[发明专利]在玻璃状主体中使用稀土增益掺杂剂的固态环形激光陀螺仪

说明书

本发明题为“在玻璃状主体中使用稀土增益掺杂剂的固态环形激光陀螺仪”。本发明提供了一种固态环形激光陀螺仪，该固态环形激光陀螺仪包括：激光器块，所述激光器块包括具有光学闭环路径的谐振环腔；多个反射镜结构，安装在该块上并包括反射闭环路径周围的光束相应的多层反射镜；和泵浦激光器组件，该泵浦激光器组件通过反射镜结构中的一个反射镜结构与闭环路径光学通信。多层反射镜的一个或多个包含稀土掺杂增益层，该稀土掺杂增益层可操作以在闭环路径中产生反向传播光束的双向光学放大。在一些实施方案中，该增益层包含掺杂到玻璃状主体材料中的除钕之外的稀土掺杂剂，该玻璃状主体材料包含二氧化钛、氧化钽、氧化铝、氧化锆、硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、亚碲酸盐玻璃、氟硅酸盐玻璃或非氧化物玻璃。另选地，该增益层除二氧化硅之外可包含掺杂到玻璃状主体材料中的钕掺杂剂。

背景技术

环形激光陀螺仪通常包含具有多个互连通道的固体电介质材料块，这些通道被布置成闭环以形成谐振腔，其中反射镜位于每个通道的交叉处。在一些实施方式中，激光气体包含在谐振腔内，并且电势施加到激光气体以在谐振腔中产生反向传播的激光束。在其他实施方式中，固态增益介质被添加到谐振腔中的反射镜中的一个以产生反向传播的激光束，而不使用激光气体。例如，可以使用几个半波长的掺钕二氧化硅来产生用于谐振腔的激光增益介质。

发明内容

一种固态环形激光陀螺仪包括：激光器块，该激光器块包括具有光学闭环路径的谐振环腔；多个反射镜结构，所述多个反射镜结构分别安装在所述激光器块上，该反射镜结构中的每一个反射镜结构包括与光学闭环路径光学通信的相应多层反射镜，每个多层反射镜被定位并成角度以反射光学闭环路径周围的光束；和泵浦激光器组件，所述泵浦激光器组件通过反射镜结构中的一个反射镜结构与闭环路径光学通信。一个或多个多层反射镜包含稀土掺杂的增益层。增益层可操作以在光学闭环路径中产生反向传播光束的双向光学放大。泵浦激光器组件被配置成将光束注入稀土掺杂增益层中。在一些实施方案中，稀土掺杂的增益层包含掺杂到玻璃状主体材料中的除钕之外的稀土掺杂剂，玻璃状主体材料包含二氧化钛、氧化钽、氧化铝、氧化锆、硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、亚碲酸盐玻璃、氟硅酸盐玻璃或非氧化物玻璃。另选地，稀土掺杂的增益层可包含或掺杂到玻璃状主体材料中除二氧化硅之外的钕掺杂剂。

附图说明

通过参考附图的以下描述，本发明的特征对于本领域的技术人员将变得显而易见。应当理解，附图仅示出了典型的实施方案，并且因此不应认为是限制本发明的范围，将通过使用附图以附加特征和细节来描述本发明，其中：

图1是根据一个实施方案的可以用稀土增益掺杂材料实现的固态环形激光陀螺仪的示意图；以及

图2是根据一个实施方案的增益反射镜结构的示意图，该增益反射镜结构可用于固态环形激光陀螺仪中的双向光学放大。

具体实施方式

在以下具体实施方式中，对实施方案进行了充分的描述，以使本领域的技术人员能够实践本发明。应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下可利用其他实施方案。因此，以下详细描述不应被视为具有限制意义。

本文公开了一种在玻璃状主体中使用稀土增益掺杂剂的固态环形激光陀螺仪。

如上所述，已知钕(Nd)掺杂的二氧化硅(SiO₂)可用于为固态环形激光陀螺仪的谐振腔产生激光增益介质。虽然已经充分研究了这种激光增益介质，但是可以选择其他有源增益掺杂剂以实现相同的目的，以及用于有源增益掺杂剂的其他玻璃状主体。

在一些实施方案中，除钕掺杂的二氧化硅之外的，掺杂有源增益介质的稀土可用作固态增益介质。在一些实施方案中，增益介质可以包含掺杂到除二氧化硅之外的其他玻璃基质中的钕，诸如适合于离子束溅射沉积的玻璃基质。

激光增益介质可以被制造成薄膜增益反射镜，该薄膜增益反射镜为环形激光陀螺仪的谐振腔中的光束提供双向光学放大。当谐振腔的光学闭环路径中的增益超过损耗时，两个反向传播的光束围绕路径行进并且可用于测量旋转。