一种绿光激光陀螺的制作方法

本实用新型涉及一种激光陀螺仪，具体涉及一种绿光激光陀螺。

技术背景：

激光陀螺一般使用波长为632.8nm的He-Ne环形激光器制作而成，理论上波长较短的543.5nm的绿光激光陀螺比目前相同腔体尺寸的632.8nm的红光激光陀螺具有更高的精度。有些应用领域对陀螺精度的要求越来越高，因此，探索研制高精度绿光激光陀螺具有重要的工程应用价值。激光陀螺的基本原理是sagnac效应，利用环形激光器在惯性空间转动时正反两束光随转动而产生的频率差效应来测量敏感物体相对于惯性空间的角速度或转角：

$N={\∫}_0^t\mathrm{\Δ}\mathrm{\ν}dt=\frac{4S}{\mathrm{\λ}L}{\∫}_0^t{\mathrm{\Ω}}_{r}dt=\frac{4S}{\mathrm{\λ}L}\mathrm{\θ}$

这里，N是在t时间内，由于频差所累积的周期数(即干涉条纹的个数)，θ为t时间内的总转角。Ω_r和θ分别为输入激光陀螺的待测转动速率和转动角度，而输出信号为频差Δν或干涉条纹个数N，它们之间的比例系数(4S/λL)是标志激光陀螺灵敏度的比例因子，环形激光器的输出波长越短，激光陀螺的灵敏度越高。

环形激光器在稳态振荡的情况下，理论的激光线宽将趋近于零。而实际上激光腔中除了存在受激辐射，还存在相对微弱的自发辐射，输出的激光功率中包含自发辐射的非相干成分，从而受激辐射的增益小于损耗，因此受激辐射的波列是衰减的，正是这种衰减造成激光有一定的线宽。这种线宽是无法避免的，因此也常称为量子噪声极限线宽。量子噪声对陀螺的随机游走误差影响较大，理论上绿光激光陀螺比红光激光陀螺有更小的量子噪声。

本实用新型涉及一种绿光激光陀螺，它能实现环形激光器输出较短的波长，从而提高陀螺的比例因子；理论上可以减小激光量子噪声，从而减小激光陀螺的角随机游走误差，使得激光陀螺对转动的感测达到更高的精度。

技术实现要素：
：

本实用新型针对高精度激光陀螺的需求，目的是提供一种绿光激光陀螺，从而提高激光陀螺的灵敏度，减小激光陀螺的角随机游走误差，从而提高激光陀螺的精度。

本实用新型的技术方案是：

一种绿光激光陀螺，构成成分和普通激光陀螺相同。以四边形光路绿光激光陀螺为例，如图1所示，它主要由环形激光谐振腔和电极构成。

环形激光谐振腔一般包括谐振腔体、由平面镜和凹面镜组成的反射镜、光阑，所述的谐振腔体内被加工出环形激光通路，所述环形激光通路的周长为绿光波长的整数倍，谐振腔内的工作介质为氦氖气体；所述谐振腔体的侧面开有小孔，用于安装电极；所述的反射镜表面镀制有对波长543.5nm的绿光具有极高反射率和极低损耗且对其他激光谱线具有高透过率的膜层。

相比常见的波长632.8nm红光激光陀螺而言，本发明的主要改进在于反射镜，经过严格抛光后，在其上镀制对波长543.5nm的绿光具有极高反射率和极低损耗且对其他激光谱线具有高透过率的膜层，以降低谐振腔内绿光的损耗，增加红光的损耗，同时压窄激光输出线宽。对于常见波长632.8nm红光激光陀螺而言，反射镜的反射率曲线如图2(a)所示，由图可知，反射镜对632.8nm的光谱具有极高的反射率。对波长543.5nm绿光激光陀螺的反射镜镀制相应膜层之后，其反射率曲线如图2(b)所示，由图可知，反射镜对543.5nm的光谱也能达到极高的反射率水平。

光阑的大小也需要做出调整用于限模，以使绿光激光陀螺获得单模状态。

与目前常见的波长632.8nm红光激光陀螺相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型在目前激光陀螺技术的基础上，通过减小激光陀螺的输出波长，提高陀螺的灵敏度，减小激光陀螺的量子噪声，从而提高激光陀螺的精度。

附图说明：

图1.四边形光路绿光激光陀螺结构示意图；

1为谐振腔体，2为一号凹面镜，3为二号凹面镜，4为一号平面镜，5为二号平面镜，6为光阑，7为一号阳极，8为二号阳极，9为阴极，黑色粗实线表示谐振光路；

图2.(a)632.8nm波长激光陀螺反射镜反射率；

(b)543.5nm波长激光陀螺反射镜反射率；

图3.氖原子部分能级跃迁示意图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明：

谐振腔体由整块的熔石英或微晶玻璃等低膨胀率材料制成。熔石英或微晶玻璃经过机械加工、光学加工和化学抛光后，成形、打孔，在谐振腔体内加工出三角形或者四边形的光束通道孔，构成环形激光通路，环形激光通路的周长为绿光波长的整数倍，保证良好的增益特性、选模特性和真空特性。在三角形或者四边形的顶角处分别开有大孔，大孔的端面均磨平并高度抛光，用来安装反射镜。在谐振腔体的侧面还开有一些小孔，用于安装电极。

谐振腔内的工作介质为氦氖气体。氦氖激光具有丰富的振荡谱线，如图3所示，氖原子的上能级2S和3S，与其下能级2P和3P之间可以获得二百余条激光跃迁谱线，其中，波长为632.8nm的红光谱线为氖原子3S₂-4P₄之间的辐射跃迁，波长为543.5nm的绿光谱线为氖原子3S₂-2P₁₀之间的辐射跃迁。但是绿光543.5nm谱线的增益却只有红光632.8nm谱线的l/29，因此，为满足绿光振荡阈值条件，必须尽量减小谐振腔内损耗。其次，绿光543.5nm谱线与其它8条可见光谱线以及增益极高的3392nm谱线共上能级3S₂，这样势必造成激烈的谱线竞争效应。所以必须采取比632.8nm红光环形激光器还要严格得多的抑制其他谱线的措施，并且同时抑制632.8nm的谱线，为543.5nm谱线创造极好的振荡条件。

反射镜包括平面镜和凹面镜，均需要经过严格的抛光工艺使得表面粗糙度极优，以减少散射损耗。由于绿光的增益比较小，需要通过深入研究和选择镀膜材料、采用离子束溅射沉积技术镀膜、建立高精度的膜厚监控系统、优化薄膜制备参数、改进沉积方式，最终镀制出对绿光543.5nm谱线具有极高反射率和极低损耗的膜层。

依次在谐振腔体上设置平面镜、凹面镜、光阑，抽真空后充入氦氖气体。适当调节光阑大小用于限模，以使激光获得单模状态。谐振腔体上还设置有电极，一般包括一个阴极和两个阳极，把高频电压或直流高压加到阴极与阳极上，以激励激光。