一种光阑可配置激光陀螺及制作方法

本发明涉及激光陀螺，具体地，涉及一种光阑可配置激光陀螺及制作方法。

背景技术：

1、激光陀螺具有体积小、精度高、稳定性好等优点，是目前应用最广泛的惯性元器件之一。由于激光陀螺环形谐振腔的尺寸远大于激光波长，因此，谐振腔将工作在多模振荡模式。为了使激光陀螺工作稳定且发挥最佳性能，需使激光陀螺工作在基模(tem00)模式。为此，通常需要在激光陀螺环形谐振腔中设置选模装置—光阑。由于受环形谐振腔腔长和反射镜曲率半径的影响，腔内基模光斑的子午半径和弧矢半径大小并不相等，即基模光斑的形状为椭圆形。激光陀螺的基模光斑与谐振腔腔长的关系具体如图1所示，其中，图1(a)为基模束腰半径与谐振腔腔长的关系图；图1(b)为基模束腰形状与谐振腔腔长的关系图。由图1(a)、图1(b)可以看出，基模束腰处两个方向的光斑半径随腔长增大而增大，而且光斑的弧矢半径比子午半径增长要快，随着腔长的增大，谐振腔内本征模的光斑越来越扁。激光陀螺的基模光斑与反射镜曲率半径的关系具体如图2所示。其中，图2(a)为基模束腰半径与反射镜曲率半径的关系图；图2(b)为基模束腰形状与反射镜曲率半径的关系，由图2(a)、图2(b)可以看出，基模束腰处两个方向的光斑半径随反射镜曲率半径增大而增大，而且在曲率半径增大到一定程度后，两个方向的光斑半径在同步增大，随着反射镜曲率半径增大，光斑形状最终变得接近圆。为此，要达到较好的基模选模作用，光阑的横截面也应设计为基模光斑的形状—椭圆形，以便基模恰好通过，而高阶模则受到遮挡而被过滤。

2、激光陀螺中用于选模的光阑通常设置在其谐振腔环形光路孔的中间位置具体如图3所示，其中，传统的激光陀螺光路孔和光阑位置示意图具体如图3(a)所示，图3(a)沿a-a方向剖切的光阑的横截面放大图具体如图3(b)所示。图4示出了光阑横截面形状与光斑形状匹配示意图。在图3(a)中，1为激光陀螺，2为光路孔，3为光阑。在图3(b)中，传统激光陀螺的光阑横截面为圆形，这与激光陀螺稳定工作时的基模光斑形状的匹配有较大的误差。设圆形截面的光阑半径为a′，而图1和图2中基模光斑的长、短轴半径为a和b，因为基模光斑是椭圆，a≠b，所以即圆形截面的光阑3与椭圆形基模光斑8的形状不匹配具体如图4(a)所示，而即使少量的匹配误差也将会对激光陀螺的工作稳定性和精度产生重要的影响。为此，有必要使光阑3的横截面形状与椭圆形基模光斑8的形状尽可能地匹配，从而使激光陀螺工作在最稳定和性能最优状态，所以，光阑3横截面形状与光斑8形状匹配较好具体如图4(b)所示。然而，图3(a)所示的传统激光陀螺的光阑3的加工方式通常是采用细长钻头从环形腔的一侧经光路孔2伸到中间位置处进行光阑3的钻削加工，由于这种加工方式钻铣刀具会受到光路孔2的限制，故难以加工出满足图4(b)所示匹配要求的椭圆形截面的光阑。

3、此外，在图3(a)所示的传统激光陀螺的光阑3采用细长钻头从环形腔的一侧经光路孔2伸到中间位置处进行光阑的钻削加工，由于这种加工方式要求钻头有足够的长度才能达到环形腔光路孔的中间位置，如此细长的钻头在钻削加工时会因受到切削力而产生挠曲变形，从而影响到光阑3的加工精度，而光阑3的加工精度也会直接影响选模、工作稳定性和激光陀螺的最终性能。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种光阑可配置激光陀螺及制作方法，解决现有技术中传统激光陀螺加工光阑时受到约束或限制，实际选模过程中光阑与椭圆形基模光斑的形状不匹配以及加工定位要求和生产成本较高的技术问题，可根据实际选模的需要任意配置光阑的横截面形状，降低了光路孔的加工定位要求和生产成本。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、本发明提供了一种光阑可配置激光陀螺，包括微晶玻璃和设置在所述微晶玻璃上的激光陀螺，所述微晶玻璃通过分割面分为左半块微晶玻璃和右半块微晶玻璃，所述微晶玻璃上设有光阑，光路孔，贴片面，抖轮安装孔，储气孔和卸应力孔。

4、进一步的，所述光阑可配置激光陀螺的光路为三边环形光路或四边环形光路或多边形环形光路；所述光阑可配置激光陀螺的光路包括多条光路孔，所述光路孔的直径均相同。

5、进一步的，所述多条光路孔中的其中一条光路孔的中间位置插入所述光阑，所述光阑的横截面的椭圆长和短轴半径均小于光路孔直径。

6、本发明提供了一种光阑可配置激光陀螺制作方法，包括以下步骤：

7、s1.微晶玻璃切割，进行光阑的加工；

8、s2.微晶玻璃块胶合，形成光阑可配置激光陀螺完整的加工坯料；

9、s3.以胶合后的微晶玻璃块为加工对象，根据激光陀螺设计参数按传统的激光陀螺加工工艺对其进行后续加工。

10、进一步的，所述s1包括以下步骤：

11、s11.取一块零膨胀系数的微晶玻璃，将其分割为大小基本相同的左半块微晶玻璃和右半块微晶玻璃；

12、s12.对s11中的左半块微晶玻璃和右半块微晶玻璃的分割面进行加工；

13、s13.根据光阑设计流程，以分割面为起始面，垂直分割面钻铣加工光阑。

14、进一步的，所述s13中的光阑设计流程包括以下步骤：

15、s131.根据设计的激光陀螺的腔长及其选用的反射镜曲率半径参数的约束下，仿真计算出光斑的能量分布图；

16、s132.选择能量值为峰值的1/e处的光斑作为设计光阑的参考依据，将其等比放大2-4倍后，作为光阑的横截面的形状和大小。

17、进一步的，所述s2包括以下步骤：

18、s21.对左半块微晶玻璃和右半块微晶玻璃的分割面进行精加工和抛光；

19、s22.对左半块微晶玻璃和右半块微晶玻璃进行超声清洗，对分割面处进行擦拭洁净处理；

20、s23.将左半块微晶玻璃和右半块微晶玻璃以分割面为界面进行光胶胶合。

21、进一步的，所述光阑可配置激光陀螺制作方法可根据实际选模的需要任意配置光阑的横截面形状，还适用于加工任意高阶模选模光阑。

22、采用上述技术方案，本发明具有以下优点：

23、本发明提供了一种光阑可配置激光陀螺及制作方法，可以根据实际选模的需要任意配置光阑的横截面形状，从而使激光陀螺工作更稳定且发挥最佳性能；此外，由于光路孔的半径大于光阑半径，只需调整反射镜的安装角度使得基模光斑顺利通过光阑，从而使光路孔与光阑允许有较大的同轴度误差，降低了光路孔的加工定位要求和生产成本。

1.一种光阑可配置激光陀螺，其特征在于，包括微晶玻璃和设置在所述微晶玻璃上的激光陀螺，所述微晶玻璃通过分割面分为左半块微晶玻璃和右半块微晶玻璃，所述微晶玻璃上设有光阑，光路孔，贴片面，抖轮安装孔，储气孔和卸应力孔。

2.根据权利要求1所述的一种光阑可配置激光陀螺，其特征在于，所述光阑可配置激光陀螺的光路为三边环形光路或四边环形光路或多边形环形光路；所述光阑可配置激光陀螺的光路包括多条光路孔，所述光路孔的直径均相同。

3.根据权利要求2所述的一种光阑可配置激光陀螺，其特征在于，所述多条光路孔中的其中一条光路孔的中间位置插入所述光阑，所述光阑的横截面的椭圆长、短轴半径均小于光路孔直径。

4.一种光阑可配置激光陀螺制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种光阑可配置激光陀螺制作方法，其特征在于，所述s1包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种光阑可配置激光陀螺制作方法，其特征在于，所述s13中的光阑设计流程包括以下步骤：

7.根据权利要求4所述的一种光阑可配置激光陀螺制作方法，其特征在于，所述s2包括以下步骤：

8.根据权利要求4所述的一种光阑可配置激光陀螺制作方法，其特征在于，所述光阑可配置激光陀螺制作方法可根据实际选模的需要任意配置光阑的横截面形状，还适用于加工任意高阶模选模光阑。