一种激光陀螺超光滑反射镜背向散射测量装置及方法

文档序号:6161220阅读:333来源:国知局
一种激光陀螺超光滑反射镜背向散射测量装置及方法
【专利摘要】本发明属于激光陀螺技术,涉及一种激光陀螺超光滑反射镜背向散射测量装置及方法。本发明激光陀螺超光滑反射镜背向散射测量装置包括激光器、法拉第光隔离器、分束镜A、光电探测器A、环形谐振腔、微操纵器A、分束镜B、光电探测器B、滤光片、反馈镜、微操纵器B、锁相放大器、稳频系统。本发明通过将泵浦光束的一部分能量反馈回环形谐振腔并与腔内背向散射光波干涉,提高了环形谐振腔背向散射信号的信噪比;通过使待测反射镜沿镜面切线方向轻微移动,实现了对激光陀螺使用的超光滑反射镜背向散射振幅系数的准确测量。并可以筛选出具有较小背向散射的超光滑反射镜用于激光陀螺谐振腔装调,对于减小激光陀螺锁区和提高激光陀螺精度有重要意义。
【专利说明】一种激光陀螺超光滑反射镜背向散射测量装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于激光陀螺技术,涉及一种激光陀螺超光滑反射镜背向散射测量装置及方法。
【背景技术】
[0002]激光陀螺作为高精度惯性导航系统的首选角度传感器,已广泛应用于飞机、舰船、潜艇、导弹和军用车辆。激光陀螺反射镜表面的背向散射会导致闭锁效应,增大随机游走,降低激光陀螺的精度。为了减小背向散射及由其引起的闭锁阈值,提高陀螺精度,制造商普遍采用具有超光滑表面的反射镜制造激光陀螺,其表面粗糙度通常小于lnm。
[0003]在评价用于激光陀螺的超光滑反射镜质量时,一般采用总积分散射法,即通过测量样品表面的总积分散射,来判断样品的表面粗糙度和背向散射。激光陀螺制造商期望通过严格控制反射镜的总积分散射,进而控制激光陀螺的闭锁阈值,提高陀螺的生产合格率。随着制造工艺的不断完善,超光滑反射镜的总积分散射已经小于IOppm,但受工业基础和制造成本限制,总积分散射很难进一步减小。事实上,采用总积分散射相同的反射镜装配出的激光陀螺,其闭锁阈值并不一致。这是由于激光散斑现象的存在,即不同方向散射光强度的分布具有不规则性,具有特定的散斑图案,使得激光陀螺内部超光滑反射镜背向散射的大小与总积分散射并不成正比。
[0004]对于直接测量超光滑反射镜的背向散射,角分辨散射测量法由于难以探测背向散射方向的微弱光强,未见成功应用的报道。一些报道介绍了由超光滑反射镜构成的环形谐振腔背向散射的测量方法,这种方法实际上测量的是多个反射镜背向散射光波的干涉强度。由于干涉强度不仅与每个反射镜的背向散射强度有关,还与其相位角相关,而环形谐振腔的热膨胀会改变相位角,所以通过测量并控制环形谐振腔的背向散射来减小激光陀螺的闭锁阈值并不十分有效。

【发明内容】

[0005]本发明要解决的技术问题:为了准确测量激光陀螺超光滑反射镜的背向散射,使得激光陀螺制造商能够选择具有较小背向散射的反射镜来制造具有较小闭锁阈值的激光陀螺,本发明提供了测量激光陀螺超光滑反射镜背向散射的方法
[0006]另外,本发明还提供一种激光陀螺超光滑反射镜背向散射测量装置。
[0007]本发明的技术方案:一种激光陀螺超光滑反射镜背向散射测量装置,其包括激光器、法拉第光隔离器、分束镜A、光电探测器A、环形谐振腔、微操纵器A、分束镜B、光电探测器B、滤光片、反馈镜、微操纵器B、锁相放大器、稳频系统。其中,激光器的输出光束依次入射到法拉第光隔离器、分束镜A、环形谐振腔、分束镜B ;分束镜B的出射光分为两束,一束入射到光电探测器B,另一束依次入射到滤光片和反馈镜;被反馈镜反射的光束依次入射到滤光片、分束镜B、环形谐振腔;环形谐振腔的一束出射光依次入射到分束镜A、光电探测器A ;稳频系统与激光器和光电探测器B连接,使得激光器的频率稳定在环形谐振腔的本征频率上;锁相放大器与光电探测器A和稳频系统连接。
[0008]所述环形谐振腔由框架、三个固定反射镜和一个待测反射镜组成。
[0009]所述待测反射镜被微操纵器B夹持,待测反射镜在微操纵器B控制下可沿镜面切线方向移动。
[0010]所述反馈镜被被微操纵器A夹持,反馈镜在微操纵器A控制下可沿镜面法线方向移动。
[0011]一种激光陀螺超光滑反射镜背向散射测量方法,其步骤如下:
[0012]步骤1:将待测反射镜和三个固定反射镜以及框架组成正方形环形谐振腔,搭建并调节光路,使得激光器的频率稳定在环形谐振腔的本征频率上;
[0013]步骤2:使待测反射镜在微操纵器控制下在环形谐振腔光路平面内沿镜面切线方向移动d,其中,该d大小在0.01-0.1个激光波长;
[0014]步骤3:使反馈镜在微操纵器控制下沿镜面法线方向移动至少0.5个激光波长,记录此过程中锁相放大器输出的最大值IBmax和最小值IBmin,根据表达式⑴、(2)、(3)计算得到环形谐振腔的背向散射振幅系数r:
【权利要求】
1.一种激光陀螺超光滑反射镜背向散射测量装置,其特征在于:包括激光器、法拉第光隔离器、分束镜A、光电探测器A、环形谐振腔、微操纵器A、分束镜B、光电探测器B、滤光片、反馈镜、微操纵器B、锁相放大器、稳频系统,其中,激光器的输出光束依次入射到法拉第光隔离器、分束镜A、环形谐振腔、分束镜B ;分束镜B的出射光分为两束,一束入射到光电探测器B,另一束依次入射到滤光片和反馈镜;被反馈镜反射的光束依次入射到滤光片、分束镜B、环形谐振腔;环形谐振腔的一束出射光依次入射到分束镜A、光电探测器A ;稳频系统与激光器和光电探测器B连接,使得激光器的频率稳定在环形谐振腔的本征频率上;锁相放大器与光电探测器A和稳频系统连接。
2.根据权利要求1所述的激光陀螺超光滑反射镜背向散射测量装置,其特征在于:所述环形谐振腔由框架、三个固定反射镜和一个待测反射镜组成。
3.根据权利要求1所述的激光陀螺超光滑反射镜背向散射测量装置,其特征在于:所述待测反射镜被微操纵器B夹持,待测反射镜在微操纵器B控制下可沿镜面切线方向移动。
4.根据权利要求1所述的激光陀螺超光滑反射镜背向散射测量装置,其特征在于:所述反馈镜被微操纵器A夹持,反馈镜在微操纵器A控制下可沿镜面法线方向移动。
5.一种基于权利要求1所述的激光陀螺超光滑反射镜背向散射测量装置的测量方法,其特征在于,包括如下步 骤: 步骤1:将待测反射镜和三个固定反射镜以及框架组成环形谐振腔,搭建并调节光路,使得激光器的频率稳定在环形谐振腔的本征频率上; 步骤2:使待测反射镜在微操纵器控制下在环形谐振腔光路平面内沿镜面切线方向移动d,其中,该d大小在0.01-0.1个激光波长; 步骤3:使反馈镜在微操纵器控制下沿镜面法线方向移动至少0.5个激光波长,记录此过程中锁相放大器输出的最大值IBmax和最小值IBmin,根据表达式⑴、⑵、⑶计算得到环形谐振腔的背向散射振幅系数r:1Bfflax = k(R2+r2+2Rr)(I)
6.根据权利要求5所述的激光陀螺超光滑反射镜背向散射测量方法,其特征在于:待测反射镜累计移动距离至少达到0.7个激光波长。
【文档编号】G01M11/02GK103674487SQ201210331273
【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】王珂, 王京献, 韩宗虎, 徐宏财, 张自国 申请人:中国航空工业第六一八研究所
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