gyroscopyГироскопия и навигацияGiroskopiya i Navigatsiya0869-70352075-0927AO «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»10.17285/0869-7035.0050gyroscopy-229Research ArticleСтатьиЧастотная характеристика лазерных гироскопов с учетом неравенства интенсивностей встречных волнEffect of Unequal Intensities of Counter-Propagating Waves on the Frequency Response of Laser GyroscopesАзароваВ. В.AzarovaV. V.

Азарова Валентина Васильевна. Кандидат физико-математических наук, доцент, начальник отдела

ГоляевЮ. Д.GolyaevYu. D.

Голяев Юрий Дмитриевич. Доктор технических наук, старший научный сотрудник, начальник НПК

КузнецовЕ. В.KuznetsovE. V.

Кузнецов Евгений Викторович. Доктор технических наук, директор

АО «НИИ «Полюс» им. М.Ф. Стельмаха» (Москва).РоссияPolyus Research Institute named after M.F. Stel’makh, JSC, MoscowRussian Federation2020111120252847181Copyright © Азарова В.В., Голяев Ю.Д., Кузнецов Е.В., 20252025Азарова В.В., Голяев Ю.Д., Кузнецов Е.В.Azarova V.V., Golyaev Y.D., Kuznetsov E.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.gyroscopy.ru/jour/article/view/229

Проведено исследование частотной характеристики лазерного гироскопа путем численного моделирования полной системы описывающих ее уравнений. Результаты расчетов сопоставлены с результатами экспериментальных измерений, произведенных на прецизионном динамическом стенде. Частотная характеристика измерялась для гироскопа на четырехзеркальном кольцевом лазере с неплоским контуром, который работает на He-Ne активной смеси на длине волны 632,8 нм. В исследуемом гироскопе знакопеременная частотная подставка была реализована на основе магнитооптического эффекта Зеемана. Установлена связь между измеренными и расчетными значениями искажений частотной характеристики. Численно получена и экспериментально подтверждена связь искажений частотной характеристики лазерного гироскопа с неравенством интенсивностей полей встречных волн и комплексными коэффициентами связи встречных волн. Результаты исследований позволяют оптимизировать параметры кольцевого лазера с целью повышения точности измерений с помощью лазерных гироскопов.

Frequency response of a laser gyroscope was studies by numerical modelling of a complete system of equations describing it. The calculation results are compared to the results of experimental measurements taken on a precision dynamic test bench. The frequency response was measured for a gyroscope based on a four-mirror ring laser with a non-planar contour, operating on He-Ne active mix at the wavelength of 632.8 nm. In the gyroscope under study, the sign-variable dither was implemented on the basis of Zeeman magnetooptical effect. The relationship between the measured and designed values of the frequency response distortions has been found. The relationship between the frequency response distortions in a laser gyroscope and inequality of field intensities of the counterpropagating waves (CPW) has been numerically calculated and confirmed by experiments. Based on the research results, the parameters of a ring laser can be optimized to improve the accuracy of measurements by means of laser gyroscopes.

Лазерный гироскопзахват частот встречных волн гироскопазеемановская частотная подставка лазерного гироскопачастотная характеристика лазерного гироскопа.Laser gyroscopelock-in of gyro counter-propagating wavesZeeman dither of laser gyrofrequency response of laser gyro.ReferencesПешехонов В.Г. Перспективы развития гироскопии // Гироскопия и навигация. 2020. №2. С. 3–10. DOI 10.17285/0869-7035.0028.Пешехонов В.Г. Перспективы развития гироскопии // Гироскопия и навигация. 2020. №2. С. 3–10. DOI 10.17285/0869-7035.0028.http://www/sagem-ds/com.http://www/sagem-ds/com.http://www.aerospace.honeywell.com./guidance-sensor-inertial-products.http://www.aerospace.honeywell.com./guidance-sensor-inertial-products.Barbour, N. and Schmidt, G., Inertial Sensor Technology Trends, Sensors Journal, IEEE, 2001, 1, 4, pp. 332–339.Barbour, N. and Schmidt, G., Inertial Sensor Technology Trends, Sensors Journal, IEEE, 2001, 1, 4, pp. 332–339.Wang, S., Zhang, Z., Research on Principle, Application and Development Trend of Laser Gyro, Journal of Physics: Conference Series, 2020, vol. 1549, issue 2, 022118.Wang, S., Zhang, Z., Research on Principle, Application and Development Trend of Laser Gyro, Journal of Physics: Conference Series, 2020, vol. 1549, issue 2, 022118.Найда О.Н., Руденко В.В. Частотные характеристики кольцевого лазера при больших амплитудах периодической частотной подставки // Квантовая электроника. 1989. Т. 16. № 7. С. 1308–1314.Найда О.Н., Руденко В.В. Частотные характеристики кольцевого лазера при больших амплитудах периодической частотной подставки // Квантовая электроника. 1989. Т. 16. № 7. С. 1308–1314.Aronowitz, F., Optical Gyros and their Applications, RTO AGARDograph, 1999, 339, 3-1.Aronowitz, F., Optical Gyros and their Applications, RTO AGARDograph, 1999, 339, 3-1.Золотоверх И.И., Ларионцев Е.Г. Возможность уменьшения нелинейных искажений частотной характеристики в газовом кольцевом лазере с периодической знакопеременной подставкой // Квантовая электроника. 2020. Т. 50. № 5. С. 493–495.Золотоверх И.И., Ларионцев Е.Г. Возможность уменьшения нелинейных искажений частотной характеристики в газовом кольцевом лазере с периодической знакопеременной подставкой // Квантовая электроника. 2020. Т. 50. № 5. С. 493–495.Азарова В.В., Макеев А.П., Кузнецов Е.В., Голяев Ю.Д. Частотная характеристика ЛГ в широком диапазоне угловых скоростей вращения // Гироскопия и навигация. 2018. Т. 26. №2 (101). С. 3–14. DOI 10.17285/0869-7035.2018.26.2.003-014.Азарова В.В., Макеев А.П., Кузнецов Е.В., Голяев Ю.Д. Частотная характеристика ЛГ в широком диапазоне угловых скоростей вращения // Гироскопия и навигация. 2018. Т. 26. №2 (101). С. 3–14. DOI 10.17285/0869-7035.2018.26.2.003-014.Алексеев С.Ю., Чиркин М.В., Мишин В.Ю., Морозов Д.А., Борисов М.В., Молчанов А.В., Захаров М.А. Методика измерения порога синхронизации при изготовлении и эксплуатации прецизионных кольцевых лазеров // Гироскопия и навигация. 2013. № 2. С. 75–83.Алексеев С.Ю., Чиркин М.В., Мишин В.Ю., Морозов Д.А., Борисов М.В., Молчанов А.В., Захаров М.А. Методика измерения порога синхронизации при изготовлении и эксплуатации прецизионных кольцевых лазеров // Гироскопия и навигация. 2013. № 2. С. 75–83.Кузнецов А.Г., Молчанов А.В., Чиркин М.В., Измайлов Е.А. Прецизионный лазерный гироскоп для автономной инерциальной навигации // Квантовая электроника. 2015. Т. 45. №1. С. 78–88.Кузнецов А.Г., Молчанов А.В., Чиркин М.В., Измайлов Е.А. Прецизионный лазерный гироскоп для автономной инерциальной навигации // Квантовая электроника. 2015. Т. 45. №1. С. 78–88.Бессонов А.С., Макеев А.П., Петрухин Е.А. Измерения комплексных коэффициентов связи в кольцевом резонаторе лазерного гироскопа // Квантовая электроника. 2017. Т. 47. № 7. С. 675–682.Бессонов А.С., Макеев А.П., Петрухин Е.А. Измерения комплексных коэффициентов связи в кольцевом резонаторе лазерного гироскопа // Квантовая электроника. 2017. Т. 47. № 7. С. 675–682.Бекетов С.А., Бессонов А.С., Петрухин Е.А., Хохлов И.Н., Хохлов Н.И. Влияние обратного рассеяния на нелинейные искажения масштабного коэффициента лазерного гироскопа с прямоугольной подставкой // Квантовая электроника. 2019. Т. 49. № 11. С. 1059–1067.Бекетов С.А., Бессонов А.С., Петрухин Е.А., Хохлов И.Н., Хохлов Н.И. Влияние обратного рассеяния на нелинейные искажения масштабного коэффициента лазерного гироскопа с прямоугольной подставкой // Квантовая электроника. 2019. Т. 49. № 11. С. 1059–1067.Weng, J., Bian, X., Kou, K., Lian, T., Optimization of ring laser gyroscope bias compensation algorithm in variable temperature environment, Sensors (Switzerland), 2020, vol. 20, issue 2, 377.Weng, J., Bian, X., Kou, K., Lian, T., Optimization of ring laser gyroscope bias compensation algorithm in variable temperature environment, Sensors (Switzerland), 2020, vol. 20, issue 2, 377.Fang, F., Zeng, W., Li, Z., Coupled dynamic analysis and decoupling optimization method of the laser gyro inertial measurement unit, Sensors (Switzerland), 2020, vol. 20, issue 1, 111.Fang, F., Zeng, W., Li, Z., Coupled dynamic analysis and decoupling optimization method of the laser gyro inertial measurement unit, Sensors (Switzerland), 2020, vol. 20, issue 1, 111.Petrukhin, E.A., Bessonov, A.S., Setup for Measuring Complex Coupling Parameters in Laser Gyro Ring Cavity, 27th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems, ICINS 2020 – Proceedings, May 2020, 9133777.Petrukhin, E.A., Bessonov, A.S., Setup for Measuring Complex Coupling Parameters in Laser Gyro Ring Cavity, 27th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems, ICINS 2020 – Proceedings, May 2020, 9133777.Азарова В.В., Голяев Ю.Д., Савельев И.И. Зеемановские лазерные гироскопы // Квантовая электроника. 2015. Т.45. №2. С. 171–179.Азарова В.В., Голяев Ю.Д., Савельев И.И. Зеемановские лазерные гироскопы // Квантовая электроника. 2015. Т.45. №2. С. 171–179.https://www.wikidata.org/wiki/Q725944#sitelinks-wikipediahttps://www.wikidata.org/wiki/Q725944#sitelinks-wikipediaГоршков В.Н., Грушин М.Е., Ларионцев Е.Г., Савельев И.И., Хохлов Н.И. Частотная характеристика кольцевого газового лазера со знакопеременной подставкой при частотной невзаимности, сравнимой с амплитудой подставки // Квантовая электроника. 2016. Т. 46. №11. С. 1061.Горшков В.Н., Грушин М.Е., Ларионцев Е.Г., Савельев И.И., Хохлов Н.И. Частотная характеристика кольцевого газового лазера со знакопеременной подставкой при частотной невзаимности, сравнимой с амплитудой подставки // Квантовая электроника. 2016. Т. 46. №11. С. 1061.Nelson, K.D., Puckett, M.W., Wu, J., A Ring-laser Gyro Based on Stimulated Brillouin Scattering in Silicon Nitride Waveguides, IEEE Research and Applications of Photonics in Defense Conference, RAPID 2020 – Proceedings, August 2020, 9195706.Nelson, K.D., Puckett, M.W., Wu, J., A Ring-laser Gyro Based on Stimulated Brillouin Scattering in Silicon Nitride Waveguides, IEEE Research and Applications of Photonics in Defense Conference, RAPID 2020 – Proceedings, August 2020, 9195706.Li, Q., Li, D., Wang, C., Xiong, C., Yang, C., Study on stability of Ta2O5/Al2O3 laser gyro mirrors exposed in plasma, Hongwai yu Jiguang Gongcheng/Infrared and Laser Engineering, 2020, vol. 49, 20200064.Li, Q., Li, D., Wang, C., Xiong, C., Yang, C., Study on stability of Ta2O5/Al2O3 laser gyro mirrors exposed in plasma, Hongwai yu Jiguang Gongcheng/Infrared and Laser Engineering, 2020, vol. 49, 20200064.Bosi, F., Di Virgilio, A.D.V., Giacomelli, U., Simonelli, A., Terreni, G., Basti, A., Beverini, N., Carelli, G., Ciampini, D., Fuso, F., Maccioni, E., Marsili, P., Stefani, F., Small scale ring laser gyroscopes as environmental monitors, Journal of Physics: Conference Series, 2020, vol. 1468, issue 1, 012220.Bosi, F., Di Virgilio, A.D.V., Giacomelli, U., Simonelli, A., Terreni, G., Basti, A., Beverini, N., Carelli, G., Ciampini, D., Fuso, F., Maccioni, E., Marsili, P., Stefani, F., Small scale ring laser gyroscopes as environmental monitors, Journal of Physics: Conference Series, 2020, vol. 1468, issue 1, 012220.Kuznetsov, E., Golyaev, Y., Kolbas, Y., Kofanov, Y., Kuznetsov, N., Soloveva, T., Kurdybanskaia, A., The method of intelligent computer simulation of laser gyros behavior under vibrations to ensure their reliability and cost-effective development and production, Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering, 2020, vol. 11523, 115230B.Kuznetsov, E., Golyaev, Y., Kolbas, Y., Kofanov, Y., Kuznetsov, N., Soloveva, T., Kurdybanskaia, A., The method of intelligent computer simulation of laser gyros behavior under vibrations to ensure their reliability and cost-effective development and production, Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering, 2020, vol. 11523, 115230B.Tao, Y., Li, S., Fu, Q., Zheng, J., Liu, S., Yuan, Y., A Method for Improving Light Intensity Stability of a Total Reflection Prism Laser Gyro Based on Series Correction and Feedforward Compensation, IEEE Access, 2020, vol. 8, 8957561, pp. 13651–13660.Tao, Y., Li, S., Fu, Q., Zheng, J., Liu, S., Yuan, Y., A Method for Improving Light Intensity Stability of a Total Reflection Prism Laser Gyro Based on Series Correction and Feedforward Compensation, IEEE Access, 2020, vol. 8, 8957561, pp. 13651–13660.Kuznetsov, E., Kolbas, Y., Kofanov, Y., Kuznetsov, N., Soloveva, T., Method of Computer Simulation of Thermal Processes to Ensure the Laser Gyros Stable Operation, Mechanisms and Machine Science, 2020, vol. 75, pp. 295–299.Kuznetsov, E., Kolbas, Y., Kofanov, Y., Kuznetsov, N., Soloveva, T., Method of Computer Simulation of Thermal Processes to Ensure the Laser Gyros Stable Operation, Mechanisms and Machine Science, 2020, vol. 75, pp. 295–299.Wen, D., Li, D., Zhao, J., Analysis on the Polarization Property of the Eigenmodes in a Nonplanar Ring Resonator, Appl. Optics, 2011, 50:18, 3057–3063.Wen, D., Li, D., Zhao, J., Analysis on the Polarization Property of the Eigenmodes in a Nonplanar Ring Resonator, Appl. Optics, 2011, 50:18, 3057–3063.Li, X., Wang, L., Sheng, Q., Prediction of the Random Error of a Laser Gyroscope Using the Modified GM (1, 1) Model, Guangxue Xuebao/Acta Optica Sinica, 2020, vol. 40, issue 12, 1204001.Li, X., Wang, L., Sheng, Q., Prediction of the Random Error of a Laser Gyroscope Using the Modified GM (1, 1) Model, Guangxue Xuebao/Acta Optica Sinica, 2020, vol. 40, issue 12, 1204001.Fang, F., Zeng, W., Li, Z., Coupled dynamic analysis and decoupling optimization method of the laser gyro inertial measurement unit, Sensors (Switzerland), 2020, vol. 20, issue 1, 111.Fang, F., Zeng, W., Li, Z., Coupled dynamic analysis and decoupling optimization method of the laser gyro inertial measurement unit, Sensors (Switzerland), 2020, vol. 20, issue 1, 111.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.