激光陀螺新型槽片

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国外激光陀螺lasergyroscope的发展与应用

国外激光陀螺laser gyroscope的发展与应用

来源：《国外惯性技术信息》2017年第4期，作者：国防科技大学张斌，罗晖，袁保伦，汪之国

激光陀螺（RLG）是一种以萨格奈克（Sagnac）效应为基础的光学陀螺，主要用于运动载体的角运动（运动角速度或转动角度）测量。

1913年，法国科学家Sagnac进行了环形光路中外界转动引起干涉条纹变化的实验，并从理论上对此现象进行了解释，提出了著名的Sagnac效应：在环形闭合光路中，从某一观察点发出的一对光波沿相反方向运行一周后又回到该点时，这对光波的光程（或相位）将由于闭合光路相对于惯性空间的旋转而不同，其光程差（或相位差）与闭合光路的旋转角速度成正比。

在随后的很长一段时间里，由于没有合适的相干光源，光学Sagnac效应的研究基本上没有任何实用性进展。直到1960年，世界上的第一台激光器诞生以后，激光陀螺作为激光技术的一个重要应用而成为世界各军事强国研究的热点。

1激光陀螺及其特点

激光陀螺是由腔体（一般采用超低膨胀系数的微晶玻璃材料）和高质量反射镜构成的环形激光器，腔内运行的顺、逆时针激光能够以不同的频率独立振荡。由于激光谐振条件的要求，Sagnac效应产生的光程差转换成了顺、逆时针运行激光的频率差，因此极大地提高了陀螺的响应灵敏度。当激光陀螺固定在运动载体上，并相对于惯性空间以角速度Ω旋转时，该频

率差为：，式中为标度因数，它由环形谐振腔的面积A、环路长度L以及激光波长λ决定。

激光陀螺的原理光路如图1所示，采用合光棱镜使其输出的顺、逆时针激光以微小夹角合并，经光电转换后可得到频率为∆v的拍频信号，从而实现载体转动角速度的测量。

激光陀螺的发展趋势

激光陀螺作为一种高精度的测量仪器，具有广泛的应用前景。随着科技的不断发展和需求的增加，激光陀螺的发展呈现出以下几个趋势。

首先，激光陀螺的精度将不断提高。激光陀螺的精度是评价其性能的重要指标。目前的激光陀螺已经具备了较高的精度，但仍有提升的空间。未来，随着材料工艺、激光技术和信号处理算法的不断进步，激光陀螺的精度将得到进一步提高，能够满足更高精度的测量需求。

其次，激光陀螺的体积将进一步缩小。激光陀螺在航天、导航、地质勘探等领域的应用中，对体积和重量的要求非常高。为了满足这些要求，激光陀螺的体积将会不断缩小。随着微纳技术的发展，激光陀螺的微型化将成为可能，从而拓宽了其应用范围。

第三，激光陀螺的价格将逐渐降低。目前激光陀螺的价格较高，限制了其在一些领域的广泛应用。但随着技术的发展和应用的推广，激光陀螺的生产规模将逐渐扩大，生产成本会得到降低，并且竞争力也会增强。这将导致激光陀螺价格的下降，进一步推动其在市场上的普及应用。

第四，激光陀螺的可靠性将得到提高。激光陀螺在航天、军事等领域的应用中，对其可靠性要求非常高。目前激光陀螺存在着可靠性不高、寿命较短等问题。未来，随着新材料的应用和工艺的改进，激光陀螺的可靠性将逐步提高，能够在恶

劣环境下正常工作，并且寿命更长。

第五，激光陀螺将与其他传感器相结合。激光陀螺通常与加速度计等其他传感器配合使用，以获取更为精确的测量结果。未来，随着多传感器融合技术的发展，激光陀螺将与其他传感器更加紧密地结合，形成更为完善的测量系统。

最后，激光陀螺的应用领域将进一步扩展。目前激光陀螺主要应用于航天、军事和地质勘探等领域。未来，随着激光陀螺技术的不断发展和成熟，其在工业控制、自动驾驶、虚拟现实等领域的应用也将得到拓展。激光陀螺将会成为智能化和信息化时代的重要测量工具。

新型集成化光学陀螺技术

２１年第３期００总第３７０期
文章编号：１０．１２２１）３０５—５０４７８（０００－０８０
导弹与航天运载技术
ＭＩＬＥＳＤＰＡＣＥＥＨＩＳＳＩＡＮＳＶＣＬＥＳ
Ｎｏ３２１．００
Ｓｍ．０ｕＮｏ３７
ｄｖｌｐｎｉｃｉｎｏｔｅｉｔｇａｅｐｉａｙｏｃｐｓｓｉｔｄｅｅｏｍｅｔｒｔｆｈｅｒｔｄｏｔｃｌｒｓｏｅｉｅｔｄｅｏｎｇｍａｅ．
Ｋｅｏｄ：ｔａｙｏｃｐ；ＩｔｇａｅｐｉｓｒｔｔｎｓｎｏｉｙＷｒｓＯｐｉｌｒｓｏｅｎｅｒｔｄｏｔｏａｉｓｒＭＯＥｙｏｃｐｃｇｃｏｅＭＳｇｒｓｏｅ
块状的分束器取代了传统干涉式光纤Baidu Nhomakorabea螺的３ｄＢ耦合
第３期
王卓伟
新型集成化光学陀螺技术
５９
器，分束器的大小为３ｍｍ见方：通过粘结在分束器
１集成光学陀螺．２１．无源谐振式集成光学陀螺．１２
ｕｏｐｉａＲｓｎｔｒｅｈｏｏｙＶＧＯ）ｐｎＯｔｌｅｏａｃｎｌｇ，ＩＲ样机Ｌ。该ｃｏＴ２Ｊ公司所采用的环形波导结构以及样机图片分别如图３和图４所示。

激光陀螺仪综述

姓名：学号：2010

1、激光陀螺仪概述

现代陀螺仪是一种能够精确的定位运动物体的方位的仪器，它是现代航空，航海，航天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器，它的发展对一个国家的工业，国防和其它高科技的发展具有十分重要的战略意义。传统的惯性陀螺仪主要是指机械式的陀螺仪，机械式的陀螺仪对工艺结构的要求很高，结构复杂，它的精度受到了许多方面的制约。

2、激光陀螺仪的原理及分类

2.1激光陀螺仪的原理

激光陀螺仪的原理是利用光程差来测量旋转角速度（ Sagnac 效应）。在闭合光路中，由同一光源发出的沿顺时针方向和反时针方向传输的两束光和光干涉，利用检测相位差或干涉条纹的变化，就可以测出闭合光路旋转角速度。激光陀螺仪的基本元件是环形激光器，环形激光器由三角形或正方形的石英制成的闭合光路组成，内有一个或几个装有混合气体（氦氖气体）的管子，两个不透明的反射和一个半透明镜。用高频电源或直流电源激发混合气体，产生单色激光。为维持路谐振，回路的周长应为光波波长的整数倍。用半透明镜将激光导出回路，经反射镜使两束相反传输的激光干涉，通过光电探测器和电路输入与输出角度成比例的数字信号。

2.2激光陀螺仪的分类

激光陀螺原理上根本不同于普通的机电式陀螺。常规机电转子陀螺依据普通的刚体力学原理按照机械储能方式工作，而激光陀螺是以双向行波的环形激光器为核心的量子光学仪表，其依据基于广义相对论的Sagnac效应。所谓的Sagnac 效应是指在任意几何形状的闭合光路中，从某一观察点出发的一对光波沿相反方向运行一周后又回到该观察点时，这对光波的相位将由于该闭合环形光路相对于惯性空间的旋转而不同。其相位差（或光程差）的大小与闭合光路的转动速率成正比。激光谐振腔内的相位差又可以成为放大数百万倍的频率差，这样就可以通过测量光电信号的频率来测量物体的角速度、角度等。

激光陀螺仪的原理与应用

激光陀螺仪是一种基于光学原理的高精度、高稳定性的惯性导航传感器。它利用旋转后的Sagnac效应，通过光纤和光学器件来测量角速度，

从而确定导航物体的姿态和旋转信息。本文将详细介绍激光陀螺仪的原理

与应用。

首先，我们来了解Sagnac效应。Sagnac效应是一个相对论效应，它

描述了在一个旋转的参考系中传播的光的传播时间差。如果平面光波经过

旋转的介质后回到原点，那么在旋转情况下，由于一侧边与旋转平面一起

旋转，而另一侧边则不动，所以光波在传播时间上产生差异，这就是Sagnac效应。

而光纤干涉则是利用两束光线合成的干涉现象来测量光路差。激光陀

螺仪将激光分成两束，一束沿顺时针方向传输，另一束沿逆时针方向传输。在光纤环形路径上，两束光线会经过一系列的反射和传输，在最终合并的

地方形成干涉纹。根据干涉纹的变化，可以精确测量光线的传播时间差，

从而计算出陀螺仪的角速度。

1.惯性导航系统：激光陀螺仪可以通过测量姿态和旋转信息来辅助导

航和定位系统，特别是在没有GPS信号或GPS信号不可靠的情况下。它在

无人飞行器、导弹系统和航天器中的应用非常广泛。

2.航空航天工业：激光陀螺仪可以在飞行中测量飞机或导弹的姿态和

旋转信息，从而提供导航、导弹制导和飞行控制等方面的支持。它能够提

供高精度的姿态测量，可以在飞行中实时修正姿态。

3.地震勘探：激光陀螺仪可以通过测量地表的旋转信息，来检测和测量地震的发生和水平。它在地震预警系统中起到重要作用，提供准确的地震数据，以便及时采取适当的措施。

4.船舶导航：激光陀螺仪可以用于大型船舶的导航和航海系统中，通过测量船舶的姿态和角速度来提供精确的导航信息。船舶在恶劣的水域或海况下，激光陀螺仪可以提供高精度的姿态稳定性，提高船只的驾驶稳定性和安全性。

国内外激光陀螺调研报告

1、激光陀螺的发展历程和水平

1.1激光陀螺发展历程

1913年法国物理学家G. Sagnac提出环形光干涉与输入角速度成正比的sagnac 效应。1960年7月7日第一台红宝石固体激光器诞生。美国人C. V. Heer(1961年)和A. H. Rosenthal（1962年）提出将激光器用于Sagnac干涉仪构成激光陀螺。

1962年0.6328μm波长He-Ne气体激光器实现运转。此时美、英、法、前苏联开始研制用激光来作为方位测向器，称之为激光陀螺仪，其原理是利用光程差来测量旋转角速度（Sagnac效应）。1963年2月美国斯佩里公司的Macek和Davis宣布他们用环形行波激光器感测转速率获得成功，研制出世界上第一台环形激光陀螺实验装置，该装置的光程长达4米，精度约50°/h。

激光陀螺固有的闭锁效应以及零漂误差等给激光陀螺的研制带来许多困难，直到70年代，美国和法国的一些公司才陆续有激光陀螺产品问世。1972年，霍尼韦尔公司研制出GG-1300型激光陀螺仪，经随后的改进后其零漂值达0.004º/h，尺寸大小为18cm×20cm×5cm，重量为3公斤。1975年，霍尼韦尔公司又研制出机械抖动偏频的单轴激光陀螺，并首次成功地应用于战术飞机。激光陀螺从此进入实用阶段。并且成功地应用到战术导弹、直升机、潜艇、运载火箭等项目上。

80年代初期，激光陀螺进入批量生产阶段。1982年，霍尼韦尔公司研制的ARINC 704激光陀螺惯性基准系统正式投入民用航线使用，该系统使用的是GG1342激光陀螺。现在，世界上的大中型民航客机（如波音系列和空中客车系列）基本上都安装了激光陀螺惯性基准系统，用于导航与稳定。80年代后期，霍尼韦尔公司和Litton 公司研制成功的激光陀螺产品零漂值优于0.01º/h，在航空领域获得广泛的应用。

几种新型陀螺简介

何传五

北京控制工程研究所,北京100080

摘　要　随着航空航天技术的发展,对惯性测量装置提出了更多的要求。利用不

同原理研制成的陀螺在各种领域均有不同应用。本文仅就微机械陀螺、半球谐振

陀螺、挠性陀螺、光纤陀螺的原理、结构及特性作一简介。

主题词　陀螺仪 3微机械陀螺 3半球谐振陀螺动力调谐陀螺仪

纤维光学陀螺仪

Brief I ntroduction to Several G yros

He Chuanwu

Beijing Institute of C ontrol Engineering,Beijing100080

Abstract　More and more requirements for the inertial measurement units are presented with

dovelopment o f the aerospace technology.Several gyros developed by different concepts are po-

ssessed o f different application areas in aerospace.In the paper the operating principle,struc2

ture and characteistics only for micromechanical gyro,hemispherical resonator gyro,dynami2

cally tuned gyro and fiber2optic gyro are introduced briefly.

一种激光陀螺动态锁区测量装置[实用新型专利]

专利名称：一种激光陀螺动态锁区测量装置专利类型：实用新型专利

发明人：马仰华,徐宏财,雷建军,韩宗虎,王京献申请号：CN200920167404.4

申请日：20090723

公开号：CN201477109U

公开日：

20100519

专利内容由知识产权出版社提供

摘要：一种激光陀螺动态锁区测量装置，其包括一转台[1]、一夹具[2]和一激光陀螺[3]，其中，所述激光陀螺[3]内设置有环形光路，该环形光路所在平面的法线方向为陀螺敏感轴[4]方向。所述转台[1]包括一转台平面[5]，其转台轴向方向为转台平面法线方向。所述夹具[2]设置在转台平面[5]上。所述激光陀螺[3]设置在夹具[2]上，所述陀螺敏感轴[4]与转台平面[5]的法线垂直。本实用新型激光陀螺动态锁区测量装置通过激光陀螺敏感轴与转台平面法线方向的垂直设计，并利用单轴转台的水平转动来改变陀螺敏感轴的地速分量，以实现对激光陀螺动态锁区测量，因此结构简单、操作方便，具有较高精度和较大实际应用价值。

申请人：中国航空工业第六一八研究所

地址：710065 陕西省西安市电子一路92号

国籍：CN

代理机构：中国航空专利中心

代理人：杜永保

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激光陀螺仪的工作原理

激光陀螺仪是一种三轴无接触式传感器，主要用于测量和监测被测物体的加速度，技

术可以提供准确的高速角度转换和高精度位移、速度和姿态等信息。具有高灵敏度，小体积，低功耗，高数据传输等优势特点，大量应用于航空航天工程、汽车工程、精密仪表系统、机器人控制和机电一体化等领域。

激光陀螺仪的原理是利用一系列激光照射光学转盘，并以隔离太阳光和激光的贴片为

一个或三个透镜安装在整个光学系统中，把外界环境中的光被聚焦在对应于转盘轴半径上

的光电探测器表面。当被测物体移动时，转盘会随之发生反应，此时光电探测器可以检测

到运动时转盘的位置变化，从而提供加速度信号。

由于激光陀螺仪的结构完全不受任何材料的影响，所以它的位置精度较高。其中核心

部件主要有密封激光源、整体复合晶片、光学转盘、椭圆面镜、隔离片、光电探测器等。

激光陀螺仪将隔离太阳光和激光的玻璃片用非常精细的光学调节技术安装，以有效屏蔽光

影响、减少偏移和误差，并能提供良好的灵敏度和角度解析度。

激光陀螺仪具有测量范围大，工作电压低、重量轻、稳定性高、可靠性强、成本低、

离心误差小、抗干扰性强等特点，使其应用广泛。它具有防护性优良、内外封装机械强度高、精度大、无需特别维护、轻工厂流程等特性，适用于所有涉及高精度旋转显示和控制，以及航天、航空、汽车、机械、精密机械、测试及导航等行业。

全反射棱镜式激光陀螺关键技术研究

一、引言

激光陀螺是一种利用激光光束测量角速度的高精度惯性导航仪器。作为一种重要的惯性导航传感器，激光陀螺具有体积小、重量轻、抗干扰性能强等优点，因此广泛应用于航天、航空、导航等领域。全反射棱镜式激光陀螺是目前研究的热点之一，其关键技术研究对于提高激光陀螺的测量精度和可靠性具有重要意义。

二、全反射棱镜式激光陀螺原理

全反射棱镜式激光陀螺是利用光束在全反射棱镜内的反射和折射特性实现的。主要由激光器、分束器、棱镜、接收器等组成。激光器发射并分束激光光束，通过棱镜内的全反射和折射，实现对角速度的测量。具体原理是利用光束在全反射表面发生的相位变化与棱镜旋转的角速度之间的关系，通过测量相位差来计算角速度。

三、全反射棱镜式激光陀螺关键技术研究

1. 全反射棱镜材料选择

全反射棱镜材料的选择直接影响到激光陀螺的性能。常用的材料有玻璃、晶体、光纤等。选择合适的材料可以提高激光光束的传输效果和陀螺的测量精度。

2. 光束分束与合束技术

光束的准确分束与合束是实现全反射棱镜式激光陀螺的关键技术之一。分束器的设计和制造需要考虑到光束的传输损耗、折射率等因素，以保证光束的传输和反射的准确性。

3. 全反射棱镜设计

全反射棱镜是激光陀螺中最重要的元件之一，其表面质量和形状对激光光束的传输和反射影响很大。因此，全反射棱镜的设计应考虑材料的选择、表面处理、尺寸和形状等因素，以实现较好的全反射和折射效果。

4. 全反射棱镜的安装与校准

全反射棱镜的精准安装和校准对激光陀螺的性能起着至关重要的作用。采用精密的加工工艺和装配技术，确保全反射棱镜的固定稳定和位置精度。

激光陀螺仪的原理与应用 PPT

1
Background
Basic principle 2
3 Main application
Research status 4
The research status of abroad
For the first time in 1963, the Sperry, the company successfully developed the ring laser gyro.
the condition of low speed it is easy to closure.
Fiber optic gyro
Ring laser gyro
④ The precision of RLG is high , but the price also high.
1
Background
Basic principle 2
Rotation free condition, two beams of light transmission time, which is,
tCCW tCWL c2cR
M CCW
M
Biblioteka Baidu
l
M ’
Under the condition of rotating,
CCCW
(a)
(b)
大家学习辛苦了，还是要坚持

激光陀螺复合式新型槽片[实用新型专利]

专利名称：激光陀螺复合式新型槽片专利类型：实用新型专利

发明人：金世龙

申请号：CN200420069089.9

申请日：20041103

公开号：CN2748871Y

公开日：

20051228

专利内容由知识产权出版社提供

摘要：本实用新型公开了一种激光陀螺复合式新型槽片，该槽片是用熔石英玻璃制成超薄结构的反射片，其上表面为镀有高反射膜的超光滑凹球面或平面反射面，下表面为与环槽形槽片基体中心柱上表面紧密配合的平面光胶面，用微晶玻璃制成具有弹性薄底的环槽形槽片基体，槽片基体的上表面为平面光胶面，且中心柱上表面和外环上表面处于同一平面内，再将环槽形槽片基体的中心柱上表面与反射片下表面光胶连接而成。装配复合式新型槽片的激光陀螺贴片面到腔体内两光路孔中心交点的距离应刚好等于反射片中心的厚度。本实用新型融合了微晶玻璃热膨胀系数极低和不漏氦，以及熔石英玻璃均匀性好硬度高和易加工出超光滑表面的优点，槽片基体和反射片分开加工，难度降低，成品率提高，使陀螺总体性能得到改进。

申请人：金世龙,李晓红

地址：410073 湖南省长沙市国防科大光电工程系

国籍：CN

代理机构：长沙永星专利事务所

代理人：蒋进

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一种激光陀螺嵌入式抖动系统[发明专利]

专利名称：一种激光陀螺嵌入式抖动系统专利类型：发明专利

发明人：王利伟,杨志斌,孙仁胜,王强

申请号：CN202011400464.3

申请日：20201201

公开号：CN112665571A

公开日：

20210416

专利内容由知识产权出版社提供

摘要：本发明提供了一种激光陀螺嵌入式抖动系统，取消了外壳凸台结构，将现有技术的支撑凸台与抖动轮融为一体，从结构设计上解决了外壳与谐振腔的传热不均匀，同时最大限度的提升了激光陀螺抖动系统刚度问题，也有效避免了壳体支撑凸台与抖动轮因螺钉安装力矩不一致影响激光陀螺的抖动性能的问题，本发明的技术方案包括嵌入式抖动轮、压电陶瓷片、圆盘底座及平面式外壳，所述嵌入式抖动轮辐条两侧面各设有一块压电陶瓷片，嵌入式抖动轮下端与圆盘底座固定连接，所述圆盘底座固定于平面式外壳内底部。

申请人：华中光电技术研究所(中国船舶重工集团公司第七一七研究所)

地址：430000 湖北省武汉市洪山区雄楚大街981号

国籍：CN

代理机构：武汉蓝宝石专利代理事务所(特殊普通合伙)

代理人：高兰

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一种新型的激光陀螺基片的加工装置[实用新型专利]

专利名称：一种新型的激光陀螺基片的加工装置专利类型：实用新型专利

发明人：常悦

申请号：CN202021375977.9

申请日：20200714

公开号：CN212705943U

公开日：

20210316

专利内容由知识产权出版社提供

摘要：本实用新型公开了一种新型的激光陀螺基片的加工装置，包括底板、支撑板、电机和磨削头，所述底板上固定安装有箱体，所述箱体上固定安装有电机，所述底板上固定安装有轴套，所述轴套内滑动配合有滑动块，所述滑动块与底板之间连接有第一弹簧，所述滑动块远离底板的一端连接有支撑板，所述支撑板上固定安装有载物板，支撑板的底部固定安装有滑动限位杆，所述轴套上固定安装有限位安装块，所述滑动限位杆与限位安装块滑动配合，所述滑动限位杆远离支撑板的一端螺纹转动配合有紧定螺母，通过设置在支撑板两侧的气泵和过滤箱可形成循环风道，可快速清除载物台上的废屑，可调节的支撑板能够对基片的厚度进行调节。

申请人：常悦

地址：100000 北京市通州区新光大中心8B1807

国籍：CN

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激光陀螺及其典型应用

2012/5/2 17:57:05 标签：激光陀螺

汪之国王飞

国防科技大学光电科学与工程学院光电工程系1 激光陀螺简介

激光陀螺是基于Sagnac效应来测量角速度的光学仪表。所谓Sagnac效应是指，在任意形状的闭合光路中，从某观察点发出的一对光波沿相反方向运行一周后再次回到该观察点时，这对反向运行光波所经历的光程将由于闭合光路相对于惯性空间的旋转而不同，光程差与闭合光路的转动角速率成正比。激光陀螺的基本元件是环形激光器，与通常的直腔或折叠腔激光器的主要区别在于它是一种行波激光器，沿环形谐振腔顺时针和逆时针运行的激光能够以不同的频率独立振荡。激光的谐振条件要求腔长为激光波长的整数倍，因此Sagnac效应所导致的光程差转换成反向运行激光的频率差，该频差与环形激光器相对惯性空间转动的角速率成正比。通过测量激光陀螺瞬时的频差或一段时间内拍频振荡周期数，即可实现角速率或角度的高精度测量。

美国斯佩里公司于1963年演示了世界上第一台激光陀螺装置，掀起了激光陀螺研制的热潮，但马上就遇到了一大困难，即闭锁问题。由于光学元件的背向散射和环形谐振腔的损耗非均匀性，激光陀螺中的反向光波发生耦合，结果是它们的

振荡频率趋于同步，不能测量较低的角速率。闭锁阈值典型值为100º/h，比一般惯性导航的要求大4个数量级。为了使激光陀螺能够测量较小的角速率，需要采用偏频技术，不同偏频方案就衍生了不同类型的激光陀螺。

较为自然想到的一种方案是给激光陀螺一个较大的实际或等效的恒定角速度，使其测量区域偏离闭锁区域，称为恒定偏频，这种方案遇到的最大困难是对偏频的稳定性要求极高而难以实现。四频差动法巧妙地克服了这个问题。在四频差动激光陀螺中，两个正交偏振的二频激光陀螺共用一个谐振腔，它们的偏频相同但对角速度的响应符号相反，通过对两个激光陀螺的频差再次差动，即可将偏频消除而且获得双倍的灵敏度。在实际研制中这种方案的关键是克服腔内偏频元件的不利影响。美国前利顿公司(现并入诺斯罗普-格鲁曼公司)在1991年开始批产这种激光陀螺，注册商标为零闭锁激光陀螺。

我国激光陀螺制造技术简述

1.引言

1.1 概述

概述:

激光陀螺是一种利用光学原理进行测量和稳定导航的高精度仪器。它通过利用激光干涉的技术，实现对角速度的测量，从而使得惯性导航和导航系统的精度大幅提升。

激光陀螺具有很高的灵敏度和精确度，可以实现对角速度的精确测量，其稳定性和可靠性也远远超过了传统机械陀螺。因此，激光陀螺在航天、航海、导航、定位等领域具有广泛的应用前景。

本文将简要介绍我国激光陀螺制造技术的发展现状和未来发展趋势。首先，将介绍激光陀螺的原理和基本工作原理，然后重点探讨我国激光陀螺制造技术的研究与发展情况。最后，将总结目前激光陀螺制造技术的现状，并展望我国激光陀螺制造技术的未来发展方向。

通过本文的介绍，读者可以了解到我国激光陀螺制造技术在航天、航海、导航、定位等领域的应用现状，同时也能够了解到我国激光陀螺制造技术的发展潜力和未来发展方向。希望本文能对读者进一步了解和认识我

国激光陀螺制造技术起到一定的帮助和指导作用。

1.2 文章结构

文章结构部分的内容如下：

文章结构：

本文主要从概述、正文和结论三个方面介绍我国激光陀螺制造技术的发展情况。首先，在引言部分中概述激光陀螺的基本原理和应用领域，并明确本文的目的。接着，在正文部分分为两个小节，分别是激光陀螺的原理和我国激光陀螺制造技术的发展。其中，激光陀螺的原理部分将详细介绍激光陀螺的工作原理和关键技术要点。而我国激光陀螺制造技术的发展部分将回顾我国激光陀螺制造技术的历史发展过程，并重点介绍我国在激光陀螺制造方面取得的成就和创新。最后，在结论部分，将总结激光陀螺制造技术的现状，概述我国激光陀螺制造技术的未来发展前景，并展望未来我国在激光陀螺制造领域的发展方向。

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文章编号:025322239(2006)022025925

激光陀螺新型槽片

金世龙　李晓红　黄　云　龙兴武　周宁平

(国防科大光电工程系,长沙410073)

摘要:　根据激光陀螺的使用要求,针对传统槽片在结构和材质上给加工和陀螺性能所带来的不利因素,设计一种集微晶玻璃和熔石英玻璃的优点于一体的新型槽片结构。其基体采用与陀螺腔体材料相同的底膨胀系数的微晶玻璃,反射片采用抛光表面特性很好的熔石英玻璃,通过光胶接合组成一个完整的新型槽片。并针对新的槽片结构提出了与之相应的陀螺腔体贴片面加工方案,使其既能配合新结构的槽片又不增加腔体的制造难度。同时还提出和实现了在加工中采取球面部件与槽片基体分开加工的方式,使得新结构槽片不仅解决了长期困扰陀螺制造行业的因石英槽片易漏氦而引起的陀螺存储寿命相对较短的问题,同时还降低了球面基片超光滑表面加工难度和加工成本。关键词:　光纤光学;激光陀螺;腔长控制镜;槽片;超光滑表面中图分类号:V241.5+58 文献标识码:A

作者简介:金世龙(1965～),湖北人,国防科技大学教授,主要从事光学陀螺的研究。E 2mail :s_l_jin @

收稿日期:2005203231;收到修改稿日期:2005205215

A New Gr ooved Mi r r or of t he Ri n g L as e r Gy r o

J in Shilong Li Xiaohong Huang Yun L ong Xingwu Zhou ningping

(Department of Optics and Elect ronics Engineering ,National University of Defence Technology ,Changsha 410073)Abs t r act :　Analyzed the shortcoming of traditional grooved mirror used on the ring laser gyro (RL G )about its masterial and st ructure ,a new st ructure of grooved mirror was designed ,which syncretized the advantanges of both

of glass 2ceramic (zerodur )and f used quartz.The body of the mirror is made of glass 2ceramic ,the same material of the gyro block.The reflective stice is made of f used quartz ,whose surface can be polished to higher quality.These two components are combined to become the new mirror.Accordingly a new method was p ut forward to machine the gyro block surface on which the grooved mirror fixed.It can make the block to suit to the new mirror without more difficulties.A new method was also put forward to polish the subst rate and the spherical surface of the mirror separately.Not only has it resolved the p roblem that the helium leaks through the f used silica material ,but also reduced the difficulties is superpolishing the surface of the mirror ’s subst rate.

Key w or ds :　fiber optics ;ring laser gyro ;cavity path length cont rol mirror ;grooved mirror ;ult rasmooth surface

1　引言

对激光陀螺的研究和生产表明,在激光陀螺的制造关键因素中,有两条是所有实用的激光陀螺都必须注意和解决的。一是腔长的稳定性[1～6]。所有的激光陀螺研究都将陀螺腔体的材料选用为具有极低膨胀系数的微晶玻璃(zerdour )。而且所有实用的激光陀螺除了有常规的反射镜(如后面提到的平面镜)之外,还必须拥有能主动进行腔长控制的程长控制镜。二是高质量的反射膜片[1～6]。它是实现高精度陀螺(尤其是二频陀螺)最重要的因素之一。而具有超光滑表面的基片是获得高质量的反射膜片的重要保证。因此具有弹性薄底的可前后微弱伸缩的且反射面是

超光滑表面的槽片是不可缺少的。通常需将其反射面做成凹球面,因此它也是加工难度最大的一种反射镜基片。因为它所必须具有的可形变的薄底结构,也使它成为一个问题来源较多的元件。

2　现行槽片

图1所示是现行激光陀螺所用槽片结构之一(其它不同形状的槽片结构上大同小异)。由于反射镜与陀螺腔体之间是光胶结合,因此作为反射镜的基片材料,其膨胀系数应与腔体材料的尽量一致,以微晶玻璃作为基片材料是最理想的,然而,由于微晶玻璃材质所固有的不均匀性(是微晶体和玻璃体形

第26卷　第2期

2006年2月

光　学　学　报AC TA

O P TICA SIN ICA

Vol.26,No.2

February ,2006

成的一种混合体),使其加工表面的粗糙度很难做到

很高水准。而熔石英玻璃,由于其热膨胀系数也很小,与微晶玻璃腔体材料的很接近,

加之其材质非常

图1槽片示意图

Fig.1Illustration of the grooved mirror

好的均匀性以及较高的硬度等,容易加工出表面粗

糙度极低的超光滑表面。在通常以追求高精度为主要目标的情况下(这主要针对高精度陀螺而言),表面粗糙度显得更为重要,因此熔石英玻璃一直都是制作高质量反射镜的主要基片材料。然而,目前以此种材料制造槽片时仍存在以下两个问题,1)尽管熔石英的热膨胀系数很小,但和膨胀系数更小的微晶玻璃陀螺腔体材料相比仍然相差一个数量级左右。当温度变化时,由于两种材料的膨胀量不一样而可能出现如图2所示的变化(图中实线槽片是室温下的槽片形状示意图,虚线所示是低温下的槽片,它由于在低温下收缩时光胶处受收缩量较小的腔体

材料的限制而产生形变),这将可能导致:Ⅰ

)光胶面局部开胶造成漏气;Ⅱ

)由于槽片加工中可能存在的缺陷而产生歪扭。2)由于熔石英材料对激光工作物质中的氦气的透气率较大[6]

,相对厚度较薄的槽底漏氦较严重,影响了激光陀螺的存储寿命。为了解决漏氦的影响,槽底厚度不能太薄,影响了腔长控制的灵敏度以及调控范围

。

图2腔体上的槽片温变示意图

Fig.2Illustration of the change of the grooved

mirror under the temperature change

另外,将槽片加工成凹球面反射镜,这就要求在同一个槽片表面同时要有球面的反射面和平面的光胶安装面。这两种不同的面形目前还不可能一次加工成型,通常需分两道工序分别加工,这样就会出现

在进行第二道工序加工第二种面形时破坏前一道工序完成的表面质量。这种功能与工艺的矛盾一直没有得到很好的解决,通常也只能抓主要矛盾,而不能做到两全其美。若能使球面片的表面质量也能达到平面片的水平,这无疑又将使高精度激光陀螺的精度向前推进一大步。

3　新型槽片的设计与制造

3.1　设计

为了克服原有槽片的缺点,通过对槽片材料及加工难点的分析,提出了一种集多种有利因素于一体的新型复合槽片设计方案。3.1.1　新型槽片基体微晶玻璃具有不漏氦的性质[6]且与腔体材料一致,用此材料设计了满足这些功能的槽片基体,其胶合面(A 面)为满足光胶需要的平面光胶面(如图3所示)

。

图3槽片基体示意图

Fig.3Illustration of the main body of the grooved mirror

3.1.2　反射片

为了保证反射面的极低表面粗糙度的要求,仍采用熔石英。为了使其具有较高的抗温度急剧变化及高强度机械振动冲击的能力,将其设计为薄形结构。直径与槽片中心柱的一样,厚度为0.5～1mm 。此时,即使遭受100g 的冲击,所形成的冲击

力也要小于8.3×10-2N ,在整个的使用温度范围内,热应变产生的拉力也在10N 量级[6],与结合强度与材料自身强度相当的深化光胶[7]相比仍要相差几个数量级。纵向热变形小于二十分之一波长,面形变化也小,对陀螺影响不大,尤其是在有恒温控制的条件下。其反射表面(C 面)为满足陀螺设计要求

的具有一定曲率的超光滑球面,背面(B 面)则是满足光胶需要的平面光胶面(如图4所示)。3.1.3　复合式新型槽片

为了增加槽片在真空环境下抗温度急剧变化及高强度机械振动冲击的能力,反射片同槽片基体采用深化光胶的方式连接成为一体[7],如图5所示。由于反射片尺寸薄重量轻,温度变化引起的变形拉

062 光学学报 26卷　