本發(fā)明屬于激光技術(shù)，特別是涉及一種激光陀螺環(huán)形諧振腔光路準(zhǔn)直的方法和裝置。

背景技術(shù)：

環(huán)形諧振腔是激光陀螺的核心器件，對激光陀螺的性能起到?jīng)Q定性的作用。環(huán)形諧振腔由于各反射面的機(jī)械加工誤差、腔體的加工誤差、各鏡片的橫向角度變形誤差等會使諧振腔的環(huán)形閉合光路產(chǎn)生非共面誤差，從而形成輕微非共面腔，這會導(dǎo)致環(huán)形激光陀螺產(chǎn)生較大的磁零偏，嚴(yán)重影響環(huán)形激光器的精度。

現(xiàn)有的光路準(zhǔn)直方法一般是需要同時(shí)對環(huán)形激光器的兩個(gè)出射光斑進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)其位置信息進(jìn)行腔體光路調(diào)整，所需的技術(shù)條件高，光斑位置易受外界影響發(fā)生漂移，整個(gè)操作過程繁瑣，準(zhǔn)直的誤差較大。該光路準(zhǔn)直方法和裝置已經(jīng)難以保證高精度激光陀螺環(huán)形激光諧振腔的準(zhǔn)直效果，同時(shí)不利于高精度激光陀螺的性能和生產(chǎn)效率的提升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)對激光陀螺環(huán)形諧振腔光路準(zhǔn)直效果欠佳和效率低下等問題，本發(fā)明提供了一種激光陀螺環(huán)形諧振腔光路準(zhǔn)直裝置。

另外，基于本發(fā)明提供的激光陀螺環(huán)形諧振腔光路準(zhǔn)直裝置，本發(fā)明還提供了一種操作簡單、效率高、準(zhǔn)直效果較好的激光陀螺環(huán)形諧振腔光路準(zhǔn)直方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種激光陀螺環(huán)形諧振腔光路準(zhǔn)直裝置，其包括第一平面鏡和第二平面鏡、第一球面鏡和第二球面鏡、第一調(diào)腔工裝和第一調(diào)腔工裝、腔體、兩路輸入光路和兩路接收光路。其中，第一平面鏡和第二平面鏡分別設(shè)置在腔體的輸入端和輸出端，第一調(diào)腔工裝和第二調(diào)腔工裝設(shè)置在腔體的兩個(gè)調(diào)整端，第一球面鏡和第二球面鏡分別設(shè)置在第一調(diào)腔工裝和第一調(diào)腔工裝上，兩路輸入光路為特征一致的s態(tài)線偏振光并相互垂直輸入到第一平面鏡上，兩路接收光路分別接收第二平面鏡輸出的兩路相互垂直的輸出光。

所述兩路輸入光路一路為由激光器、光束調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、第一偏振器、半透半反鏡順次設(shè)置組成的水平光路，另一路為由激光器、光束調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、第一偏振器、半透半反鏡、第一高反鏡和第二高反鏡順次設(shè)置組成的豎直光路。

所述兩路接收光路一路由第二偏振器和第一光電接收器組成順次設(shè)置組成的水平光路，另一路由第三偏振器和第二光電接收器組成順次設(shè)置組成的豎直光路。其中，第二偏振器和第三偏振器用于將第二平面鏡輸出的光轉(zhuǎn)化為線偏振光。

所述光束調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由共光軸且順次設(shè)置的二維傾角調(diào)節(jié)反射鏡A、二維傾角調(diào)節(jié)反射鏡B、具有繞水平軸轉(zhuǎn)動功能的平面透鏡A和具有繞豎直軸轉(zhuǎn)動的平面透鏡B組成。

所述半透半反鏡為平面鏡，其透過率和反射率均為50％。所述的高反鏡和為平面鏡，其反射率大于99.99％。

所述的平面鏡通過光膠與腔體連接，所述的球面鏡通過調(diào)腔工裝與腔體進(jìn)行半光膠連接，用于動態(tài)調(diào)整球面鏡位姿。

一種激光陀螺環(huán)形諧振腔光路準(zhǔn)直方法，其兩路特征一致的S態(tài)線偏振光相互垂直輸入到腔體13后，分別通過激光陀螺環(huán)形諧振腔順逆時(shí)針方向輸出后由兩路接收光路接收，根據(jù)兩路接收光路接收到的線偏振光特征，動態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整球面鏡，直至順逆時(shí)針的兩路線偏振光的消光系數(shù)相等時(shí)，完成對環(huán)形諧振腔光路的準(zhǔn)直，從而實(shí)現(xiàn)對環(huán)形諧振腔微小非共面的光路補(bǔ)償。

一種激光陀螺環(huán)形諧振腔光路準(zhǔn)直方法，其包括如下步驟：

步驟1：引燃掃頻激光器，調(diào)節(jié)光束調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使得入射激光束的傳播方向與偏振器和半透半反鏡同軸，經(jīng)過半透半反鏡后的兩部分光束，一部分沿水平方向通過平面鏡注入至腔體內(nèi)，另一部分沿豎直方向通過平面鏡注入到腔體內(nèi)；

步驟2：注入環(huán)形諧振腔內(nèi)兩個(gè)方向的光信號P0經(jīng)過平面鏡輸出分別沿水平和豎直方向經(jīng)偏振器后被光電接收器接收，并將接收到的信號轉(zhuǎn)換后采集至處理計(jì)算機(jī)，其中水平方向的輸出光信號為P1，豎直方向輸出光信號為P2；

步驟3：計(jì)算出水平和豎直方向的消光系數(shù)f1和f2，其大小由以下關(guān)系式確定：

f1＝P1/P0 (1)

f2＝P2/P0 (2)

式中P0為入射光的強(qiáng)度，P1和P2分別為輸出光在水平和豎直方向的強(qiáng)度；

步驟4：根據(jù)消光系數(shù)f1和f2的大小，利用兩個(gè)調(diào)腔工裝動態(tài)調(diào)節(jié)球面鏡，使得f1＝f2，此時(shí)對球面鏡施加法線方向的力使球面鏡與腔體光膠固化，從而實(shí)現(xiàn)對激光陀螺環(huán)形諧振腔光路的準(zhǔn)直。

所述的輸出光經(jīng)過偏振器偏振后為s態(tài)的線偏光或?yàn)閜態(tài)線偏光。

所述的光電接收器分別與偏振器連接水平或者豎直連接，保證接收的信號為最大,其信噪比優(yōu)于1％，接收信號不能超過其飽和強(qiáng)度。

有別于現(xiàn)有技術(shù)通過對環(huán)形激光器的兩個(gè)出射光斑位置進(jìn)行監(jiān)測，并依靠觀察兩個(gè)光斑的重合度來完成光路準(zhǔn)直的方法，本發(fā)明通過直接測量環(huán)形激光器順時(shí)針和逆時(shí)針方向的輸出光消光系數(shù)來實(shí)現(xiàn)光路的準(zhǔn)直，大幅地消除了觀測誤差，并且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、測量方便，準(zhǔn)直精度高達(dá)0.5"以上，能夠較好的滿足高精度激光陀螺對光路的準(zhǔn)直要求。另外借助于本發(fā)明激光陀螺環(huán)形諧振腔光路準(zhǔn)直能夠更好的指導(dǎo)諧振腔的裝調(diào)，對于提升激光陀螺性能和產(chǎn)品合格率具有較大參考價(jià)值。

附圖說明

圖1是本發(fā)明激光陀螺諧振腔光路準(zhǔn)直裝置一較佳方式實(shí)施示意圖；

圖2是本發(fā)明激光陀螺諧振腔光路準(zhǔn)直裝置中光束調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的示意圖；

圖3是本發(fā)明光電接收器接收信號隨非共面角角變化關(guān)系的示意圖；

其中，1-激光器 2-光路調(diào)節(jié)部件 3-第一偏振器 4-半透半反鏡 5-第一高反鏡 6-第二高反鏡 7-第一平面鏡 8-第二平面鏡 9-第一球面鏡 10-第二球面鏡 11-第一調(diào)腔工裝 12-第二調(diào)腔工裝 13-腔體 14-第二偏振器 15-第三偏振器 16-第一光電接收器 17-第二光電接收器 21-二維傾角調(diào)節(jié)的反射鏡A 22-二維傾角調(diào)節(jié)的反射鏡B 23-具有繞水平軸轉(zhuǎn)動功能的平面透鏡A 24-具有繞豎直軸轉(zhuǎn)動的平面透鏡B。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明：

請參閱圖1，其是本發(fā)明激光陀螺諧振腔光路準(zhǔn)直裝置一較佳方式實(shí)施示意圖。本實(shí)施方式中，所述激光陀螺諧振腔光路準(zhǔn)直裝置包括第一平面鏡7和第二平面鏡8、第一球面鏡9和第二球面鏡10、第一調(diào)腔工裝11和第一調(diào)腔工裝12、腔體13、兩路輸入光路和兩路接收光路，其中，第一平面鏡7和第二平面鏡8分別設(shè)置在腔體的輸入端和輸出端，第一調(diào)腔工裝11和第二調(diào)腔工裝12設(shè)置在腔體13的兩個(gè)調(diào)整端，第一球面鏡9和第二球面鏡10分別設(shè)置在第一調(diào)腔工裝11和第二調(diào)腔工裝12上，兩路輸入光路為特征一致的S態(tài)線偏振光并相互垂直輸入到第一平面鏡7上，兩路接收光路分別接收第二平面鏡8輸出的兩路相互垂直的輸出光。

本實(shí)施方式中，所述兩路輸入光路一路為由激光器1、光束調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)2、第一偏振器3、半透半反鏡4順次設(shè)置組成的水平光路，另一路為由激光器1、光束調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)2、第一偏振器3、半透半反鏡4、第一高反鏡5和第二高反鏡6順次設(shè)置組成的豎直光路。

所述兩路接收光路一路由第二偏振器14和第一光電接收器17順次設(shè)置組成的水平光路，另一路由第三偏振器15和第二光電接收器16順次設(shè)置組成的豎直光路。

所述的激光器1為線偏振的He-Ne激光器，波長632.8nm，工作在單縱模和基橫模狀態(tài)。利用安裝在一個(gè)反射鏡上的壓電陶瓷可改變腔長，實(shí)現(xiàn)諧振頻率的連續(xù)變化。

所述第一偏振器3用于調(diào)整光束的偏振態(tài)，通過旋轉(zhuǎn)偏振器偏振波片可以連續(xù)調(diào)節(jié)經(jīng)過光束調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)后的出射光束偏振面的方向，使其為s態(tài)的線偏振光；

所述半透半反鏡4為平面鏡，其透過率和反射率都為50％。所述的第一高反鏡5和第二高反鏡6均為平面鏡，其反射率大于99.99％。

所述的第一平面鏡7和第二平面鏡8通過光膠與腔體13連接，所述的第一球面鏡9和第二球面鏡10通過第一調(diào)腔工裝11和第一調(diào)腔工裝12分別與腔體13進(jìn)行半光膠連接(即第一球面鏡9和第二球面鏡10與腔體13之間相互接觸，且接觸面可相對移動，未固化)，用于動態(tài)調(diào)整球面鏡位姿。

本實(shí)施方式中，所述的第二偏振器14和第三偏振器15用于調(diào)整經(jīng)過諧振腔后的輸出光束的偏振態(tài)，通過旋轉(zhuǎn)偏振器偏振波片可以連續(xù)調(diào)節(jié)經(jīng)過光束調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)后的出射光束偏振面的方向，使其為s態(tài)或者p態(tài)的線偏振光，并通過光電接收器16和17接收。

所述的第一光電接收器16和第二光電接收器17分別與第二偏振器14和第三偏振器15水平或者豎直連接，保證接收的信號為最大,其信噪比優(yōu)于1％，接收信號不超過其飽和強(qiáng)度，主要用于順逆時(shí)針光束消光系數(shù)的探測，并為光路準(zhǔn)直提供依據(jù)。

請參閱圖2，其是本發(fā)明激光陀螺諧振腔光路準(zhǔn)直裝置中光束調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的示意圖，所述光束調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)2由共光軸且順次設(shè)置的二維傾角調(diào)節(jié)反射鏡A21、二維傾角調(diào)節(jié)反射鏡B22、具有繞水平軸轉(zhuǎn)動功能的平面透鏡A23和具有繞豎直軸轉(zhuǎn)動的平面透鏡B24組成。其中，所述反射鏡A21和反射鏡B22可以調(diào)節(jié)出射光束的傾角，平面透鏡A23和平面透鏡B24分別可以精細(xì)調(diào)節(jié)出射光束在豎直方向和水平方向上的位置，從而實(shí)現(xiàn)對光束空間位置的細(xì)調(diào)，使得光束沿水平光軸入射。

請參閱圖3，其是本發(fā)明光電接收器接收信號隨非共面角角度變化關(guān)系的示意圖，當(dāng)順逆時(shí)針光束消光系數(shù)不等時(shí)，通過調(diào)腔工裝11和12的調(diào)節(jié)螺釘對球面鏡9和10的位姿進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，直到當(dāng)順逆時(shí)針光束消光系數(shù)相等，將球面鏡沿法線方向按壓使其與腔體13光膠上，完成光路的準(zhǔn)直。

本發(fā)明基于激光陀螺環(huán)形諧振腔光路準(zhǔn)直裝置的激光陀螺環(huán)形諧振腔光路準(zhǔn)直方法，其特征在于兩路特征一致的S態(tài)線偏振光相互垂直輸入到腔體13后，分別通過激光陀螺環(huán)形諧振腔順逆時(shí)針方向輸出后由兩路接收光路接收，根據(jù)兩路接收光路接收到的線偏振光特征，動態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整球面鏡，直至順逆時(shí)針的兩路線偏振光的消光系數(shù)相等時(shí)，完成對環(huán)形諧振腔光路的準(zhǔn)直，從而實(shí)現(xiàn)對環(huán)形諧振腔微小非共面的光路補(bǔ)償。

所述的激光陀螺環(huán)形諧振腔光路準(zhǔn)直方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：引燃掃頻激光器，調(diào)節(jié)光束調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使得入射激光束的傳播方向與偏振器和半透半反鏡同軸，經(jīng)過半透半反鏡后的兩部分光束，一部分沿水平方向通過平面鏡注入至腔體內(nèi)，另一部分沿豎直方向通過平面鏡注入到腔體內(nèi)；

步驟2：注入環(huán)形諧振腔內(nèi)兩個(gè)方向的光信號P0經(jīng)過平面鏡輸出分別沿水平和豎直方向經(jīng)偏振器后被光電接收器接收，并將接收到的信號轉(zhuǎn)換后采集至處理計(jì)算機(jī)，其中水平方向的輸出光信號為P1，豎直方向輸出光信號為P2；

步驟3：計(jì)算出水平和豎直方向的消光系數(shù)f1和f2，其大小由以下關(guān)系式確定：

f1＝P1/P0 (1)

f2＝P2/P0 (2)

式中P0為入射光的強(qiáng)度，P1和P2分別為輸出光在水平和豎直方向的強(qiáng)度；

步驟4：根據(jù)消光系數(shù)f1和f2的大小，利用兩個(gè)調(diào)腔工裝動態(tài)調(diào)節(jié)球面鏡，使得f1＝f2，此時(shí)對球面鏡施加法線方向的力使球面鏡與腔體光膠固化，從而實(shí)現(xiàn)對激光陀螺環(huán)形諧振腔光路的準(zhǔn)直。

所述的輸出光經(jīng)過偏振器偏振后為s態(tài)的線偏光或?yàn)閜態(tài)線偏光。

綜上所述，有別于現(xiàn)有技術(shù)通過對環(huán)形激光器的兩個(gè)出射光斑位置進(jìn)行監(jiān)測，并依靠觀察兩個(gè)光斑的重合度來完成光路準(zhǔn)直的方法，本發(fā)明激光陀螺環(huán)形諧振腔光路準(zhǔn)直裝置及方法通過直接測量環(huán)形激光器順時(shí)針和逆時(shí)針方向的輸出光消光系數(shù)來實(shí)現(xiàn)光路的準(zhǔn)直，大幅地消除了觀測誤差，并且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、測量方便，準(zhǔn)直精度高達(dá)0.5"以上，能夠較好的滿足高精度激光陀螺對光路的準(zhǔn)直要求。另外借助于本發(fā)明激光陀螺環(huán)形諧振腔光路準(zhǔn)直能夠更好的指導(dǎo)諧振腔的裝調(diào)，對于提升激光陀螺性能和產(chǎn)品合格率具有較大參考價(jià)值。