1是本发明三角形环形腔示意图。