基于调腔技术的棱镜式激光陀螺损耗控制

刘健宁; 蒋军彪; 马家君; 任莉娜

doi:doi:10.3788/CJL201845.0401005

中国激光, 2018, 45 (4): 0401005, 网络出版: 2018-04-13

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Loss Control in Prismatic Laser Gyroscope Based on Cavity Adjustment Technique

刘健宁 ^1,*蒋军彪 ²马家君 ³任莉娜 ¹

作者单位

¹ 西安理工大学机械与精密仪器工程学院，陕西西安 710048

² 西安现代控制技术研究所，陕西西安 710065

³ 贵州大学大数据与信息工程学院，贵州贵阳 550025

图 & 表

图 1. TRP结构及光路示意图

Fig. 1. Diagram of TRP structure and optical path

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图 2. 棱镜式环形谐振腔的光学结构示意图

Fig. 2. Diagram of prismatic ring resonator optical structure

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图 3. (a) TRP角度误差;(b)角度误差导致的光路微失谐;(c)光束传输矩阵修正模型

Fig. 3. (a) Angular deviation of TRP; (b) optical path micro detuning caused by angular deviation; (c) model for revising beam transmission matrix

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图 4. 棱镜式环形谐振腔的光路非共面示意图

Fig. 4. Sketch of optical path non-coplanar in prismatic ring resonator

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图 5. 弧矢面内光路偏移理想位置分析模型。(a) TRP-1球心误差分析模型;(b)空间异面角ξ

Fig. 5. Analytical models of optical path deviate from ideal position in sagittal surface. (a) Analytical model of TRP-1 central error of sphere; (b) spatial anomaly angle ξ

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图 6. 光束沿顺时针方向前进时TRP布儒斯特角反射、折射光路示意图

Fig. 6. Sketch of reflected and refracted optical paths with TRP Brewster angle in clockwise light

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图 7. 棱镜式环形谐振腔调腔系统结构图

Fig. 7. Structural diagram of cavity adjustment system of prismatic ring resonator

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图 8. 双玻璃砖光束对准入射装置

Fig. 8. Dual-glass block for beam alignment incident device

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图 9. TRP位置调整装置

Fig. 9. TRP position adjustment device

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图 10. 调腔前、后脉冲光在腔内衰减结构对比。(a)调腔前;(b)调腔后

Fig. 10. Comparison of light attenuation structures before and after cavity adjustment. (a) Before adjusting; (b) after adjusting

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表 1角度误差Δα引起的光束位置偏移量P及角度偏移量M统计

Table1. Statistics of beam position offset P and angle offset M caused by angular deviation Δα

Δα	Position ①		Position ②		Position ③		Position ④		Position ⑤		Position ⑥
Δα	P /μm	M /(″)	P /μm	M /(″)	P /μm	M /(″)	P /μm	M /(″)	P /μm	M /(″)	P /μm	M /(″)
1″	5.08	1.00	5.11	1.00	3.53	2.13	4.05	2.13	5.91	0.22	4.06	0.47
3″	15.25	3.01	15.32	3.01	10.58	6.38	12.16	6.38	17.74	0.66	12.19	1.40
5″	25.42	5.01	25.53	5.01	17.64	10.64	20.27	10.64	29.57	1.10	20.31	2.33
10″	50.84	10.02	51.07	10.02	35.28	21.28	40.54	21.28	59.13	2.20	40.62	4.57
20″	101.69	20.04	102.13	20.04	70.56	42.55	81.08	42.55	118.26	4.39	81.25	9.33

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表 2光斑形貌与陀螺椭偏度统计

Table2. Statistics of facula morphology and gyroscope elliptical polarization degree

Cavity number	Detection index	Problematic TRP	Replaced TRP
1#	Facula morphology
	Elliptical polarization degree /%	9.6	1.1
2#	Facula morphology
	Elliptical polarization degree /%	16.2	0.8
3#	Facula morphology
	Elliptical polarization degree /%	15.6	2.3

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刘健宁, 蒋军彪, 马家君, 任莉娜. 基于调腔技术的棱镜式激光陀螺损耗控制[J]. 中国激光, 2018, 45(4): 0401005. Liu Jianning, Jiang Junbiao, Ma Jiajun, Ren Lina. Loss Control in Prismatic Laser Gyroscope Based on Cavity Adjustment Technique[J]. Chinese Journal of Lasers, 2018, 45(4): 0401005.

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图 1. TRP结构及光路示意图

Fig. 1. Diagram of TRP structure and optical path

图 2. 棱镜式环形谐振腔的光学结构示意图

Fig. 2. Diagram of prismatic ring resonator optical structure

图 3. (a) TRP角度误差;(b)角度误差导致的光路微失谐;(c)光束传输矩阵修正模型

Fig. 3. (a) Angular deviation of TRP; (b) optical path micro detuning caused by angular deviation; (c) model for revising beam transmission matrix

图 4. 棱镜式环形谐振腔的光路非共面示意图

Fig. 4. Sketch of optical path non-coplanar in prismatic ring resonator

图 5. 弧矢面内光路偏移理想位置分析模型。(a) TRP-1球心误差分析模型;(b)空间异面角ξ

Fig. 5. Analytical models of optical path deviate from ideal position in sagittal surface. (a) Analytical model of TRP-1 central error of sphere; (b) spatial anomaly angle ξ

图 6. 光束沿顺时针方向前进时TRP布儒斯特角反射、折射光路示意图

Fig. 6. Sketch of reflected and refracted optical paths with TRP Brewster angle in clockwise light

图 7. 棱镜式环形谐振腔调腔系统结构图

Fig. 7. Structural diagram of cavity adjustment system of prismatic ring resonator

图 8. 双玻璃砖光束对准入射装置

Fig. 8. Dual-glass block for beam alignment incident device

图 9. TRP位置调整装置

Fig. 9. TRP position adjustment device

图 10. 调腔前、后脉冲光在腔内衰减结构对比。(a)调腔前;(b)调腔后

Fig. 10. Comparison of light attenuation structures before and after cavity adjustment. (a) Before adjusting; (b) after adjusting

表 1角度误差Δα引起的光束位置偏移量P及角度偏移量M统计

Table1. Statistics of beam position offset P and angle offset M caused by angular deviation Δα

表 2光斑形貌与陀螺椭偏度统计

Table2. Statistics of facula morphology and gyroscope elliptical polarization degree

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图 3. (a) TRP角度误差;(b)角度误差导致的光路微失谐;(c)光束传输矩阵修正模型

Fig. 3. (a) Angular deviation of TRP; (b) optical path micro detuning caused by angular deviation; (c) model for revising beam transmission matrix

图 4. 棱镜式环形谐振腔的光路非共面示意图

Fig. 4. Sketch of optical path non-coplanar in prismatic ring resonator

图 5. 弧矢面内光路偏移理想位置分析模型。(a) TRP-1球心误差分析模型;(b)空间异面角ξ

Fig. 5. Analytical models of optical path deviate from ideal position in sagittal surface. (a) Analytical model of TRP-1 central error of sphere; (b) spatial anomaly angle ξ

图 6. 光束沿顺时针方向前进时TRP布儒斯特角反射、折射光路示意图

Fig. 6. Sketch of reflected and refracted optical paths with TRP Brewster angle in clockwise light

图 7. 棱镜式环形谐振腔调腔系统结构图

Fig. 7. Structural diagram of cavity adjustment system of prismatic ring resonator

图 8. 双玻璃砖光束对准入射装置

Fig. 8. Dual-glass block for beam alignment incident device

图 9. TRP位置调整装置

Fig. 9. TRP position adjustment device

图 10. 调腔前、后脉冲光在腔内衰减结构对比。(a)调腔前;(b)调腔后

Fig. 10. Comparison of light attenuation structures before and after cavity adjustment. (a) Before adjusting; (b) after adjusting

表 1角度误差Δα引起的光束位置偏移量P及角度偏移量M统计

Table1. Statistics of beam position offset P and angle offset M caused by angular deviation Δα

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