Высокодобротный призменный резонатор кольцевого лазера малогабаритного лазерного гироскопа
Диссертация
Автор: Воронина, Елена Анатольевна
Название: Высокодобротный призменный резонатор кольцевого лазера малогабаритного лазерного гироскопа
Справка: Воронина, Елена Анатольевна. Высокодобротный призменный резонатор кольцевого лазера малогабаритного лазерного гироскопа : диссертация кандидата технических наук : 05.27.03, 05.11.07 Москва, 2004 158 c. : 61 04-5/2683
Объем: 158 стр.
Информация: Москва, 2004
Содержание:
Введение:
Актуальность. Кольцевые лазеры (КЛ) находят широкое применение в интерферометрии. Актуальность задачи снижения уровня потерь в ошичесхом резонаторе КЛ в том, что ее решение позволяет повысить точность проводимых измвр^шш в большинстве применений КЛ, такиг^ как гироскопы, газоанализаторы и многих других.2 Разработана методаиса измер&шя поляризационных потерь на отражение излучения в Гфизменном резонаторе.3. Дано объяснение гфироды "нарутатя радиационной оптической устойчивости кв^щевого стекла КУ-1 при отжиге в кислороде, хфедшжен и реализован способ ее восстановлзния термоваьо'умной обработкой.4. Изследованы факторы состояния повфхностей тгризм, влияющие на ошические потери, предложен и реализован технологический хтроцесс, позволяющий уменышгтъ оптютеские потери в тонких iipHnoBqpxHOCTHbix стоях призм и стабилизировать их состояние.2, Гюименение разработанного технологического ттроцесса восстановлгния радиационной оптической устойчивости (РОУ) кв?рц&^ вого стекла марки КУ-1 позволию восстановить ЮУ матфиагв р©зонаторныхтфиэм, нарушеш^ю при его изготовлении в процессе пэгрофазного синтеза 3. Г|)именение разработанной методиьси измерения поляризационных потерь на отражение излучения в призменном резонаторе позволяет кошролщювать оптичесвсие потери в процессе сборки резонатора с точностью 5* 10^ %.4^ Достоверность полученных результатов обеспечивается правильным использованием методов математического расчета, технологических методик исследований и провецением экспериментов автором, имеющм многолетний опыт работы по тематике диссертации.Научные положения, выносимые на защиту.1. Разработанные автором конструктивные и технологические решения отврываЕОГ возможность ттримеиения вьюокодобротного призменного резотшторав малэгабаришом лазерном гирооюпе.5. Мзтод селекции длин волн, основанный на выборе величины угла полного внутреннего отражения для одной из резонаторных призм, позволяет использовать в конструкции трехпризменного резоiraropa недисперсионнью призмы, что обеспечивает селекцию длины волны звзерного излечения 0,63 мкм и высокую термоустойчивостъ резонаюрав диапазоне температур от 213 К до 363 К Апробация работы. Результаты диссфтационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических сюлинарах^ проводимых в ФГУП «НИИ «ГЬлЕоо> им. МФ. Стел1А1аха», а также на научно-технических семин^5ах кафедры физики им. В А Фабриканта Московского госудЕрственного энергетического гшсштута Публикации. По материалам диссертационной работы огтубликовано 2 статьи, представлен научно-технический отчет в МИННАУКИ РЬосии по гос. контракту и вьщан патент на изобретение № 2188488 (решение от 24.01.02 г.).Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четь5>ех глав, заключения, основных резупьтатов и выводов, списка J, использованной в работе литераторы и приложений. Обшцй объем » f^L '^^ 12 работы—160 с, в том числе 34 рис.; список литературы содержит 41 наименование.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении сформулирована цель работы, обосновывается ее актуалыюсть, приведены научные положения, выносимые на защиту, дана общая х^)актерис1ика работы >^ Глава 1. посвящена разработке технолошческих х^гей хювышеиия добротности призмеяного резонатора, целыо которой являлось снижение оптических потерь на повфхностях тгризм и в материале их изготовлгния (кв^цеавом стекле марки КУ-1).Согласно принятой модели ЯВЛЕНИЯ был найден способ нейтрал лизагдаи радиационных центров. Г]|5И отжиге в водородной qjeae диффуцдировавший водород «связывает» вакантньв элжтроны номостиковых атомов кислэрода с образованием гцпроксильных групп ОН [2]. Исслздования показали, что режим отжига должен обеспечить прохождение диффузии водорода на всю гл^^ину материала, не доггуская превышения его содержания, т.к это увеличивает потери.Чтобы стабилизировать состояние окисленных поверхностей, призмы были вымьпы в 50% растворе соляной кислоты при температуре 80 С [14]. ГЬследуюшие химические и температурные воздействия существенных изменений не внесли. Из сравнения огаических потфь на исследуемых призмах до и послг термовавуумной обработки следует, что разработанный Хфоцесс позволяет уменьшить потери на каждой из Хфизм в феднем на 1/4 от исходной величины Глава 2. посвящена разработке конструктивных путей снижения пол^зизационных потерь в призменном резонаторе, обусловленных двумя причинами. Пгрвая - это несовпадение ращ^сов кривизны волнового фронта и поверхностей призм, обусловленное оптической схемой резонатора Второй причиной является способ 3asperai&ния призм, - это двупучепреломление в нанфяжеянодеформированных участках материатн гфизм около мест их закрепляшя, влиякщее на эллиптичность тфо^ йодящего излучения.В S2.1 обосновывается выбор трехпризмеиной конструкции резонатора, рассматривается метод селекции длин волн и влияние темиерзаурына селгктивностъ.Ч ^ / -4/ 16 в четкрехпризменной конс1рЗ(Тсции из-за требований к температурным разыостировкам уменыпение линейных размеров резонатора сопряжено с уменыпетшем фокусных расстояний призм, увеличением сфдзичносга волнового фронта и связанных с этим поляризационных потерь на отражение. ГЪэтому был рассмотрен трехпризменный резонатор, преимущество которого в том, что он пооволяег при достаточно шюском волновом фронте уменьшил» Л1шейнью раз^j меры и сохраняет при. этом устойчивость [17,18,19].В отличие от четырехщзизменного резонатора он обладает также большей термоустойчивостъю [16], т.к образован нсяисперсионными щзизмами полного внутреннего отражения. Селеяощя длин волн осуществляется выбором угла полного внутреннего отражения на первой призме, юэторыи больше предельного угла для рабочей длины волны 0,63 мкм и меньше предельного для конкурирующей 1,15 мкм Диапазон допустимых величин достаточно большой и составляет 30 угя минут в нормальных климатических условиях, на двух других призмах условие полного вх^треннего отражения вы^) полняется с большим загисом Г1|)И температурных разъюсттфовках контур созфаняет форму равнобедренного треугольника, расширяясь с ростом температуры за счет параллельного смещения сторон. Изменяются только углы отражения и гфеломлгния в Хфизмах. Условие полного внутреннего отражения в рабочем диапазоне темпдэатур от 193 К до 363 К выполняется с большим запасом для рабочей длины ВОЛЕШТ 0,63 мкм и не выполняется Д1Ы конкурирующей 1,15 мкм Важным критерием является смещение оси в активном плече (в основании треугольника мни'^ мого контура), которое линейно зависит от изменения температуры и 4ii 17 в рабочем диапазоне темгкратур составляет малую величину пордцЕса 3,5 мкм.Пэ сраваешш) с четырехпризменной конструкцией оптические потери уменьшаются также за счет уменьшения числа оптических поверхностей (с12 до 9) и расстояния, прожэдимого лучом в материалз гфизм (с 51 мм до 28 мм). Согласно лит^атурным данным для кварцевого стекла, КУ-1 потери составляют 1,6*10''' %/см [1]. Сждо^j вательно, в четьфех- и трех- призменном резонаторе они составляют 8* 1(Т^ % и 4,43* 10Г^ % соответственно.В §2.2 рассматриваются оптические схемы трехгфкзменного резонатора, проводится анализ их критичности к механическим разьюстировкам и обосновывается выбор конфигурации оптических поверхностей.Рассматривались четкрс варианта оптических схем с периметром резонатора 175 мм (в 2,5 раза меньше, чем в чспфехприаленном резонаторе), но отличающихся ютнфигурацией поверхностей. Цзи этом в каждом варианте условие устойчивости не содержит жестких ограничений по pazutycaM сферических поверхностей и можно получить достаточно большой обьем моды в активном плгче (основании треугольника МЕШмого контура) [16].В S2.3 расслитриваются результаты исследования методом акустоошической модуляции влияния способа закрепления хфизм на двулучепрелэмлгние в магфиале.Глава 3. Содержит результаты исследования и qjaBHHTCJibHbM анализ поляризационных потерь в четърех- и трехпризменном резонаторе.В S3.1 приводятся методика исследования поляризационных потерь на отражение в Тфизменных резонаторах.Чтобы исследовать поляркзационныз потери в фавниваемых типах резонаторов были Гфоведены измерения интенсивности лучей, ^ ' отраженных от преломляющих граней хтризм, расположенных под углом Ерюстфа к падающему излучению [30]. Рйггенсивностъ отраженного излучения как фактор его эллиптичности зависит от способа завреплЕНИя призм, создаьсщего дауд^чепретомление в материала, и от сферичности волнового фронта, обусловленной конфгаурагщей опшческих поверхностей. Поэтому чтобы сделать возможным сравнешю по поляризационным потфям, для измерений был выбран четьц)ехпризменный резонатор, содержащий 4 сферические преломляющие грани метрового радиуса (по одной на каждой Гфизме) и М/ трехпризменный резонатор с одной такой гранью. Таким обршом, в обоих резонаторах волновые фрошы достаточно плоские; что вьцэав•v» нивает и сводит к ьаашмуму влияние их кривизны на поляризационные потери 1фи отражении, как от повфхностей призм, так и от окошек газоразрядной трубки, и делает возможным фавнительный анализ.РЪмеряезуия р- или s-компонента излечения вьщеляется вращением поляроида, установленного перед фотогфиемником. ЬЬстабильность внешних факторов, влияюцих на точность измерений, меньше сказывается в многомодовом режиме (по попфе?шым модам без огрзЕшчения по апертуре) при больших мощностях накачки. Поэтому измерение интенсивности проводилось Гфи мопщосги VSKENKK, СООТветствукяцей гфевышению 500% над пороговой мощностью.СЗоотношеиие р- и s-компоненты излучения, отраженного от прешмляЕсщей грани призмы трёхгфизменного резонатора, можно найти из соотношения интеясивностей отраженных компонент: fi ^f ^ 22 у# что по порядву величины соответствует отражению от плгнки Друде.Таким образом, рассмотренная трехпризмеяная конструкция резонатора по сравнению с чегьгоехпргаменнои позволяет более чем в 2,2 раза снизить оптические потери в резонаторе на отражение рабочей р-компонеиты, что связано с меньшей кривизной волнового фронта.В главе 4 расхзлатриваются пути реализации трехпризменного резонатора в конструкции кольцевого ЛЕоера с учетом разработзЕтых конструкшвных решений.В S4.1 провсщщся сравнительный анализ известных моноблочных конструкций вюлщевых лазеров с трехпризменными резонаторами [32,33,34,35].К основным особенностям и недостаткам рассмотренных моноблючныхконструкгщй можно отнести слецуюшяе: ^ LCejKNUjM длин волн в резонаторе. В конструкциях с неднсперсионными щжзмами резонатор замю^гг для длин волн 0,63 мкм.1,15 мкм. 3,39 мкм Бели для обеспечения селжтивности одна из резонаторных пртзм выполнена дисперсионной, то повышается критичность резонатора к температурным разьюсгировкам 2К|5е1шешю призм резонатора Во всех рассматриваемых вариatnax конструкций призмы 1фе11ятся к моноблэву одной из рабочих граней, что создает механичесвсие напряжения в зонах грохождения генерационного луча и связаннью с ними пол^зизационньвз потери.З.Вывод из1^ения из резонатора путем частичного нарушения условия полного внутреннего отражения для рабочей длины волны Для обеспечения вывода требуемого количества энфгаи из резонато^ 23 pa требуется высокая точность изготовлания выводной призмы и ее З с^тановки, что снижает технолэгичнсхлъ конструкции.Важным уаювием успешного применения лaзqx>в в гироскопии является высокий уроветш стабильности частоты излучения. В случае даухизотопной смеси в гелий-неоновом лавере стабилизация частоты осуществляется по вершине доплеровского контура усилеVji ния,1ющаьюдуля1щей длины резонатора с частотой r i обеспечивается девиация часяоты лизера 6 и модуляция интенсивности излучения лазера Сдвиг частоты и связанная с ним погрешность ее воспроизведения зависит от глубины модуляции интенсивности излучения га, которая тем меньше, чем более хиюской является вершина контура усиления [41].В S4.4 дано описание методак и эксперимегаальньк установок для измерения величины области нечувствигелыюсти (захвата) экопериментального образца кольцевого лазера с трехпризменным резонатором, Тфиведены основные результаты У*) Изм^)ения величины области захвата ттроводились двумя способами: с помощью виброподвеса и поворотной тшгаы Измерение захвата, когда расщепление частот встречных волн создавалось колебаниями виброподаеса, проводились в условиях, приближенных к точностным испытаниям тфиборов типа КМ-11. ГЬэтому пои^ченный результат 500 Пх является приближенным, его можно рассматривать как вфхний тфеяел величины области захвата Для его уточнения была измерена величина области захвата, наблюдаемого Тфи вращении поворотной тшгаы с установленным на ней экспериментальным грибором. В максимуме контура уоиЕНИя эта щ величина составила 388 Гц.В заключении сфорк^лированы основные результаты и выво^^ ды диссертационной работы, указаны области возможного применения полученных результатов. # / ^ 26
Скачивание файла! E-Mail: 6616Пароль: 6616Скачать файл. 
