一种激光陀螺集成合光装置和合光方法
【专利摘要】本发明属于激光陀螺技术，涉及一种激光陀螺集成合光装置和合光方法。所述激光陀螺集成合光装置包括集成合光棱镜（1）、光学掩模板（2）、探测器（3），所述光学掩模板设置在集成合光棱镜的输出面，而探测器（3）位于光学掩模板的输出面上，其中，所述集成合光棱镜（1）的上端面具有一切面，该切面与集成合光棱下端面之间的交角为φ，该交角φ约为30°。本发明集成合光装置结构简单紧凑，加工安装方便，易于小型化，特别适用于腔长小于4cm的微小型激光陀螺。另外，合光时，通过调整掩模条纹与干涉条纹的交角，可使莫尔条纹宽度满足探测器要求，大大降低了对合光棱镜角度φ的加工误差及光学调试误差的要求，满足了微小型激光陀螺的实用性要求。
【专利说明】一种激光陀螺集成合光装置和合光方法
【技术领域】
[0001]本发明属于激光陀螺技术，涉及一种激光陀螺集成合光装置和合光方法。
【背景技术】
[0002]合光装置是激光陀螺信号读出系统的关键组成部分，常用一片激光陀螺腔反射镜输出顺、逆时针光，通过合光棱镜(如图1)使输出顺、逆时针光干涉，产生干涉条纹，由于激光陀螺转速与干涉条纹移动速度成正比，从而用光电管探测干涉条纹移动速度得到激光陀螺所测转速。
[0003]然而现有合光装置和合光方法一般适用于大尺寸激光陀螺，合光装置内的输出反射镜13、合光棱镜12、探测器体积较大，难以小型化，而且加工和安装公差要求高，成本大，难以满足腔长在40mm内的微小型激光陀螺的应用要求。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是:提供一种结构紧凑、体积小、加工安装方便的激光陀螺集成合光装置。
[0005]另外，本发明还提供一种激光陀螺集成合光方法。
[0006]本发明的技术方案是:一种激光陀螺集成合光装置，其包括集成合光棱镜、光学掩模板、探测器，所述光学掩模板设置在集成合光棱镜的输出面，而探测器位于光学掩模板的输出面上，其中，所述集成合光棱镜的上端面具有一切面，该切面与集成合光棱下端面之间的交角Φ范围为20°~40°。
[0007]所述集成合光棱镜为上端面具有切面的长方体或圆柱体。
[0008]所述集成合光棱镜的出射面不小于原上端面的1/2。
[0009]所述集成合光棱镜的切面和下端面镀有反射膜。
[0010]所述集成合光棱镜下端面的反射膜为200ppm透过率的高反膜。
[0011]光学掩模板为 明暗间隔的光栅掩模或类光栅掩模，其透光区域和不透光区域等间隔交替排列。
[0012]一种利用权利要求1所述的激光陀螺集成合光装置进行激光陀螺合光的方法，其特征在于，包括如下步骤，
[0013]步骤1:产生顺、逆时针干涉条纹
[0014]激光陀螺的顺、逆时针光从集成合光棱镜下端面进入集成合光棱镜，其中，顺时针光直接从上端面输出，而逆时针光依次经切面和下端面反射后从上端面输出。该顺时针光和逆时针光存在交角Θ，二者形成干涉条纹；
[0015]步骤2:产生莫尔条纹
[0016]在集成合光棱镜出射面放置光学掩膜板，掩模条纹与干涉条纹存在夹角α，干涉条纹经掩模板调制后形成莫尔条纹；
[0017]步骤3:调整夹角α使得D满足探测器要求；[0018]当干涉条纹向+X方向移动时，莫尔条纹将向准+Y方向移动，且莫尔条纹移动速度与干涉条纹移动速度成正比，又莫尔条纹宽度D与掩模条纹宽度L及夹角α的关系为D=L/α，因此通过调整光学掩膜板的角度，改变夹角α使得D满足探测器要求。
[0019]本发明的技术效果是:本发明集成合光装置由于采用集成合光棱镜，其结构简单紧凑，集成度高，且加工安装方便，易于小型化的实现，特别适用于腔长小于4cm的微小型激光陀螺。另外，实际合光时，通过可调整掩模条纹与干涉条纹的交角，可以使得莫尔条纹宽度满足探测器要求，从而大大降低了对合光棱镜角度Φ的加工误差要求，及合光棱镜的光学调试误差要求，满足了微小型激光陀螺的实用性要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是一种现有技术合光棱镜的光路图；
[0021]图2是本发明激光陀螺集成合光装置的结构示意图；
[0022]图3是本发明集成合光棱镜的光路图；
[0023]图4是本发明集成合光棱镜的底面示意图；
[0024]图5是激光陀螺顺、逆时针光干涉条纹示意图；
[0025]图6是类光栅掩膜示意图；
[0026]图7是激光陀螺莫尔条纹示意图；
[0027]其中，1-集成合光棱镜、2-光学掩模板、3-探测器、4-上端面、5-切面、6_下端面、8-高反膜、10-顺时针光、11-逆时针光、12-现有技术合光棱镜、13-输出反射镜。
【具体实施方式】
[0028]下面通过【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明:
[0029]请参阅图2，其是本发明激光陀螺集成合光装置的结构示意图。所述激光陀螺集成合光装置包括集成合光棱镜1、光学掩模板2、探测器3。所述光学掩模板设置在集成合光棱镜的输出面，而探测器3位于光学掩模板的输出面上。其中，光学掩模板为明暗间隔的光栅掩模或类光栅掩模，其透光区域和不透光区域等间隔交替排列。探测器为二象限的光电二极管，用于探测干涉条纹的移动。
[0030]请参阅图3，其是集成合光棱镜的结构示意图。所述集成合光棱镜I由石英玻璃制成，为缺角的长方体石英块，其切面5与集成合光棱端面之间的交角为Φ ,集成合光棱镜切除端余留厚度为h，其中，交角Φ范围为20°?40°，切除段余留厚度h大于原来的一半。本实施方式中，长方体石英块长10mm、宽8mm、高3.5mm, Φ优选为30°。另外,该集成合光棱镜的切面5以及下端面6均镀有反射膜，其中，下端面6的反射膜为200ppm左右透过率的高反膜8，以保证激光陀螺低损耗下的光输出满足可探测要求。另外，如图4所示，该集成合光棱镜底面为长方形，因此胶合面积大，利于安装。
[0031]本发明集成合光装置由于采用集成合光棱镜，其结构简单紧凑，集成度高，且加工安装方便，易于小型化的实现，特别适用于腔长小于40_的微小型激光陀螺。
[0032]本发明集成合光装置实际使用时，激光陀螺的顺、逆时针光从集成合光棱镜下端面进入集成合光棱镜，其中，顺时针光直接从上端面输出，而逆时针光依次经切面和下端面反射后从上端面输出。该顺时针光和逆时针光存在微小的交角Θ，二者形成干涉条纹。该干涉条纹通过光学掩膜板，经掩模板调制后形成莫尔条纹。
[0033]其中，掩模条纹与干涉条纹存在较小的夹角α，当干涉条纹向+X方向移动时，莫尔条纹将向准+Y方向移动，且莫尔条纹移动速度与干涉条纹移动速度成正比，又莫尔条纹宽度D与掩模条纹宽度L及夹角α的关系为D=L/ α，因此通过调整光学掩膜板的角度，改变夹角α使得D满足探测器要求。从而大大降低了对合光棱镜角度Φ的加工误差要求，及合光棱镜的光学调试误差要求。
[0034]另外，本发明集成合光装置不限于上述实施方式所揭示的内容，可以在其基础上作进一步的改进，如集成光学棱镜材料不限于石英玻璃，可以是微晶玻璃、Κ9玻璃及为其它透明光学材料。该集成光学棱镜形状也不限于长方体，也可以为圆柱体，惟其切面交角满足实际光学要求即可。
【权利要求】
1.一种激光陀螺集成合光装置,其特征在于，包括集成合光棱镜(I)、光学掩模板(2)、探测器(3),所述光学掩模板设置在集成合光棱镜的输出面，而探测器(3)位于光学掩模板的输出面上，其中，所述集成合光棱镜(I)的上端面具有一切面，该切面与集成合光棱下端面之间的交角为Φ，该交角Φ范围为20°?40°。
2.根据权利要求1所述的激光陀螺集成合光装置，其特征在于，所述集成合光棱镜为上端面具有切面的长方体或圆柱体。
3.根据权利要求2所述的激光陀螺集成合光装置，其特征在于，所述集成合光棱镜的出射面不小于原上端面的1/2。
4.根据权利要求3所述的激光陀螺集成合光装置，其特征在于，所述集成合光棱镜的切面和下端面镀有反射膜。
5.根据权利要求4所述的激光陀螺集成合光装置，其特征在于，所述集成合光棱镜下端面的反射膜为200ppm透过率的高反膜。
6.根据权利要求1至5任一项所述的激光陀螺集成合光装置，其特征在于，光学掩模板为明暗间隔的光栅掩模或类光栅掩模，其透光区域和不透光区域等间隔交替排列。
7.一种利用权利要求1所述的激光陀螺集成合光装置进行激光陀螺合光的方法，其特征在于，包括如下步骤， 步骤1:产生顺、逆时针干涉条纹 激光陀螺的顺、逆时针光从集成合光棱镜下端面进入集成合光棱镜，其中，顺时针光直接从上端面输出，而逆时针光依次经切面和下端面反射后从上端面输出，该顺时针光和逆时针光存在交角Θ，二者形成干涉条纹； 步骤2:产生莫尔条纹 在集成合光棱镜出射面放置光学掩膜板，掩模条纹与干涉条纹存在夹角α，干涉条纹经掩模板调制后形成莫尔条纹； 步骤3:调整夹角α使得D满足探测器要求； 当干涉条纹向+X方向移动时，莫尔条纹将向准+Y方向移动，且莫尔条纹移动速度与干涉条纹移动速度成正比，又莫尔条纹宽度D与掩模条纹宽度L及夹角α的关系为D=L/a，因此通过调整光学掩膜板的角度，改变夹角a使得D满足探测器要求。
【文档编号】G01C19/72GK103674006SQ201210331210
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月7日 优先权日:2012年9月7日
【发明者】胡强, 王继良, 严吉中, 刘元正, 陈林峰, 王维科, 傅鑫 申请人:中国航空工业第六一八研究所