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，這會導致環(huán)形激光陀螺產(chǎn)生較大的磁零偏，嚴重影響環(huán)形激光器的精度。

現(xiàn)有的光路準直方法一般是需要同時對環(huán)形激光器的兩個出射光斑進行監(jiān)測，根據(jù)其位置信息進行腔體光路調(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，整個操作過程繁瑣，準直的誤差較大。該光路準直方法和裝置已經(jīng)難以保證高精度激光陀螺環(huán)形激光諧振腔的準直效果，同時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)形諧振腔光路準直裝置，本發(fā)明還提供了一種操作簡單、效率高、準直效果較好的激光陀螺環(huán)形諧振腔光路準直方法。

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)腔工裝設置在腔體的兩個調(diào)整端，第一球面鏡和第二球面鏡分別設置在第一調(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)機構(gòu)、第一偏振器、半透半反鏡順次設置組成的水平光路，另一路為由激光器、光束調(diào)節(jié)機構(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)機構(gòu)由共光軸且順次設置的二維傾角調(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)實時調(diào)整球面鏡，直至順逆時針的兩路線偏振光的消光系數(shù)相等時，完成對環(huán)形諧振腔光路的準直，從而實現(xiàn)對環(huán)形諧振腔微小非共面的光路補償。

一種激光陀螺環(huán)形諧振腔光路準直方法，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)換后采集至處理計算機，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為入射光的強度，P1和P2分別為輸出光在水平和豎直方向的強度；

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

所述的輸出光經(jīng)過偏振器偏振后為s態(tài)的線偏光或為p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度。

有別于現(xiàn)有技術(shù)通過對環(huán)形激光器的兩個出射光斑位置進行監(jiān)測，并依靠觀察兩個光斑的重合度來完成光路準直的方法，本發(fā)明通過直接測量環(huán)形激光器順時針和逆時針方向的輸出光消光系數(shù)來實現(xiàn)光路的準直，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，準直精度高達0.5"以上，能夠較好的滿足高精度激光陀螺對光路的準直要求。另外借助于本發(fā)明激光陀螺環(huán)形諧振腔光路準直能夠更好的指導諧振腔的裝調(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值。

附圖說明

圖1是本發(fā)明激光陀螺諧振腔光路準直裝置一較佳方式實施示意圖；

圖2是本發(fā)明激光陀螺諧振腔光路準直裝置中光束調(diào)節(jié)機構(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。

具體實施方式

下面通過具體實施方式對本發(fā)明作進一步的說明：

請參閱圖1，其是本發(fā)明激光陀螺諧振腔光路準直裝置一較佳方式實施示意圖。本實施方式中，所述激光陀螺諧振腔光路準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設置在腔體13的兩個調(diào)整端，第一球面鏡9和第二球面鏡10分別設置在第一調(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)機構(gòu)2、第一偏振器3、半透半反鏡4順次設置組成的水平光路，另一路為由激光器1、光束調(diào)節(jié)機構(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)。利用安裝在一個反射鏡上的壓電陶瓷可改變腔長，實現(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度，主要用于順逆時針光束消光系數(shù)的探測，并為光路準直提供依據(jù)。

請參閱圖2，其是本發(fā)明激光陀螺諧振腔光路準直裝置中光束調(diào)節(jié)機構(gòu)的示意圖，所述光束調(diào)節(jié)機構(gòu)2由共光軸且順次設置的二維傾角調(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，從而實現(xiàn)對光束空間位置的細調(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，當順逆時針光束消光系數(shù)不等時，通過調(diào)腔工裝11和12的調(diào)節(jié)螺釘對球面鏡9和10的位姿進行動態(tài)調(diào)整，直到當順逆時針光束消光系數(shù)相等，將球面鏡沿法線方向按壓使其與腔體13光膠上，完成光路的準直。

本發(fā)明基于激光陀螺環(huán)形諧振腔光路準直裝置的激光陀螺環(huán)形諧振腔光路準直方法，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)實時調(diào)整球面鏡，直至順逆時針的兩路線偏振光的消光系數(shù)相等時，完成對環(huán)形諧振腔光路的準直，從而實現(xiàn)對環(huán)形諧振腔微小非共面的光路補償。

所述的激光陀螺環(huán)形諧振腔光路準直方法，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)換后采集至處理計算機，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為入射光的強度，P1和P2分別為輸出光在水平和豎直方向的強度；

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

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

綜上所述，有別于現(xiàn)有技術(shù)通過對環(huán)形激光器的兩個出射光斑位置進行監(jiān)測，并依靠觀察兩個光斑的重合度來完成光路準直的方法，本發(fā)明激光陀螺環(huán)形諧振腔光路準直裝置及方法通過直接測量環(huán)形激光器順時針和逆時針方向的輸出光消光系數(shù)來實現(xiàn)光路的準直，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，準直精度高達0.5"以上，能夠較好的滿足高精度激光陀螺對光路的準直要求。另外借助于本發(fā)明激光陀螺環(huán)形諧振腔光路準直能夠更好的指導諧振腔的裝調(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值。