Лазерный гироскоп (фотонный гироскоп) - квантовый гироскоп ,чувствительным элементом к-рого является
кольцевой лазер, генерирующий 2 встречные волны. Действие Л. г. основано на
зависимости разности собств. частот кольцевого оптического резонатора для
встречных волн от скорости его вращения относительно инерциальной системы отсчёта.
В отличие от волоконно-оптического гироскопа, регистрирующего угл. скорость
вращения, Л. г. позволяет определять изменение угла поворота.
Рис. 1. Принципиальная
схема лазерного гироскопа: Зt-З3 - зеркала; А - активная
среда; З4, З5 - зеркала смесителя встречзых волн (З6
- полупрозрачное); Н- невзаимный элемент; Ф - фотодетектор; П - блок питания;
С - система стабилизации параметров лазера; И - система обработки информации.
Резонатор кольцевого лазера
состоит из 3 (или 4) отражателей (зеркал или призм), установленных на Жёстком
основании и обеспечивающих замкнутую траекторию
(треугольник или прямоугольник) для встречных волн (рис. 1). Возникновение разности
частот встречных волн следует из зависимости времени обхода светом вращающегося
контура от скорости вращения и направления обхода. Согласно общей теории относительности,
разность времён обхода вращающегося контура 
(в приближении малости линейной скорости вращения по сравнению со скоростью
света с)записывается в виде, к-рый может быть интерпретирован и в рамках
классич. кинематики:
Здесь 
-время обхода неподвижного контура, S, L - площадь и оптич. периметр
контура (с учётом показателя преломления), 
- угл. скорость вращения (в рад/с), 
-
угол между осью вращения и нормалью к плоскости контура.
Т. к.
связана с различием оптич. путей встречных волн соотношением
, a L определяет собств. частоты резонатора, частоты вращающегося кольцевого
резонатора для встречных волн 
(+ для волны, распространяющейся по направлению вращения) становятся разными:
Здесь 
- частота волн в неподвижном резонаторе (m - целое число). Разность (
)
не зависит от формы контура, положения оси вращения относительно центра резонатора
и может быть записана в виде
где K=4S/
L наз. масштабным коэф. Л. г., 
=
= (
)/2
- длина волны излучения покоящегося Л. г.
Разностная частота 
(
10-2-105
Гц) выделяется фотодетектором при пространств. совмещении (смешении) небольшой
части энергии (
0,1%)
встречных световых волн (
1014
Гц), выведенной из кольцевого резонатора (31, 32, 33)
через выходное частично прозрачное зеркало 33. Смеситель состоит
из зеркал 34, 35 (35 - полупрозрачное; рис.
1) или спец. призмы с углом при вершине 
90°.
Синусоидальный сигнал на выходе фотодетектора преобразуется в измерит. устройстве
в последовательность импульсов, регистрируемых счётчиком. Число импульсов пропорц.
углу поворота в плоскости кольцевого лазера. Один импульс на 
выходе счётчика соответствует повороту Л. г. на
Большая величина К позволяет
измерять малые скорости вращения при небольших размерах Л. г. Напр., для кольцевого
гелий-неонового лазера (
=6,328
10-6 см), имеющего резонатор в виде квадрата со стороной 10 см, K=1,58
105. При этом суточное вращение Земли, происходящее с угл. скоростью
15 град/ч и регистрируемое на широте 60°, должно давать 
10 Гц. Считая угл. скорость вращения Земли известной и постоянной, можно с точностью
определить
широту, на к-рой расположен Л. г.
С квантовомеханич. точки
зрения Л. г. представляет собой прибор, вращение к-рого вызывает изменение энергий
и орбитальных
моментов 
макроскопич. "орбит" фотонов, распространяющихся во встречных направлениях:
где 
- величины проекций орбитальных моментов на нормаль к плоскости кольцевого резонатора,
= 2S/L - эффективный радиус орбиты. Из (4) следует, что 
.
Учитывая, что 
,
получим выражение (3).
Зависимость 
(выходная характеристика Л. г., рис. 2) в реальном кольцевом лазере отличается
от (3) из-за влияния
нелинейных свойств активной среды и наличия связи встречных волн вследствие
обратного рассеяния. В области малых 
связь встречных волн приводит к захвату их частот (см. Затягивание частоты). Поэтому выходная характеристика Л. г. имеет область нечувствительности к
вращению (зону захвата -
,
). Кроме
того, зависимость 
имеет ги-стерезисный характер: частоты, соответствующие входу в зону захвата
(
) и выходу
из неё (
),
различны. При изменении величины обратного рассеяния R и фазы
рассеянных волн 
изменяется в пределах
где 
-величина зоны захвата (
=0
при 
<
).
Для лучших Л. г. 
10-3
рад/с.
Для регистрации малых 
в Л. г. создаётся нач. частотное расщепление встречных волн 
с помощью небольших (
) в общем случае непериодических угл. колебаний кольцевого лазера. Нач. расщепление
может быть создано также с помощью помещаемых внутрь кольцевого резонатора частотных
невзаимных элементов. Наиб. часто используются невзаимные элементы на
основе Фарадея эффекта.
Рис. 2. Частотные характеристики
лазерного гироскопа: 1 - идеальная (
), 2, 3 - теоретические [
=
], 4 - область реальной характеристики.
В качестве активной среды
в Л. г. обычно используется газовая смесь двух изотопов неона (20Ne,
22Ne) с Не, характеризующаяся неоднородно уширенной линией рабочего
перехода. Это позволяет устранить конкурентное взаимодействие встречных волн
и полунить высокую стабильность. Исследуются кольцевые лазеры с кристаллич.
или стеклообразной активной средой.
Предельная точность измерения
10 -4
град/ч определяется естеств. флуктуациями разности частот встречных волн в кольцевом
лазере. В реальных Л. г. достигается погрешность измерения 
10-2-10-3 град/ч при времени измерения 
1
с.
Преимущества Л. г. перед
традиц. механич. гироскопами: возможность использования в системах, где
гироскоп жёстко связан с движущимся объектом; цифровой выход информации; большой
диапазон 
;
малая чувствительность к перегрузкам и малое время (
1
с) запуска.
Я. В. Кравцов, А. Н. Шелаев
Релятивисты и позитивисты утверждают, что "мысленный эксперимент" весьма полезный интрумент для проверки теорий (также возникающих в нашем уме) на непротиворечивость. В этом они обманывают людей, так как любая проверка может осуществляться только независимым от объекта проверки источником. Сам заявитель гипотезы не может быть проверкой своего же заявления, так как причина самого этого заявления есть отсутствие видимых для заявителя противоречий в заявлении.
Это мы видим на примере СТО и ОТО, превратившихся в своеобразный вид религии, управляющей наукой и общественным мнением. Никакое количество фактов, противоречащих им, не может преодолеть формулу Эйнштейна: "Если факт не соответствует теории - измените факт" (В другом варианте " - Факт не соответствует теории? - Тем хуже для факта").
Максимально, на что может претендовать "мысленный эксперимент" - это только на внутреннюю непротиворечивость гипотезы в рамках собственной, часто отнюдь не истинной логики заявителя. Соответсвие практике это не проверяет. Настоящая проверка может состояться только в действительном физическом эксперименте.
Эксперимент на то и эксперимент, что он есть не изощрение мысли, а проверка мысли. Непротиворечивая внутри себя мысль не может сама себя проверить. Это доказано Куртом Гёделем.
Понятие "мысленный эксперимент" придумано специально спекулянтами - релятивистами для шулерской подмены реальной проверки мысли на практике (эксперимента) своим "честным словом". Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
|
|
 |
