к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Лазерный гироскоп (фотонный гироскоп)

Лазерный гироскоп (фотонный гироскоп) - квантовый гироскоп ,чувствительным элементом к-рого является кольцевой лазер, генерирующий 2 встречные волны. Действие Л. г. основано на зависимости разности собств. частот кольцевого оптического резонатора для встречных волн от скорости его вращения относительно инерциальной системы отсчёта. В отличие от волоконно-оптического гироскопа, регистрирующего угл. скорость вращения, Л. г. позволяет определять изменение угла поворота.

2544-31.jpg

Рис. 1. Принципиальная схема лазерного гироскопа: Зt3 - зеркала; А - активная среда; З4, З5 - зеркала смесителя встречзых волн (З6 - полупрозрачное); Н- невзаимный элемент; Ф - фотодетектор; П - блок питания; С - система стабилизации параметров лазера; И - система обработки информации.


Резонатор кольцевого лазера состоит из 3 (или 4) отражателей (зеркал или призм), установленных на Жёстком основании и обеспечивающих замкнутую траекторию (треугольник или прямоугольник) для встречных волн (рис. 1). Возникновение разности частот встречных волн следует из зависимости времени обхода светом вращающегося контура от скорости вращения и направления обхода. Согласно общей теории относительности, разность времён обхода вращающегося контура 2544-32.jpg (в приближении малости линейной скорости вращения по сравнению со скоростью света с)записывается в виде, к-рый может быть интерпретирован и в рамках классич. кинематики:

2544-33.jpg

Здесь 2544-34.jpg -время обхода неподвижного контура, S, L - площадь и оптич. периметр контура (с учётом показателя преломления), 2544-35.jpg - угл. скорость вращения (в рад/с), 2544-36.jpg- угол между осью вращения и нормалью к плоскости контура.

Т. к.2544-37.jpg связана с различием оптич. путей встречных волн соотношением2544-38.jpg , a L определяет собств. частоты резонатора, частоты вращающегося кольцевого резонатора для встречных волн 2544-39.jpg (+ для волны, распространяющейся по направлению вращения) становятся разными:

2544-40.jpg

Здесь 2544-41.jpg - частота волн в неподвижном резонаторе (m - целое число). Разность (2544-42.jpg) не зависит от формы контура, положения оси вращения относительно центра резонатора и может быть записана в виде

2544-43.jpg

где K=4S/2544-44.jpgL наз. масштабным коэф. Л. г., 2544-45.jpg= = (2544-46.jpg )/2 - длина волны излучения покоящегося Л. г.

Разностная частота 2544-47.jpg (2544-48.jpg10-2-105 Гц) выделяется фотодетектором при пространств. совмещении (смешении) небольшой части энергии (2544-49.jpg0,1%) встречных световых волн (2544-50.jpg1014 Гц), выведенной из кольцевого резонатора (31, 32, 33) через выходное частично прозрачное зеркало 33. Смеситель состоит из зеркал 34, 35 (35 - полупрозрачное; рис. 1) или спец. призмы с углом при вершине 2544-51.jpg90°. Синусоидальный сигнал на выходе фотодетектора преобразуется в измерит. устройстве в последовательность импульсов, регистрируемых счётчиком. Число импульсов пропорц. углу поворота в плоскости кольцевого лазера. Один импульс на 2544-52.jpg выходе счётчика соответствует повороту Л. г. на

Большая величина К позволяет измерять малые скорости вращения при небольших размерах Л. г. Напр., для кольцевого гелий-неонового лазера (2544-53.jpg=6,3282544-55.jpg 10-6 см), имеющего резонатор в виде квадрата со стороной 10 см, K=1,58 105. При этом суточное вращение Земли, происходящее с угл. скоростью 15 град/ч и регистрируемое на широте 60°, должно давать 2544-56.jpg 10 Гц. Считая угл. скорость вращения Земли известной и постоянной, можно с точностью 2544-57.jpg определить широту, на к-рой расположен Л. г.

С квантовомеханич. точки зрения Л. г. представляет собой прибор, вращение к-рого вызывает изменение энергий 2544-58.jpg и орбитальных моментов 2544-59.jpg макроскопич. "орбит" фотонов, распространяющихся во встречных направлениях:

2544-60.jpg

где 2544-61.jpg - величины проекций орбитальных моментов на нормаль к плоскости кольцевого резонатора, 2544-62.jpg= 2S/L - эффективный радиус орбиты. Из (4) следует, что 2544-63.jpg. Учитывая, что 2544-64.jpg, получим выражение (3).

Зависимость 2544-65.jpg (выходная характеристика Л. г., рис. 2) в реальном кольцевом лазере отличается от (3) из-за влияния нелинейных свойств активной среды и наличия связи встречных волн вследствие обратного рассеяния. В области малых 2544-66.jpg связь встречных волн приводит к захвату их частот (см. Затягивание частоты). Поэтому выходная характеристика Л. г. имеет область нечувствительности к вращению (зону захвата -2544-67.jpg, 2544-68.jpg). Кроме того, зависимость 2544-69.jpg имеет ги-стерезисный характер: частоты, соответствующие входу в зону захвата (2544-70.jpg) и выходу из неё (2544-71.jpg), различны. При изменении величины обратного рассеяния R и фазы2544-72.jpg рассеянных волн 2544-73.jpg изменяется в пределах

2544-74.jpg

где 2544-75.jpg -величина зоны захвата (2544-76.jpg=0 при 2544-77.jpg<2544-78.jpg). Для лучших Л. г. 2544-79.jpg10-3 рад/с.

Для регистрации малых 2544-80.jpg в Л. г. создаётся нач. частотное расщепление встречных волн 2544-81.jpg с помощью небольших (2544-82.jpg ) в общем случае непериодических угл. колебаний кольцевого лазера. Нач. расщепление может быть создано также с помощью помещаемых внутрь кольцевого резонатора частотных невзаимных элементов. Наиб. часто используются невзаимные элементы на основе Фарадея эффекта.

2544-83.jpg

Рис. 2. Частотные характеристики лазерного гироскопа: 1 - идеальная (2544-84.jpg ), 2, 3 - теоретические [2544-85.jpg= 2544-86.jpg ], 4 - область реальной характеристики.


В качестве активной среды в Л. г. обычно используется газовая смесь двух изотопов неона (20Ne, 22Ne) с Не, характеризующаяся неоднородно уширенной линией рабочего перехода. Это позволяет устранить конкурентное взаимодействие встречных волн и полунить высокую стабильность. Исследуются кольцевые лазеры с кристаллич. или стеклообразной активной средой.

Предельная точность измерения 2544-87.jpg10 -4 град/ч определяется естеств. флуктуациями разности частот встречных волн в кольцевом лазере. В реальных Л. г. достигается погрешность измерения 2544-88.jpg 10-2-10-3 град/ч при времени измерения 2544-89.jpg1 с.

Преимущества Л. г. перед традиц. механич. гироскопами: возможность использования в системах, где гироскоп жёстко связан с движущимся объектом; цифровой выход информации; большой диапазон 2544-90.jpg; малая чувствительность к перегрузкам и малое время (2544-91.jpg1 с) запуска.

Литература по лазерным гироскопам (фотонным гироскопам)

  1. Ароновиц Ф., Лазерные гироскопы, в кн.: Применения лазеров, пер. с англ., М., 1974;
  2. Бычков С. И., Лукьянов Д. П., Бакаляр А. И., Лазерный гироскоп, М., 1975;
  3. Курицки М. М., Голдстайн М. С., Инерциальная навигация, пер. с англ., "ТИИЭР", 1989, т. 71, № 10, с. 47.

Я. В. Кравцов, А. Н. Шелаев

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, что релятивистское объяснение феномену CMB (космическому микроволновому излучению) придумал человек выдающейся фантазии Иосиф Шкловский (помните книжку миллионного тиража "Вселенная, жизнь, разум"?). Он выдвинул совершенно абсурдную идею, заключавшуюся в том, что это есть "реликтовое" излучение, оставшееся после "Большого Взрыва", то есть от момента "рождения" Вселенной. Хотя из простой логики следует, что Вселенная есть всё, а значит, у нее нет ни начала, ни конца... Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 14.09.2019 - 18:23: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров.
13.09.2019 - 09:08: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
12.09.2019 - 17:47: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
12.09.2019 - 16:47: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
12.09.2019 - 13:10: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> ПРОБЛЕМА КРИМИНАЛИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ - Карим_Хайдаров.
12.09.2019 - 13:03: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
08.09.2019 - 03:42: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой - Карим_Хайдаров.
07.09.2019 - 07:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Декларация Академической Свободы - Карим_Хайдаров.
07.09.2019 - 03:18: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Проблема ГМО - Карим_Хайдаров.
05.09.2019 - 13:33: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
05.09.2019 - 13:31: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Негребы - Карим_Хайдаров.
01.09.2019 - 18:04: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Светланы Вислобоковой - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution