ЛА́ЗЕРНЫЙ ГИРОСКО́П

ЛА́ЗЕРНЫЙ ГИРОСКО́П, раз­но­вид­ность кван­то­во­го ги­ро­ско­па, при­бор для из­ме­ре­ния уг­ло­вой ско­ро­сти вра­ще­ния (уг­ла по­во­ро­та) те­ла, на ко­то­ром он ус­та­нов­лен, с по­мо­щью коль­це­во­го ла­зе­ра. В коль­це­вом ла­зе­ре ис­поль­зу­ет­ся оп­ти­че­ский ре­зо­на­тор спец. ви­да (коль­це­вой ре­зо­на­тор), пред­став­ляю­щий со­бой сис­те­му зер­кал, на­прав­ляю­щих све­то­вой луч по зам­кну­то­му кон­ту­ру. Внут­ри ре­зо­на­то­ра по это­му кон­ту­ру в про­ти­во­по­лож­ных на­прав­ле­ни­ях рас­про­стра­ня­ют­ся две ге­не­ри­руе­мые ла­зе­ром встреч­ные бе­гу­щие вол­ны, имею­щие час­то­ты, близ­кие к собств. час­то­там ре­зо­на­то­ра. При вра­ще­нии ла­зе­ра вслед­ст­вие за­ви­си­мо­сти вре­ме­ни об­хо­да вра­щаю­ще­го­ся кон­ту­ра от ско­ро­сти вра­ще­ния и на­прав­ле­ния об­хо­да воз­ни­ка­ет раз­ность час­тот встреч­ных волн (рас­ще­п­ле­ние час­тот, см. Сань­я­ка опыт) $$\Delta f=\frac{4S\Omega}{\lambda P}\cos \theta \tag1$$где $Ω$ – уг­ло­вая ско­рость вра­ще­ния, $S$ – пло­щадь, ох­ва­ты­вае­мая кон­ту­ром ре­зо­на­то­ра, $θ$ – угол ме­ж­ду осью вра­ще­ния и нор­ма­лью к плос­ко­сти кон­ту­ра, $P$ – его пе­ри­метр, $λ$ – дли­на вол­ны из­лу­чения. Встреч­ные вол­ны вы­во­дят­ся из ла­зе­ра че­рез по­лу­про­зрач­ное зер­ка­ло ре­зо­на­то­ра и сме­ши­ва­ют­ся на фо­то­при­ём­ни­ке. Ин­тен­сив­ность сме­шан­но­го из­лу­че­ния ос­цил­ли­ру­ет с час­то­той бие­ний, рав­ной раз­но­сти час­тот встреч­ных волн $Δf$. Си­ну­сои­даль­ный сиг­нал с вы­хо­да фо­то­при­ём­ни­ка об­ра­ба­ты­ва­ет­ся с по­мо­щью спец. элек­трон­ных схем, под­счи­ты­ва­ет­ся из­ме­не­ние раз­но­сти фаз встреч­ных волн за вре­мя из­ме­ре­ния, про­пор­цио­наль­ное уг­лу по­во­ро­та коль­це­во­го ре­зо­на­то­ра. Для из­ме­ре­ния пол­но­го век­то­ра уг­ло­вой ско­ро­сти (или уг­ла по­во­ро­та) ис­поль­зу­ют три коль­це­вых ла­зе­ра, из­ме­ряю­щих про­ек­ции век­то­ра уг­ло­вой ско­ро­сти на три ор­то­го­наль­ных на­прав­ле­ния.

В ре­аль­ных коль­це­вых ла­зе­рах вслед­ст­вие об­рат­но­го рас­сея­ния встреч­ных волн на мик­ро­не­од­но­род­но­стях зер­кал ре­зо­на­то­ра и уси­ли­ваю­щей сре­ды воз­ни­ка­ет вза­им­ная син­хро­ни­за­ция (за­хват) час­тот встреч­ных волн. Внут­ри зо­ны за­хва­та час­то­та бие­ний ока­зы­ва­ет­ся рав­ной ну­лю, а вбли­зи гра­ниц этой об­лас­ти за­ви­си­мость час­то­ты бие­ний от ско­ро­сти вра­ще­ния зна­чи­тель­но от­ли­ча­ет­ся от фор­му­лы (1), что не­до­пус­ти­мо для пра­виль­ной ра­бо­ты Л. г. Для умень­ше­ния об­лас­ти за­хва­та в Л. г. ис­поль­зу­ют­ся вы­со­ко­ка­че­ст­вен­ные зер­ка­ла с ма­лым об­рат­ным рас­сея­ни­ем. Для из­ме­ре­ния ма­лых уг­ло­вых ско­ро­стей, по­па­даю­щих в об­ласть за­хва­та, соз­да­ют до­пол­ни­тель­ное (не свя­зан­ное с из­ме­ряе­мой уг­ло­вой ско­ро­стью) рас­ще­п­ле­ние час­тот встреч­ных волн. Это мож­но сде­лать, воз­бу­ж­дая кру­тиль­ные ко­ле­ба­ния в плос­ко­сти ла­зер­но­го кон­ту­ра (ко­ле­ба­ния с ам­пли­ту­дой по­ряд­ка 100″ и с час­то­той по­ряд­ка 100 Гц). Др. спо­соб уст­ра­не­ния зо­ны за­хва­та – реа­ли­за­ция Л. г. с не­пло­ским лу­че­вым кон­ту­ром. В та­ких Л. г. при на­ло­же­нии маг­нит­но­го по­ля вме­сто двух встреч­ных волн с раз­ными час­то­та­ми су­ще­ст­ву­ют че­ты­ре: две вол­ны с раз­ны­ми час­то­та­ми и по­ля­ри­за­ция­ми в од­ном на­прав­ле­нии и две – во встреч­ном на­прав­ле­нии.

Л. г. обыч­но соз­да­ют­ся на ос­но­ве ге­лий-не­оно­вых ла­зе­ров, имею­щих вы­со­кую ста­биль­ность, ма­лое об­рат­ное рас­сея­ние в ак­тив­ной сре­де, вы­со­кую на­дёж­ность и ком­пакт­ность. Л. г. име­ет пре­иму­ще­ст­ва пе­ред ме­ха­нич. ги­ро­ско­па­ми: ма­лое вре­мя го­тов­но­сти по­сле вклю­че­ния, прак­ти­че­ски не­ог­ра­ни­чен­ный диа­па­зон из­ме­ряе­мых ско­ро­стей, не­чув­ст­ви­тель­ность к боль­шим ли­ней­ным ус­ко­ре­ни­ям, ус­той­чи­вость к силь­ным ме­ха­нич. пе­ре­груз­кам. По­это­му Л. г. по­сте­пен­но вы­тес­ни­ли ме­ха­нич. ги­ро­ско­пы прак­ти­че­ски во всех совр. на­ви­гац. сис­те­мах.