一種激光陀螺超光滑反射鏡背向散射測(cè)量裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于激光陀螺技術(shù)，涉及一種激光陀螺超光滑反射鏡背向散射測(cè)量裝置及方法。本發(fā)明激光陀螺超光滑反射鏡背向散射測(cè)量裝置包括激光器、法拉第光隔離器、分束鏡A、光電探測(cè)器A、環(huán)形諧振腔、微操縱器A、分束鏡B、光電探測(cè)器B、濾光片、反饋鏡、微操縱器B、鎖相放大器、穩(wěn)頻系統(tǒng)。本發(fā)明通過將泵浦光束的一部分能量反饋回環(huán)形諧振腔并與腔內(nèi)背向散射光波干涉，提高了環(huán)形諧振腔背向散射信號(hào)的信噪比；通過使待測(cè)反射鏡沿鏡面切線方向輕微移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)激光陀螺使用的超光滑反射鏡背向散射振幅系數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量。并可以篩選出具有較小背向散射的超光滑反射鏡用于激光陀螺諧振腔裝調(diào)，對(duì)于減小激光陀螺鎖區(qū)和提高激光陀螺精度有重要意義。
【專利說明】一種激光陀螺超光滑反射鏡背向散射測(cè)量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光陀螺技術(shù)，涉及一種激光陀螺超光滑反射鏡背向散射測(cè)量裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]激光陀螺作為高精度慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的首選角度傳感器，已廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、艦船、潛艇、導(dǎo)彈和軍用車輛。激光陀螺反射鏡表面的背向散射會(huì)導(dǎo)致閉鎖效應(yīng)，增大隨機(jī)游走，降低激光陀螺的精度。為了減小背向散射及由其引起的閉鎖閾值，提高陀螺精度，制造商普遍采用具有超光滑表面的反射鏡制造激光陀螺，其表面粗糙度通常小于lnm。
[0003]在評(píng)價(jià)用于激光陀螺的超光滑反射鏡質(zhì)量時(shí)，一般采用總積分散射法，即通過測(cè)量樣品表面的總積分散射，來判斷樣品的表面粗糙度和背向散射。激光陀螺制造商期望通過嚴(yán)格控制反射鏡的總積分散射，進(jìn)而控制激光陀螺的閉鎖閾值，提高陀螺的生產(chǎn)合格率。隨著制造工藝的不斷完善，超光滑反射鏡的總積分散射已經(jīng)小于IOppm,但受工業(yè)基礎(chǔ)和制造成本限制，總積分散射很難進(jìn)一步減小。事實(shí)上，采用總積分散射相同的反射鏡裝配出的激光陀螺，其閉鎖閾值并不一致。這是由于激光散斑現(xiàn)象的存在，即不同方向散射光強(qiáng)度的分布具有不規(guī)則性，具有特定的散斑圖案，使得激光陀螺內(nèi)部超光滑反射鏡背向散射的大小與總積分散射并不成正比。
[0004]對(duì)于直接測(cè)量超光滑反射鏡的背向散射，角分辨散射測(cè)量法由于難以探測(cè)背向散射方向的微弱光強(qiáng)，未見成功應(yīng)用的報(bào)道。一些報(bào)道介紹了由超光滑反射鏡構(gòu)成的環(huán)形諧振腔背向散射的測(cè)量方法，這種方法實(shí)際上測(cè)量的是多個(gè)反射鏡背向散射光波的干涉強(qiáng)度。由于干涉強(qiáng)度不僅與每個(gè)反射鏡的背向散射強(qiáng)度有關(guān)，還與其相位角相關(guān)，而環(huán)形諧振腔的熱膨脹會(huì)改變相位角，所以通過測(cè)量并控制環(huán)形諧振腔的背向散射來減小激光陀螺的閉鎖閾值并不十分有效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題:為了準(zhǔn)確測(cè)量激光陀螺超光滑反射鏡的背向散射，使得激光陀螺制造商能夠選擇具有較小背向散射的反射鏡來制造具有較小閉鎖閾值的激光陀螺，本發(fā)明提供了測(cè)量激光陀螺超光滑反射鏡背向散射的方法
[0006]另外，本發(fā)明還提供一種激光陀螺超光滑反射鏡背向散射測(cè)量裝置。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種激光陀螺超光滑反射鏡背向散射測(cè)量裝置，其包括激光器、法拉第光隔離器、分束鏡A、光電探測(cè)器A、環(huán)形諧振腔、微操縱器A、分束鏡B、光電探測(cè)器B、濾光片、反饋鏡、微操縱器B、鎖相放大器、穩(wěn)頻系統(tǒng)。其中，激光器的輸出光束依次入射到法拉第光隔離器、分束鏡A、環(huán)形諧振腔、分束鏡B ;分束鏡B的出射光分為兩束，一束入射到光電探測(cè)器B，另一束依次入射到濾光片和反饋鏡；被反饋鏡反射的光束依次入射到濾光片、分束鏡B、環(huán)形諧振腔；環(huán)形諧振腔的一束出射光依次入射到分束鏡A、光電探測(cè)器A ;穩(wěn)頻系統(tǒng)與激光器和光電探測(cè)器B連接，使得激光器的頻率穩(wěn)定在環(huán)形諧振腔的本征頻率上；鎖相放大器與光電探測(cè)器A和穩(wěn)頻系統(tǒng)連接。
[0008]所述環(huán)形諧振腔由框架、三個(gè)固定反射鏡和一個(gè)待測(cè)反射鏡組成。
[0009]所述待測(cè)反射鏡被微操縱器B夾持，待測(cè)反射鏡在微操縱器B控制下可沿鏡面切線方向移動(dòng)。
[0010]所述反饋鏡被被微操縱器A夾持，反饋鏡在微操縱器A控制下可沿鏡面法線方向移動(dòng)。
[0011]一種激光陀螺超光滑反射鏡背向散射測(cè)量方法，其步驟如下:
[0012]步驟1:將待測(cè)反射鏡和三個(gè)固定反射鏡以及框架組成正方形環(huán)形諧振腔，搭建并調(diào)節(jié)光路，使得激光器的頻率穩(wěn)定在環(huán)形諧振腔的本征頻率上；
[0013]步驟2:使待測(cè)反射鏡在微操縱器控制下在環(huán)形諧振腔光路平面內(nèi)沿鏡面切線方向移動(dòng)d，其中，該d大小在0.01-0.1個(gè)激光波長(zhǎng)；
[0014]步驟3:使反饋鏡在微操縱器控制下沿鏡面法線方向移動(dòng)至少0.5個(gè)激光波長(zhǎng)，記錄此過程中鎖相放大器輸出的最大值IBmax和最小值IBmin，根據(jù)表達(dá)式⑴、(2)、(3)計(jì)算得到環(huán)形諧振腔的背向散射振幅系數(shù)r:
【權(quán)利要求】
1.一種激光陀螺超光滑反射鏡背向散射測(cè)量裝置，其特征在于:包括激光器、法拉第光隔離器、分束鏡A、光電探測(cè)器A、環(huán)形諧振腔、微操縱器A、分束鏡B、光電探測(cè)器B、濾光片、反饋鏡、微操縱器B、鎖相放大器、穩(wěn)頻系統(tǒng)，其中，激光器的輸出光束依次入射到法拉第光隔離器、分束鏡A、環(huán)形諧振腔、分束鏡B ;分束鏡B的出射光分為兩束，一束入射到光電探測(cè)器B，另一束依次入射到濾光片和反饋鏡；被反饋鏡反射的光束依次入射到濾光片、分束鏡B、環(huán)形諧振腔；環(huán)形諧振腔的一束出射光依次入射到分束鏡A、光電探測(cè)器A ;穩(wěn)頻系統(tǒng)與激光器和光電探測(cè)器B連接，使得激光器的頻率穩(wěn)定在環(huán)形諧振腔的本征頻率上；鎖相放大器與光電探測(cè)器A和穩(wěn)頻系統(tǒng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光陀螺超光滑反射鏡背向散射測(cè)量裝置，其特征在于:所述環(huán)形諧振腔由框架、三個(gè)固定反射鏡和一個(gè)待測(cè)反射鏡組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光陀螺超光滑反射鏡背向散射測(cè)量裝置，其特征在于:所述待測(cè)反射鏡被微操縱器B夾持，待測(cè)反射鏡在微操縱器B控制下可沿鏡面切線方向移動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光陀螺超光滑反射鏡背向散射測(cè)量裝置，其特征在于:所述反饋鏡被微操縱器A夾持，反饋鏡在微操縱器A控制下可沿鏡面法線方向移動(dòng)。
5.一種基于權(quán)利要求1所述的激光陀螺超光滑反射鏡背向散射測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其特征在于，包括如下步 驟: 步驟1:將待測(cè)反射鏡和三個(gè)固定反射鏡以及框架組成環(huán)形諧振腔，搭建并調(diào)節(jié)光路，使得激光器的頻率穩(wěn)定在環(huán)形諧振腔的本征頻率上； 步驟2:使待測(cè)反射鏡在微操縱器控制下在環(huán)形諧振腔光路平面內(nèi)沿鏡面切線方向移動(dòng)d，其中，該d大小在0.01-0.1個(gè)激光波長(zhǎng)； 步驟3:使反饋鏡在微操縱器控制下沿鏡面法線方向移動(dòng)至少0.5個(gè)激光波長(zhǎng)，記錄此過程中鎖相放大器輸出的最大值IBmax和最小值IBmin，根據(jù)表達(dá)式⑴、⑵、⑶計(jì)算得到環(huán)形諧振腔的背向散射振幅系數(shù)r:1Bfflax = k(R2+r2+2Rr)(I)
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光陀螺超光滑反射鏡背向散射測(cè)量方法，其特征在于:待測(cè)反射鏡累計(jì)移動(dòng)距離至少達(dá)到0.7個(gè)激光波長(zhǎng)。
【文檔編號(hào)】G01M11/02GK103674487SQ201210331273
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月7日
【發(fā)明者】王珂, 王京獻(xiàn), 韓宗虎, 徐宏財(cái), 張自國(guó) 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)第六一八研究所