基本介紹
- 中文名：環行雷射器
- 外文名：ring laser
- 所屬領域：光學
- 發展時間：1963年
- 原理：光學外差方法
- 組成：雷射陀螺、環形雷射流量計等
原理,穩定工作條件,套用,組成,雙頻環形雷射,四頻環形雷射,
原理
環形雷射器是雷射在技術上套用的一個例子，它是利用傳播方向相反的兩束相干光來測量轉動的一種裝置，是在1963年發展起來的，它和薩尼亞克(Sagnac)實驗相類似。
在環形雷射器的工作中，採用了光學外差方法。雷射器的兩束輸出光束被一起反射到一個光電接收器中。光電接收器輸出的是一個拍頻信號，其頻率等於頻差。同樣，拍頻的頻率也正比於轉動的角頻率。
在環形雷射器中，通常使用最簡單的三角形諧振腔，在它的三個角上放置兩個反射鏡和一個半透鏡，後者用於引出環路中的部分能量，以便測知其振盪的頻率。除此之外，在實際的諧振腔中，由於反射和其它原因會發生能量損失。因此，為了保持振盪，在實際的諧振腔中應該填充活性介質，它能把電能轉換為電磁振盪，並保證射線是高純度的單色光和具有相干性。氣體雷射器能完全滿足這些要求。
穩定工作條件
環形雷射器是由三面或三面以上的反射鏡構成的環形行波諧振腔和置於腔內的雷射增益介質組成的一種雷射器。反射鏡的幾何位置保證行波模在環形腔內能自洽運行，其反射率提供行波振盪所需的正反饋。雷射增益介質提供受激躍遷以維持腔內的行波振盪光場。
因為雷射陀螺的雷射增益介質的小信號增益係數相當小，而且有效增益長度較短，因此只有用穩定諧振腔型(簡稱穩定腔)方能穩定運轉。雷射陀螺標度因數的穩定需採用主動穩頻方法穩定諧振腔光程長。為此，通常也必須採用穩定腔。所謂穩定腔系指能確保一個以上模式的光線在該腔內經過無數次周而復始的運行後也不偏離腔體軸線而橫向逸出的光學諧振腔。
與求普通兩鏡直腔(即常說的琺-珀型諧振腔)的穩定條件類似，環形諧振腔的穩定條件可以套用諧振腔理論中環形腔內旁軸光線運行一周的環繞矩陣(相當於兩鏡腔的往返矩陣)求得。具體推導分析方法可參閱這方面的專著，這裡僅給出幾種常用環形諧振腔的穩定工作條件。
套用
環形雷射器可以用於旋轉運動參數的測量，這是因為行波在旋轉坐標系中通過環路的時間和在相對於慣性空間恆定的坐標系中通過相同路程所用的時間不同。只有在相對論基礎上才能對此現象作出嚴格的數學描述。但是，可以由經典理論概念得到滿意的一次近似結果。
組成
環形雷射器包括雷射陀螺、環形雷射流量計和四頻環形雷射器。雷射陀螺和環形雷射流量計為雙頻環形雷射，主要是利用在環路中順時針和逆時針行進的光的光程不同得到雷射頻率分裂；而四頻環形雷射器則主要由旋光性和磁光效應造成雷射頻率分裂，且其輸出是左旋圓偏振光和右旋圓偏振光，屬於正交偏振光。由於四頻環形雷射出現之前先有了雙頻環形雷射，前者是在後者的基礎上發展起來的，且二者都基於雷射頻率分裂效應。
雙頻環形雷射
雙頻環形雷射的一項套用是作為陀螺使用，即雷射陀螺。它已廣泛用於飛機、艦艇和飛彈的導航及姿態控制中。其主要構成有一個由三面反射鏡組成的一個光的旋轉振盪環路，光在其中可以順時針，也可以逆時針行進
並形成振盪。
四頻環形雷射
在發展雙頻環形雷射的過程中，一種正交圓偏振雷射——四頻環形雷射也獲得了發展，其目的是克服三鏡雙頻環形雷射的“閉鎖”效應：環形腔轉動速度小於一定值時，雷射器沒有頻差輸出。從結構上來說，四頻環形雷射比兩頻環形雷射要複雜得多。雙頻環形雷射只用三個反射鏡組成一個閉合環路，除了He Ne放電管外，環形腔內不必置入任何光學元件；而四頻環形雷射則必須由四個反射鏡組成一個閉合矩形或“8”字形環路，且除了He Ne放電管外，還必須放入兩個光學元件，一個是偏振面旋轉器(polarization rotators，義稱旋光器)，還有一個是基於磁光效應的法拉第室(Faraday cells)。四頻環形雷射用四鏡或偶數面反射鏡組成環路，而且四頻都是圓偏振光。如果使用i鏡環形腔，就不能看到四個頻率一起工作。
