第477章 仿佛很简单,实际很麻烦

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“莫工,你们最终选用的是He-Ne激光器?”虽然这个答案不出高振东所料,毕竟氦氖激光器在这个事情上面的优点很多,但是高振东还是为他们的技术敏感性称了声好。

他们可不是自己,开着挂的,氦氖激光器这个时候也还没有诞生,他们是硬生生通过对于物质特性的分析,做出的这个选择。

“是的,高总,我们是这样考虑的,氦气比热容低有利于散热,而氖气能级高,同时氦原子与氖原子的碰撞,能够有效提升激光的激发效率,这些都对提高激光功率有好处,从你给的原理上分析,对于提高精度和灵敏度是有好处的。”原研所的同志道。

高振东点点头:“嗯,而且这两个东西的密度低,是有利于降低激光陀螺的惯性误差。而且这是个气体激光器,这对于激光器的布置是有好处的。”

莫工两人摸摸脑袋,佩服,自己还在原理上打转,高总已经直接想到对于成果实体的影响了:“啊,明白了,这个我们还真没想到。”

高振东对他们的选择,更感兴趣的是他们到底想选哪一条路。

“那对于激光陀螺具体方案的选择,你们偏向于哪一种?”

原理上,高振东给了好几种方案,但是和光纤有关的一种都没提,现在没有光纤,而且这种应用对于光纤的单模和偏振都有很高的要求,哪怕有了光纤,短时间也达不到能满足这种要求的程度。

“我们还是想搞有源环形谐振腔,但是具体用哪一种方案,现在还难以抉择。”莫工他们想得很多也很深。

“说说看。”

“高总工,根据你给的理论,我们进行了计算,果然如你所说,环形双光束干涉陀螺仪的干涉条纹变化过于微弱,实际上很难应用。”

实际上这个原理倒不是不能用,但是它的使用,必须以光纤器件为前提,因为它的测量灵敏度,是基于被环形光路围起来的面积的,对于干涉陀螺仪来说,这个面积要求还很大。

“我们用1平米闭环面积,633nm波长,仿真测量地球自转速度,计算结果标明,在15度/小时的转速时,其干涉条纹位移仅有1μm多点,实在是很难在系统里判读,不具备使用意义。”

地球自转速度说起来还是比较慢的,但是又不是特别的慢,所以这个灵敏度要说够用,实在是远远说不上。

而且1平方米的闭环面积,在没有光纤组成多圈光路之前,这个面积实在是太大了,基本上意味着该光路尺寸长宽不会小于1米*1米,没有几样装备能装得下这个玩意。

“嗯,环形激光干涉仪现在条件还不成熟,还没达到应用条件。”高振东点点头表示同意。

莫工却对他的话感到很好奇,这个灵敏度,基本上就意味着彻底告别实际工程应用了,而高总工却只是说条件不成熟,而没有判死刑?

也许大佬的想法总是与众不同吧,莫工没有停下来问,而是继续汇报自己的想法。

“至于环形无源谐振腔,我们总觉得高不成低不就,最麻烦的环形谐振腔得搞,但是又因为无源的特性,精度和可靠性等性能都不大好,属于是好处没捞着,坏处全占了。”

环形无源谐振腔,就是在一个光学谐振腔(特定结构和尺寸的环形光路)里注入正反两束激光,然后通过检测两束激光在转动状态下的振荡频差,就能得到转动的情况。

高振东笑了,莫工这个比喻,还真就是一点儿不差。

环形无源谐振腔的精度取决于空腔带宽和峰值光强,在空腔带宽确定的情况下,“无源”这个特性就大大的拖了其后腿,虽然无源不会带来与有源增益有关的误差,但是在实际应用上,这个好处完全显现不出来,被抵消得干干净净。

和环形双光束干涉仪一样,无源谐振腔结构的激光陀螺仪,同样是技术条件还不成熟,这东西,也得等光纤技术的发展。

高振东再次点点头:“嗯,你的分析没错,这东西,也不成熟。”

怎么还是不成熟?看来在大佬眼里,就没有不好的技术,只有不成熟的技术。

还没等莫工说话,高振东道:“既然想搞有源谐振腔,那说说你们的想法和困难。”

有源谐振腔的基本原理和无源的是一样的,最大的不同,就是在光路中插入了一个氦氖激光增益管,这个激光管起到发射激光和增益激光的作用,能有效提升光强。

这也是为什么要选用氦氖激光器的原因,这是个透明的气体激光器,相比于固体激光器,对于光路的改变要小得多,更容易设计谐振腔结构。

而增益管这一点改变,就为激光陀螺仪带来了非常大的改善,哪怕因此引入了增益方面的误差,还有频差闭锁效应等坏处,但是综合下来,实际上依然是大大提升了测量的精度。

然而,这一切的背后,代价什么?

“首要问题,是光学谐振腔的材料。这个问题不论是走哪条路,都避不过去。”

光学谐振腔,不是拿玻璃板子围起来抽个真空就可以的。这里的谐振腔,与激光器的谐振腔是有区别的,是指整个激光陀螺的环形光路。

而莫工抠脑袋的第一件事情就是,拿什么来造这个谐振腔?

高振东一听反而笑了,这个事情吧,还真就巧了,他恰好知道一个能用来造光学谐振腔的材料,而且正好有人在做。

“这个你不用担心,我帮你解决。”

“谐振腔材料的特性方面……啊?!”莫工还在说材料的事情,没想到被高振东一下子把话全捏回去了。

嗯?这就解决了?好歹让我把话说完吧?你知道我要什么?莫工有一种言犹未尽的强烈不适感。

不过想想这位本来就是搞材料的,就连他搞的第一台激光器,某种程度上来说也是材料的胜利,那放心了。

“那太好了,是什么材料?”莫工对此有强烈的好奇心。

“你回头去找东北光学所,就说是我要你去的。他们在搞一种叫熔石英的材料,你找他们要,并且把你的要求告诉他们,请他们配合你做相应的调整。”

熔石英能做光学谐振腔,这话是明明白白写在激光陀螺仪的书上的。

“好!好!”莫工极为高兴,一听这单位,东北光学所,专业!至于这位高总工怎么知道那儿有这东西,还能肯定这东西自己能用上,那就不是自己能问的了。

“另外一个问题,也是一个共性问题,是氦氖激光器的问题,我们在你的理论基础上进行过计算,由于稳频需要,会造成反向模对的镜像烧孔有重迭,这样就会出现严重的模竞争。”

说人话就是,为了得到更好的测量前置条件做的稳频操作,会因为正反两束激光之间的相互作用,导致激光功率(光强)调谐结果严重劣化,影响测量。

总之就是,不干这个事情,测不准,干了这个事情,还是测不准,就很难办。

对于高振东来说,这个问题不大,有解决方案:“用同位素,氦氖激光器中的氖气,用氖20和氖22的1:1混合气。”

同位素?莫工的眼睛一下子就亮了起来,还能这么搞?

顾不得高振东当面,他和同事两人马上拿出纸笔,在纸上写写算算起来。

要说原研所的同志,基本功那是真的扎实,算了一会儿,满脸惊喜的抬起头:“高总,你这个办法绝了!混合气的峰值增益避开了模对的多普勒中心频率,模竞争也被避开了!”

计算表明,由于中子数的不同导致的原子量差别,继而引发的一系列变化,最终用这种混合气的结果,能避开上述缺陷,却又不影响稳频。

莫工可以说是欢欣鼓舞,高总工这里简直就是宝库,有问必答,有坑必填。

“高总工,我们想来想去,觉得搞你提到的机械抖动偏频原理的陀螺比较合适。”

凡是采用有源谐振腔的激光陀螺仪,为了克服频率闭锁问题,偏频是必须的,而具体偏频的方案,就五花八门了,莫工选择的,正好是其中看起来最简单的一种方案。

但是,这只是看起来。

高振东大概能猜到他的想法:“你的考虑,是因为机械抖动偏频没有活动光学部件,结构简单,谐振腔内也没有任何光学部件,制造相对容易,只需要控制机械抖动台把整个谐振腔抖起来就行,是吧?”

这是个很有意思的事情,这个原理的激光陀螺是最早实用的,而且性能看起来也曾经保持过领先。

但是我们最早实用的激光陀螺仪,走的却是另外一条路,并且一直在走那条路,基本没有搞机械抖动偏频陀螺仪,至于为什么,高振东估计,和加工技术与控制技术有关。

这个东西原理听起来简单,但是具体说到要怎么抖,那就成问题了。

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