DE3780254T2 - Ringlaserkreisel mit geometrisch induziertem "bias". - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft Drehsensoren, insbesondere Ringlaserkreisel-Drehsensoren. Genauer gesagt betrifft diese Erfindung Vorrichtungen und Methoden zur Reduktion von Meßfehlern im Zusammenhang mit Ringlaserkreiseln, hervorgerufen durch die Tendenz gegenläufiger Strahlen eines Ringlaserkreisel zur Kopplung auf eine gemeinsame Frequenz bei kleinen Rotationsraten ("lock-in"-Effekt).
• Ein Ringlaserkreisel nutzt den Sagnhac-Effekt zur Rotationsbestimmung. Zwei gegenläufige Lichtstrahlen auf einem ebenen, geschlossenen Pfad haben Laufzeiten, deren Differenz direkt proportional zur Drehrate des geschlossenen Kreisels ist, wobei die Drehachse zur Ebene des Kreisels liegt. Der planare Ringlaserkreisel hat den einfachsten Typ eines optischen Pfades. Andere Geometrien des optischen Pfades verfügen über Vorteile im Verhältnis zum ebenen Pfad.
• Es gibt im wesentlichen zwei Grundtechniken, um mit Hilfe des Sagnhac-Effektes Rotationen zu bestimmen. Die erste Technik ist der interferometrische Ansatz, bei welchem die Phasenverschiebungsunterschiede zwischen zwei gegenläufigen Lichtstrahlen gemessen werden, welche von einer externen Quelle typischerweise einem Laser in einen Sagnhac-Ring eingeschlossen werden. Der Ring kann durch Spiegel definiert sein, die die Lichtstrahlen auf einen Pfad umlenken oder durch eine Wicklung einer optischen Faser. Beim Austritt der Lichtstrahlen aus dem optischen Pfad interferieren die Lichtstrahlen und erzeugen ein Muster von hellen und dunklen Linien, ein sogenanntes Interferenzmuster. Absolute Änderungen dieses Interferenzmusters zeigen eine Rotation des Ringes an. Die primäre Schwierigkeit mit solchen Anordnungen liegt darin, daß die Unterschiede sehr klein sind für Rotationsraten, welche in Leitsystemen Anwendung finden.
• Ein Ringlaserkreisel hat eine Sensorachse, welche durch einen geschlossenen Pfad von gegenläufigen Lichtstrahlen verläuft. Bei einem ebenen Pfad entspricht die Sensorachse günstigerweise der Normalen des Pfades. In einem nicht ebenen Kreisel kann die Sensorachse eine Linie normal zur Projektion des Pfades über einer Ebene sein. Wenn ein Ringlaserkreisel nicht um seine Sensorachse rotiert, so ist der optische Pfad für die zwei gegenläufigen Lichtstrahlen von identischer Länge, so daß die zwei Strahlen identische Frequenzen besitzen. Die Rotation des Ringlaserkreisels um die Sensorachse bedingt, daß die effektive Pfadlänge des Lichtstrahles, welcher in Rotationsrichtung verläuft, zunimmt, während die effektive Pfadlänge des Lichtes in entgegengesetzter Richtung der Rotation sich verringert.
• Der Ringlaserkreisel nutzt die Resonanzeigenschaften eines geschlossenen Hohlraums, um die Sagnhac-Phasendifferenz zwischen gegenläufigen Lichtstrahlen in eine Frequenzdifferenz umzuwandeln. Ringlaserkreisel können in passive oder aktive Klassen eingeteilt werden, abhängig davon, ob das Verstärkungsmedium sich außerhalb oder innerhalb des Hohlraumes befindet. Bei aktiven Ringlaserkreiseln ist der Hohlraum definiert durch einen geschlossenen optischen Pfad, welcher zum Oszillator wird und die ausgesandten Lichtstrahlen aus zwei Richtungen interferieren mit einer Schwebungsfrequenz, welche ein Maß für die Rotationsrate darstellt. Der Oszillatoransatz bedeutet, daß Frequenzfiltereigenschaften des Hohlraumresonators um viele Größenordnungen näher unter einem passiven Hohlraum liegen und das Potential für eine sehr genaue Rotationsmessung ergeben. Heutzutage liegen die wesentlichen Ringlaserkreisel-Rotationssensor-Entwicklungsanstrengungen auf dem Gebiet des aktiven Ringlaserkreisel. Alle derzeitigen kommerziell verfügbaren optischen Rotationssensoren sind aktive Ringlaserkreisel.
• Wenn die Rotationsrate eines Ringlaserkreisels innerhalb eines bestimmten Bereiches ist, verschwindet der Frequenzunterschied zwischen den Strahlen. Dieses Phänomen wird "Frequenz-Lock-in" oder "Modenkopplung" genannt und stellt die größte Schwierigkeit bei Ringlaserkreiseln dar, da bei kleinen Rotationsraten der Ringlaserkreisel fälschlicherweise eine Nicht-Rotation des Systems anzeigt. Wenn die Rotationsrate eines Ringlaserkreisels bei einem Wert über der Lock-in-Schwelle beginnt und sich danach reduziert, so verschwindet der Frequenzunterschied zwischen beiden Strahlen bei einer bestimmten Eingangsrotationsrate. Diese Eingangsrotationsrate nennt man die Lock-in-Schwelle. Der Bereich der Rotationsraten, innerhalb dem das Lock-in stattfindet, wird allgemein das tote Band eines Ringlaserkreisels genannt.
• Das Lock-in entsteht durch die Kopplung des Lichtes zwischen den Strahlen. Die Kopplung resultiert primär aus der Rücksteuerung der Spiegel, die den geschlossenen Pfad der Lichtstrahlen bilden. Die Rücksteuerung bedingt, daß jeder umlaufende Lichtstrahl auch eine kleine Komponente des Lichtes in der gegenläufigen Richtung und damit dessen Frequenz besitzt. Der Lock-in-Effekt eines Ringlaserkreisels ist ähnlich der Kopplung eines konventionellen elektronischen Oszillators, die seit langem beobachtet und verstanden ist.
• Zusätzlich zur Erzeugung fehlerhafter Rotationsraten- Informationen durch einen Ringlaserkreisel erzeugt das Lock-in stehende Wellen, welche auf der Spiegeloberfläche erscheinen. Diese stehenden Wellen können ein Split-up von stark und gering absorbierenden Bereichen erzeugen, welche wiederum lokale Verluste des Spiegels erzeugen und damit die Kopplung und auch das Lock-in vergrößern. Die Spiegel können dauerhaft beschädigt werden, wenn der Ringlaserkreisel unter Lock-in-Bedingungen betrieben wird.
• Jegliche Unfähigkeit zur genauen Messung niedriger Rotationsraten reduziert die Effektivität eines Ringlaserkreisels in Navigationssystemen. Hier wurde substantielle Forschungs- und Entwicklungsarbeit geleistet, um diese Effekte des Lock-ins zu reduzieren bzw. auszumerzen und damit ihre Brauchbarkeit in solchen Systemen zu verbessern.
• Es gibt verschiedene Ansätze zur Lösung dieses Lock-in- Problems. Ein Ansatz besteht darin, den Ringlaserkreisel mechanisch um seine Achse so schwingen zu lassen, daß das System sich ständig um das tote Band bewegt und niemals einlockt. Das mechanische Oszillieren des Ringlaserkreisels wird normalerweise "dithern" genannt. Ein typischer Ringlaserkreisel "dithert" bei ca. 400 Hertz mit einer Winkelversetzung von einigen Arc-Minuten.
• Mechanisches Dithern des Ringlaserkreisel wird erreicht durch Montage des Ringlaserkreiselrahmens auf einer flexiblen Vorrichtung mit einer Vielzahl von Speichen, die vom zentralen Punkt nach außen verlaufen. Jede Speiche hat ein Paar von piezoelektrischen Elementen auf ihren gegenüberliegenden Seiten montiert. Diesen piezoelektrischen Elementen werden Spannungen zugeführt, in der Art, daß ein piezoelektrisches Element auf jeweils einer Seite der Speiche sich ausdehnt, während das andere piezoelektrische Element auf der anderen Seite der Speiche sich verkürzt. Der Effekt dieser Längenänderung der piezoelektrischen Elemente wird auf die Speichen übertragen durch die feste Fixierung des piezoelektrischen Elementes an der Speiche. Das Längenwachstum auf der einen Seite jeder einzelnen Speiche und Verkürzung auf der anderen Seite jedes einzelnen Platzes ergibt eine Verbiegung der Speiche in die eine oder andere Richtung, so daß am Ende eine kleine Rotation des Ringlaserkreisels um seine Achse stattfindet. Die angelegten Spannungen sind oszillierend, so daß die Speichen konstant in der Phase miteinander vibrieren, und der Ringlaserkreisel, welcher an den Speichen rotiert ist, ebenfalls um seine Achse rotiert.
• Die Amplitude des "Ditherns" ist im allgemeinen sorgfältig kontrolliert und überwacht, um den Lock-in- Effekt zu minimieren. Da die Dither-Oscillations-Winkel- Geschwindigkeit und der relative Versatz zur Tragstruktur überwacht ist, können sie vom Ausgangssignal des Ringlaserkreisels abgezogen werden. Trotz alledem hat sich gezeigt, daß ein konstantes Dithern nicht geeignet ist, um alle Effekte des "Lock-in" zu eliminieren.
• Kreisel-Dithern muß derart verwirklicht werden, daß die Ditherschwingungen des Ringlaserkreiselrahmens nur um die Sensorachse rotieren. Jede kleine Rotationskomponente um eine andere Achse erzeugt ein Präzedieren der Sensorachse auf einem konusartigen Pfad um die Richtung, in die sie zeigen sollte. Diese Bewegung der Achse wird "coning" genannt. Jede Änderung der Achsausrichtung durch das Dithern erzeugt Fehler im Ausgangssignal des Ringlaserkreisels. Da ein Navigationssystem drei Ringlaserkreisel beinhaltet, welche auf einem Instrumentenblock mit orthogonal zueinander ausgerichteten Sensorachsen montiert sind, ist eine mechanische Kopplung der Ditherschwingungen untereinander wahrscheinlich.
• Spiegeldithern ist ein anderer Ansatz, der erforscht wurde beim Versuch, die Lock-in-Effekte zu reduzieren. Hierbei können einer oder mehrere Spiegel, die den optischen Pfad definieren, mit einer sehr kleinen Amplitude oszillieren. Der Dopplereffekt bedingt eine Differenz zwischen der Frequenz des zurückgestreuten Lichtes und des vorwärts reflektierten Lichtes. Transversales Dithern aller vier Spiegel eines rechtwinkligen Kreisels versetzt lediglich die Frequenz des zurückgestreuten Strahles. Es ist jedoch schwierig, transversales Spiegeldithern durchzuführen, da sehr viel Energie benötigt wird, um die Spiegel, welche auf dem Kreiselblock montiert sind, zu bewegen. Longitudinales Spiegeldithern ist einfacher zu verwirklichen, jedoch ersetzt es die Frequenzen von beiden Lichtstrahlen, dem vorwärtsgerichteten und dem rückwärtsgestreuten Licht. Aus diesem Grunde ist die Analyse des Signales aus einem Kreisel mit longitudinal "geditherten" Spiegeln kompliziert.
• Ein Ansatz zur Reduktion des Lock-in-Fehlers, ist ein Zufallssignal über die Amplitude des dither-führenden Verstärkers zu überlagern. Jedoch produziert die Überlagerung eines Zufallssignals über den Dithertreiber andere substantielle Fehler.
• Ein anderer Ansatz benutzt eine Faraday'sche Zelle, um einen wechselnden Bias des Verstärkungsmediums zu erzeugen. Die Treiberfunktion des durch die Faraday'sche Zelle geditherten Bias entspricht der Spannung, die der Spule der Faradayschen Zelle angelegt ist. Diese Spannung kann sich schnell ändern, jedoch ändert sich der Spulenstrom und damit gekreuzt das magnetische Feld langsamer als die Spannung aufgrund der widerstandsinduzierenden Zeitkonstante der Spule.
• Es sollte angemerkt werden, daß, wenn das Vorzeichen bzw. die Richtung des Dithers umkehrt, die beiden Lichtstrahlen zum Lock-in tendieren, da an einigen Punkten die Frequenzunterschiede zwischen ihnen gleich Null ist. Da das Winkelausgangssignal des Ringlaserkreisels aus Frequenzunterschieden errechnet wird, entsteht bei diesen Kopplungen eine angezeigte Nullrotation, während die aktuelle Rotationsrate ungleich Null beträgt und sich so Fehler im Ausgangswinkelsignal akkumulieren. Die Zeitperioden, in denen beide Strahlen miteinander gekoppelt sind, sind gewöhnlicherweise sehr kurz, so daß der resultierende Ausgangswinkel-Fehler sehr klein ist für jeden einzelnen Vorzeichen-Wechsel. Trotz alledem kumulieren diese Fehler, die vom Lock-in resultieren, und können irgendwann signifikant werden, besonders bei Präzisions-Navigations-Systemen. Dieser Fehler wird manchmal "randonm walk" oder "random drift" genannt.
• Eine andere Technik zur optischen Beeinflussung, um den Lock-in-Effekt zu vermeiden, ist die Anwendung eines Doppelringlaserkreisels. Die zwei optischen Pfade sind derart angelegt, so daß sie beide das gleiche magnetische Biasing-Element nutzen. Der Pfad beider Lichtstrahlen ist nicht identisch, wodurch sich eine Fehlerquelle ergibt.
• Die zwei Moden Ringlaserkreisel, Biasing- und Dither- Techniken zur Verminderung der Modenkopplung bei geringen Rotationsraten und Zeemaneffektor sind untersucht in "multioscillator laser priors" durch Chow et al, IEEE JOURNAL OF QUANTUM MECHANICS, vol. QE-16, Sept. 1980. Besonders Chow et.al. diskutieren einen nichtplanaren Ringlaserkreiselhohlraum, der implizit anisotroph ist und worin ein Frequenzsplitting erreicht werden kann, ohne ein materielles Element in den Hohlraum einbauen zu müssen. Chow et.al. berichten auch von experimentellen Ergebnissen mit einem Standard-Zweimoden-Kreisel, welcher stärker als normal gepumpt wurde, wobei die Lock-in- Region verwandt zusammen mit dem Auftreten eines induzierten 2+2-Bias, welcher wesentlich stärker war, als die Rücksteuerungsbeiträge.
• Das US-Patent 3 973 851 von Ferrar bezieht sich auf einen konventionellen ebenen Zweimolenringlaserkreisel, bei dem ein axiales magnetisches Feld dem Verstärkungsmedium überlagert ist. Hiermit wird durch den Zeeman-Effekt eine Aufspaltung des Lichtstrahls in zwei frequenzverschobene, gegensinnig zirkular polarisierte Komponenten bewirkt, deren Frequenzen denen maximaler Verstärkung entsprechen.
• Diese Erfindung offenbart eine Vorrichtung und eine Methode, welche in den Ansprüchen 1-7 definiert ist, um einen nichtreziproken Bias in einem nichtplanaren Ringlaserkreisel zu erzeugen. Diese Erfindung offenbart also einen Ringlaserkreisel, der ein Dithern nicht benötigt, um den Lock-in-Effekt zu vermeiden.
• In der bevorzugten Ausführung schließt diese Technik, welche nur Licht gegenseitig zirkularpolarisierter Richtung in gegenläufigen Richtungen es erlaubt zu lasern, die Anwendung eines magnetischen Feldes in der Plasmaregion des Verstärkungsmediums ein: Das magnetische Feld ist vorzugsweise gleichförmig und axial ausgerichtet innerhalb des Verstärkungsmediums, um die angeregten Energiezustände der Neonatome in unterschiedliche Zustände aufzuteilen. Der magnetische Fluß kann durch einen Permanentmagneten oder einen Elektromagneten erzeugt werden. Es ist zu bemerken, daß das magnetische Feld keinen Bias zwischen den zwei gegenläufigen Lichtstrahlen, welche zur Rotationsmessung genutzt werden, produziert. Dieser notwendige Bias wird durch die Geometrie des Lichtpfades geliefert.
• Das Verstärkungsmedium des Ringlaserkreisels produziert einen im Uhrzeigersinn und einen im Gegenuhrzeigersinn verlaufenden Lichtstrahl, die vorzugsweise jeweils eine rechts- und eine linkszirkular polarisierende Komponente beinhalten. Das genutzte Magnetfeld reduziert vorzugsweise die Zentralfrequenz der Verstärkungskurven für die im Uhrzeigersinn und linkszirkular polarisierte und die im Gegenuhrzeigersinn und rechtszirkular polarisierte Komponente und erhöht die Zentralfrequenz der Verstärkungskurve für die im Uhrzeigersinn rechtszirkular polarisierte Komponente und die im Gegenuhrzeigersinn und linkszirkular polarisierte Komponente. Alternativ kann das benutzte magnetische Feld die zentrale Frequenz der Verstärkungskurve erhöhen für die im Uhrzeigersinn und links polarisierte und die im Gegenuhrzeigersinn und rechts polarisierte Komponente und die Zentralfrequenz der Verstärkungskurve reduzieren für die im Uhrzeigersinn verlaufende und rechts polarisierte Komponente und die gegen den Uhrzeigersinn verlaufende und links polarisierte Komponente. Die Richtung des magnetischen Feldes bestimmt, welche Verstärkungskurvenzentren reduziert bzw. angehoben werden.
• Die Vorrichtung dieser Erfindung kann ferner Mittel enthalten, welche die Hohlraumlänge justieren, so daß nur eine Polarisationskomponente lasert in den im Uhrzeigersinn verlaufenden Strahl und nur eine entgegengesetzt polarisierte Komponente lasert in den gegenuhrzeigersinnweise gerichteten Strahl.
• Das Verfahren dieser Erfindung beinhaltet die Schritte zur Produktion von zwei Lichtstrahlen, die sich in gegenläufige Richtungen ausdehnen innerhalb eines Verstärkungsmediums, welches in einem Hohlraum eingeschlossen ist und die Manipulation des Verstärkungsmediums derart, daß nur Licht von gegenseitig zirkular polarisierter Richtung lasert. Das Verfahren dieser Erfindung beinhaltet bevorzugt die Schritte um ein axial gerichtetes magnetisches Feld, welches dem Verstärkungsmedium überlagert ist, anzuwenden.
• Das Verfahren dieser Erfindung beinhaltet weiterhin den Schritt, die Hohlraumlänge derart einzustellen, daß nur eine erste ausgewählte Polarisation in eine erste Richtung innerhalb des Hohlraums lasert und eine zweite gegenläufige Polarisation in ebenfalls eine gegenlaufende Richtung lasert.
• Weiterhin beinhaltet das Verfahren die Schritte, um die Zentralfrequenz der Verstärkungskurve zu reduzieren für die im Uhrzeigersinn und links polarisiert verlaufenden Lichtstrahlen und die im Gegenuhrzeigersinn verlaufenden und rechts polarisierten Komponenten; die Verstärkung der Zentralfrequenz der Verstärkungskurve der im Uhrzeigersinn verlaufenden und rechts polarisierten Komponente und der gegen den Uhrzeigersinn verlaufenden und links polarisierten Komponente; und weiterhin die Justierung der Hohlraumlänge derart, daß nur eine Polarisationskomponente lasert in den im Uhrzeigersinn verlaufenden Strahl und nur eine Komponente mit entgegengesetzter Polarisation lasert in den im Gegenuhrzeigersinn verlaufenden Lichtstrahl.
• Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines nicht planaren Ringlaserkreiselrahmens;
• Fig. 2 zeigt eine Frontansicht des nicht planaren Ringlaserkreiselrahmens von Fig. 1;
• Fig. 3 zeigt einen Grundriß des nicht planaren Ringlaserkreiselrahmens von Fig. 1;
• Fig. 4 zeigt eine Frontansicht eines Teils des Rahmens von Fig. 1 und Fig. 2;
• Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht des Rahmenteils von Fig. 4 und 5;
• Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch die Linie 4-4 von Fig. 2 mit einem Paar von Magneten, die auf einem Teil des Rahmens montiert sind, der in Fig. 4 und 5 dargestellt ist;
• Fig. 7 stellt einen zweiten Querschnitt dar mit dem Permanentmagnetpaar, welches auf den Teil des Rahmens von Fig. 4 und 5 montiert ist;
• Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht mit einer Vielzahl von Permanentmagneten, welche auf dem Rahmenteil von Fig. 4, 5 und 6 montiert sind;
• Fig. 9 zeigt eine Wicklung, welche einen Elektromagneten bildet um den Teil des Rahmens aus Fig. 4 und 5;
• Fig.10 zeigt eine graphische Darstellung des magnetisch induzierten Frequenzaufsplittens im Verstärkungsmedium für beide, rechts und links zirkularpolarisierte Komponenten des im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn laufenden Lichtstrahls eines nicht planaren Ringlaserkreisels aus Fig. 1 - 3;
• Fig.11 zeigt ein Blockdiagramm des wickligen Kontrollsystems, das in dieser Erfindung dargestellt ist;
• Fig. 12 zeigt einen Querschnitt des halbdurchlässigen Spiegels, der zur Kontrolle der Hohlraumlänge des Kreisels aus Fig. 1 genutzt werden kann.
• Fig. 1 zeigt einen nicht planaren Ringlaserkreisel 10 mit einem Rahmen 12, welcher vorzugsweise aus einem Material besteht, welches einen sehr kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten über einen Bereich von minus 46º C bis plus 133º C besitzt. Ein derartiges Rahmenmaterial wird von der Firma Schott Glaswerke in Westdeutschland unter dem Handelsnamen ZERODUR vertrieben. Die Fa. 0wens Illinois vertreibt ein entsprechendes Rahmenmaterial unter dem Handelsnamen CERVIT. Beides, ZERODUR und CERVIT, bestehen aus einem Gemisch aus Glas- und Keramikmaterial, welches gegenläufige Temperaturausdehungs-Koeffizienten besitzt, so daß über einen weiten Temperaturbereich für minimale Längenänderungen gesorgt ist.
• Der Rahmen 12 ist mit einem Hohlraum 14 versehen. Der Hohlraum 14 hat vier Ecken 15 bis 18, an welchen Spiegel 19 bis 22 am Rahmen 12 angebracht sind. Der Hohlraum ist gestaltet wie ein asymmetrisches rautenförmiges Viereck, welches gesehen werden kann wie ein Rombus, welcher entlang seiner Diagonalen gefaltet ist. Dies ist eine der vielen möglichen Konfigurationen eines Hohlraums 14 und ist hier beschrieben als eine der möglichen Ausgestaltung zur Erklärung der Erfindung. Die Erfindung kann genutzt werden mit jedem nicht planaren Lichtweg, in welchem die Lichtstrahlen zirkulieren können.
• Der Hohlraum 14 kann eine Vielzahl von Bohrungen 14a, 14b usw. enthalten, um einen Weg zu formen, welcher die gegenläufigen Lichtstrahlen im Rahmen 12 zwischen den Spiegeln 19 bis 22 beherbergt. Der Rahmen 12 ist normalerweise aus einem soliden Stück ZERODUR geformt, und die Bohrungen 14a bis 14d werden durch mechanisches Bearbeiten gewonnen. Die in der Figur 1 dargestellten Pfeile innerhalb des Hohlraumes 14 stellen die gegenläufigen Lichtstrahlen dar. Die Bohrungen sind evakuiert und mit einem Gemisch von Helium und Neongas gefüllt. Dieses Gemisch ist das Verstärkungsmedium des Lasers. Ein Paar Anoden 24 und 25 und eine Kathode 28 sind ebenfalls auf dem Rahmen 14 angebracht, so daß Kontakt zwischen ihnen und dem Verstärkungsmedium besteht und ein Anlegen einer entsprechenden elektrischen Potentialdifferenz zwischen der Kathode 28 und den Anoden 24 und 25 eine elektrische Entladungsstrecke innerhalb der Bohrungen 14a und 14d produziert.
• Die Anode 24 kann auf einer Oberfläche 30 des Rahmens 12 angebracht sein, wobei ein schmaler Durchbruch 32 von der Anode 24 zur Bohrung 14a führt. Die Anode 26 ist auf der Oberfläche 34 des Rahmens 12 angebracht, wobei ein Durchbruch 36 von der Anode 26 zur Bohrung 14d führt. Die Kathode 28 ist im zentralen Bereich des Rahmens 12 montiert. Eine Passage 38 verläuft zwischen der Kathode 28 und der Verbindung zwischen den beiden Bohrungen 14a und 14d. Andere Anordnungen der Anoden und Kathoden sind möglich. Die besondere, hier gezeigte und beschriebene Anordnung stellt lediglich ein Beispiel dar und beschränkt nicht den Erfindungsgedanken.
• Wird eine angemessene Potentialdifferenz zwischen Kathode 28 und den Anoden 24 und 26 angelegt, so entsteht in den Bohrungen 14a und 14d eine elektrische Entladungsstrecke. Diese elekrische Entladung erzeugt ein Plasma im Hohlraum 14 durch Anregung der Helium- und Neonatome. Die Heliumatome werden durch Kollisionen mit Elektronen angeregt, wobei diese wiederum mit einigen der Neonatome kollidieren. Das wahrscheinlichste Ergebnis der Kollisionen zwischen dem angeregten Heliumatom und dem Neonatom ist ein Energietransfer vom Helium- zum Neonatom, wobei diese in einen unstabilen Energiezustand gehoben werden. Ebenfalls können Elektronen im Plasma mit den Neonatomen kollidieren und diese in denselben unstabilen Energiezustand anheben, jedoch sind die Heliumatome die primäre Anregungsquelle, die die Neonatome auf das gewünschte Energieniveau anheben. Die angeregten Neonatome kehren in ihren Grundzustand zurück und emittieren dabei Photonen. Es gibt ein bestimmtes Spektrum von Photonenfrequenzen, welche erzeugt werden, wenn Neonatome in ihren Grundzustand zurückkehren. Die Länge des Hohlraumes 14 zwischen den Spiegeln 17 bis 20 erlaubt es jedoch nur ausgewählten Wellenlängenresonanzerscheinungen innerhalb des Hohlraumes zu zeigen. Nur die Wellenlängen, welche den Resonanzbedingungen genügen und die über der Schwelle der Verstärkungskurve aus Fig. 10 liegen, können lasern.
• Die Erfindung nutzt zirkular polarisierendes Licht. Im idealen Falle perfekter Spiegel (welche eine Phasenverschiebung zwischen S und P linear polarisierten Moden produzieren), bezogen auf die Reflektion des Spiegels 17, erfährt beispielhaft eine rechtszirkular polarisierte Welle (RCP) eine Änderung zur linkszirkularen Polarisation (LCP). Um die Laserbedingungen beizubehalten bei der gewünschten Polarisation, müssen die Lichtstrahlen an einer geraden Anzahl von Spiegeln reflektiert werden. Beide RCP und LCP-Wellen lasern im Hohlraum für beide, d.h. den im Uhrzeigersinn verlaufendem und im Gegenuhrzeigersinn verlaufenden Strahl. Es entstehen daher vier unterschiedliche Lichtwellen im Hohlraum 14. Diese vier Wellen können folgendermaßen identifiziert werden:
• La ist eine linkszirkular polarisierte, im Gegenuhrzeigersinn verlaufende Welle;
• Lc ist eine linkszirkular polarisierte, im Uhrzeigersinn verlaufende Welle;
• Ra ist eine rechtszirkular polarisierte, im Gegenuhrzeigersinn verlaufende Welle;
• Rc ist eine rechtszirkular polarisierte, im Uhrzeigersinn verlaufende Welle.
• Der Längenmodenabstand der Lichtstrahlen beträgt etwa 1 GHz. Die Länge des Hohlraumes beträgt ein ganzzahliges Vielfaches der lasernden Wellenlänge. Wenn die Hohlraumlänge L ist, dann gilt N&sub1; λ&sub1; = L, wobei N&sub1; eine ganze Zahl und λ&sub1; die Wellenlänge ist. Der reziproke Wert der Wellenlänge ist 1/λ&sub1; = N&sub1;/L.
• Die zugehörige Frequenz beträgt f&sub1; = c/λ&sub1;
• Daraus folgt für die Frequenz
• f&sub1; = c N&sub1;/L.
• Wenn die Frequenz f&sub1; lasert, da die Hohlraumlänge ein ganzteiliges Vielfaches der Wellenlänge ist, so lasert die Frequenz f&sub2; mit (N&sub1; + 1) λ&sub2; ebenso. Die zweite Frequenz kann dargestellt werden mit dem Ausdruck f&sub2; = c (N&sub1;+1)/L.
• Die Differenz der beiden angrenzenden lasernden Frequenzen ist der Modenabstand mit f&sub2; - f&sub1; = c/L. Ein Modenabstand von 1 GHz entspricht einer Hohlraumlänge von ungefähr 30 cm.
• Bezugnehmend auf die Figuren 1 bis 9 ist eine gleichförmige magnetische Flußdichte entlang der Achsen der Bohrungen 11a und 11d, welche das Verstärkungsmedium beinhalten, vorgesehen. Die magnetische Flußdichte beträgt vorzugsweise ca. 100 bis 200 Gauß. Das magnetische Feld zeigt eine Wechselwirkung mit dem magnetischen Momenten des Spinds der angeregten Elektronen im Neonatom und spaltet die angeregten unstabilen Zustände in mehrere diskrete Energieniveaus. Wenn die Elektronen dieser diskreten Energiezustände zum Grundzustand zurückkehren, strahlen sie Photonen unterschiedlicher Frequenz aus.
• In den Figuren 1, 2 und 5 ist ein Durchbruch 40 durch den Rahmen 12 in Nachbarschaft der Bohrung 14a gezeigt. Ein Durchbruch 41 ähnlich des Durchbruches 40 ist im Rahmen 12 um die Bohrung 14d dargestellt. Die Durchbrüche 40 und 41 werden durch Ausfräsen des Rahmens 12 erzeugt. Die gewünschte Rahmenform im Bereich 42 und 43 um die Bohrungen 14a und 14b werden ebenfalls durch mechanisches Bearbeiten des Rahmens erreicht. Die Rahmenabschnitte 42 und 43 sind vorzugsweise zylindrisch oder nahezu zylindrisch und können eine Vielzahl von flachen Oberflächen besitzen. Z. B. zeigt in Fig. 6 der Rahmenausschnitt 42 einen achteckigen Querschnitt; jedoch ist die Erfindung nicht auf spezielle Querschnitte im Rahmenteil 42 begrenzt.
• In den Figuren 6 bis 8 ist gezeigt, wie ein magnetisches Feld angewandt werden kann, welches durch entsprechende Permanentmagnete 44 und 86 um den Rahmenteil 42 gelegt sind. Die Magnete 44 und 46 sind vorzugsweise halbzylinderförmig geformt, so daß sie um den Rahmenteil 42 gelegt werden können und eine gleichmäßige axiale Flußdichte im Verstärkungsmedium erzeugen. Wie in Fig. 8 gezeigt ist, kann das magnetische Feld auch durch eine Mehrzahl von kleinen halbzylindrischen Magneten 44a, 44b usw. und 46a, 46b usw. zur Verfügung gestellt werden anstelle durch ein Paar von Magneten 44 und 46. Die Vielzahl von kleinen Magneten erlaubt ein leichtes Justieren des Magnetfeldes im Verstärkungsmedium. Wie in Fig. 9 gezeigt wird, ist es ebenfalls möglich, den gewünschten magnetischen Fluß durch eine Spule 48 um den Rahmenteil 42 zu erzeugen, indem die Spule mit einer Spannungsquelle V versorgt wird, wodurch ein entsprechender elektrischer Strom in der Spule fließt. Die Pfeile in der Figur 9 zeigen die Richtung des Stromflusses.
• Die Figuren 10a und 10b zeigen Verstärkungsprofile der verschiedenen Wellen im Hohlraum als Funktion der Frequenz. Die gepunkteten Kurven repräsentieren die Verstärkungskurven ohne magnetisches Feld. Die Anwendung eines magnetischen Feldes auf das Verstärkungsmedium erzeugt eine Aufspaltung der Verstärkungsprofile und eine Bewegung der Profile in entgegengesetzte Richtung. Die Relativbewegung der Profile ist gegenläufig für die im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn verlaufenden Kurvenpaare für jede Polarisation. Z. B. zeigt Fig. 10a die LCP-Verstärkungskurve mit einer Bewegung zu niedrigeren Frequenzen mit ansteigendem Magnetfeld für den im Uhrzeigersinn verlaufenden Lichtstrahl und eine Bewegung zu höheren Frequenzen für den im Gegenuhrzeigersinn verlaufenden Lichtstrahl. Ähnlich bewegt sich die RCP-Verstärkungskurve zu höheren Frequenzen hin für den im Uhrzeigersinn verlaufenden Lichtstrahl, wenn das magnetische Feld zunimmt und zu niedrigeren Frequenzen beim gegen den Uhrzeigersinn verlaufenden Lichtstrahl.
• Die Verstärkungsprofilweite in Höhe der Verstärkungsverluste ist abhängig vom Entladungsstrom und ist typischerweise ungefähr 600 MHz weit. Jede Frequenz, welche im Bereich liegt, wo die Verstärkung größer ist als die Verluste des Lichtstrahls beim Durchlauf einer Runde durch den Hohlraum lasert, wohingegen Frequenzen, deren Verstärkung geringer ist als ihre Verluste, nicht lasern. Der zentrale Anteil des Verstärkungsprofiles für die im Uhrzeigersinn verlaufende LCP-Welle ist nach links versetzt gegen die kleinste lasernde Frequenz der im Uhrzeigersinn verlaufenden RCP-Welle. Fig. 10a zeigt, daß für die gewählte Hohlraumlänge die Frequenz, bei welcher der im Uhrzeigersinn verlaufende RCP-Strahl eine Resonanz zeigt, unterhalb der Laserschwelle liegt. Dies ist eine Konsequenz der Verschiebung des Zentrums zwischen den LCP- und RCP-Verstärkungskurven. Die Frequenzverschiebung beträgt ungefähr 1,52 MHz pro Gauß magnetische Flußdichte. Aufgrund dieser Proportionalität kann der Hohlraum so beeinflußt werden, daß nur im Uhrzeigersinn verlaufende LCP-Lichtwellen lasern.
• Ähnlich zeigt Figur 10b das LCP-Verstärkungsprofil des im Gegenuhrzeigersinn verlaufenden Lichtstrahles nach rechts versetzt relativ zum im Gegenuhrzeigersinn verlaufenden RCP-Verstärkungsprofil, so daß das Frequenzband mit maximaler Verstärkung es im Gegenuhrzeigersinn verlaufenden RCP-Lichtstrahles nicht mit dem im Gegenuhrzeigersinn verlaufenden LCP-Lichtstrahles überlappt. Fig. 10b zeigt, daß die Resonatorfrequenz für im Gegenuhrzeigersinn verlaufende LCP-Lichtstrahlen unter der Laserschwelle liegen. Aus diesem Grund ist es möglich, die Hohlraumlänge derart zu justieren, daß nur im Gegenuhrzeigersinn verlaufende Wellen als RCP-Welle lasern. Aufgrund der Form des Frequenzsplittens gibt es einen weiten Bereich von genutzter magnetischer Feldstärke und Hohlraumlänge, indem nur eine Polarisationsrichtung in nur eine Ausbreitungsrichtung lasert, während nur die entgegengesetzte Polarisationsrichtung in der entgegengesetzten Ausbreitungsrichtung lasert. Die Ausführung in Fig. 10 hat nur die im Uhrzeigersinn verlaufende LCP-Welle und die im Gegenuhrzeigersinn verlaufende Welle über der Laserschwelle bei einer bestimmten Hohlraumlängeneinstellung, welche durch das angewandte magnetische Feld bestimmt wird. Entsprechend gibt es eine andere Hohlraumlänge, bei welcher nur die im Uhrzeigersinn verlaufende RCP-Welle und die im Gegenuhrzeigersinn verlaufende Welle über der Laserschwelle liegt.
• Das Auswärtssignal des Ringlaserkreisels entsteht durch Kombination der zwei miteinander interferierenden Strahlen. Ein Spiegel, z. B. der Spiegel 22, ist teildurchlässig vorgesehen, so daß ein Teil jedes Lichtstrahls den Hohlraum durch diesen Spiegel verläßt. Die Spiegel, welche den Hohlraum verlassen, verlaufen anfangs mit einem bestimmten Winkel relativ zueinander. Um eine Interferenz zu erzeugen, müssen die Strahlen nahezu parallel verlaufen. Hierzu werden beide Strahlen intern an den Oberflächen eines zusammenführenden Prismas 50 reflektiert, welches auf der Rückseite des Spiegels 22 so angebracht ist, daß die Strahlen beim Verlassen des Prismas 50 im wesentlichen parallel verlaufen. Ein Helligkeitsdetektor 52 erzeugt elektrische Signale, welche die Schwebungsfrequenz der interferierenden Lichtstrahlen anzeigen. Auch wenn der Ringlaserkreisel 10 nicht um seine Sensorachse rotiert, so erzeugen die Laserstrahlen eine Schwebungsfrequenz gleich dem Polarisationssplitting, induziert durch die Lichtstrahlgeometrie, vorzugsweise ungefähr 100 MHz, welche entsprechend gemessen wird. Eine Drehung des Ringlaserkreisels 10 erzeugt eine höhere oder niedrigere Schwebungsfrequenz abhängig von der Drehrichtung.
• Auf diese Weise erzeugt die Geometrie des Ringlaserkreisels 10 ein effektives nichtreziprokes Splitting der Frequenzen der zwei Lichtstrahlen. Änderungen des benutzten magnetischen Feldes erzeugen idealerweise keine Änderungen in der Schwebungsfrequenz, da die gegenseitigen Polarisationen in entgegengesetzte Richtungen durch das Verstärkungsmedium verlaufen, so daß jede Phasenverschiebung durch den Faradayeffekt induziert identisch sind und nicht im Schwebungssignal erscheinen.
• Der Neonübergang, welcher eine Wellenlänge von 632,8 nm erzeugt, hat einen Verschiebungsfaktor von ungefähr 1,82 MHz pro Gauß. Ein vorzugsweise gleichförmig axial verlaufender magnetischer Fluß mit einer Dichte von ungefähr 100 bis 200 Gauß wird an allen Segmenten des Hohlraumes 14 benötigt, wo das Plasma existiert, um die Verschiebungen von 200 bis 400 MHz zu produzieren, welche am günstigsten erscheinen für den Betrieb der Vorrichtung.
• Die Aufspaltung zwischen dem den links und rechts zirkular polarisierten Moden im Hohlraum ist primär abhängig von der Lichtpfadgeometrie, aber es ist auch abhängig von der Phasenverschiebung, welche die reflektierenden Oberflächen innerhalb des Hohlraumes induzieren zwischen dem Licht, polarisiert normal zur Einfallsebene (S-Typ) und dem Licht, polarisiert in der Einfallsebene (P-Typ). Dieses Phänomen ist bekannt als doppelbrechende Reflektion und hat eine geringe Temperaturabhängigkeit. Geeignetes dielektrisches Spiegeldesign kann diese Effekte minimieren. Die verbleibenden Reflekte sind vorhersagbar und können durch Anbringen von geeigneten Temperatursensoren am Kreiselausgang herausgenommen werden.
• Ein mögliches Hohlraumlängen-Kontrollschema 50 ist in Fig. 11 gezeigt. Der Zweck der Hohlraumlängenkontrolle liegt darin, sicherzustellen, daß die Hohlraumlänge des Kreisels 10 auf einen Wert gesetzt und dort gehalten wird, welcher es erlaubt, daß nur ein Lichtmode in jede Richtung lasert. Wie oben diskutiert, besitzen diese gegenläufigen Moden gegenläufige Polarisation. Der Spiegel 20 ist teildurchlässig und erlaubt einer kleinen Fraktion des im Uhrzeigersinn verlaufenden (A) und dem im Gegenuhrzeigersinn verlaufenden (B) Lichtstrahls den Hohlraum 14 zu verlassen und über einen Zirkularpolarisierer 52 zu laufen, welcher LCP-Licht passieren läßt, jedoch RCP-Licht blockiert und einen Zirkularpolarisierer 54, welcher entsprechend RCP-Licht passieren läßt, jedoch LCP-Licht blockiert. Die Lichtstrahlen treffen danach auf die Detektoren 56 und 58, wobei sie elektrische Signale erzeugen proportional zur Intensität des einlaufenden Lichtstrahls. Diese elektrischen Signale werden in einen Differentialverstärker 60 geführt, wo ein Signal proportional zur Differenz der Eingangsgröße produziert wird. Wenn das Signal am Detektor 56 größer ist als das am Detektor 48, dann kann der Verstärkerausgang beispielsweise positiv sein, während im gegenläufigen Fall der Ausgang negativ ist. Der Verstärkerausgang ist über den Treiberschaltkreis 62 in eine brauchbare Steuerspannung für einen piezzoelektrischen Wandler 64 übersetzt, welches auf der Rückseite eines Lochblendenspiegels 19 angebracht ist.
• Fig. 12 zeigt den Wandler 64, welcher im Standard "Stapel- oder "bimorphem"-Design ausgebildet sein kann, welche in der Ringlaserkreiseltechnik gut bekannt sind. Eine gebräuchliche Ausgestaltung des Übertragungssystems 64 ist im US-Patent 4,383,763 vom 17. Mai 1983 von Hutchings beschrieben. Bewegungen des Spiegels 19 verkürzen oder verlängern den Hohlraumlichtpfad, um einen Wert, abhängig vom Vorzeichen und der Größe der angelegten Spannung als ein Ergebnis des Drucks, welcher auf den Lochblendenspiegel 19 erzeugt wird; dieses Design ist gut bekannt und wird bei konventionellen Laserkreiseln zur Hohlraumlängenkontrolle angewandt. Wie in Fig. 12 gezeigt, beinhaltet der Spiegel 19 eine reflektierende Oberfläche 70, dessen Ecken an einem Rahmen 72 befestigt sind. Ein Stempel 74 erstreckt sich axial von der zentralen Position der Oberfläche 70 zu einer dünnen Platte 76, welche im wesentlichen parallel zur Oberfläche 70 ist. Piezzoelektrische Elemente 78 und 80 sind auf beiden Seiten der Platte 76 montiert. Das Anlegen einer geeigneten Spannung an die Elemente 78 und 80 erzeugt z. B. beim Element 78 eine Verkürzung in Relation zu seiner Ruhelänge L, während das gegenüberliegende Element sich ausdehnt. Der Effekt dieser Längenänderungen der Elemente 80 und 78 bedingt eine Bewegung des Stempels 74 in axialer Richtung. Der Spiegel 19 kann dadurch relativ zum Rahmen 12 ein- und ausbewegt werden.
• Das Ergebnis der beschriebenen Ausgangsoptik und des Hohlraumlängen-Kontrollservomechanismus 50 liegt in der Beibehaltung der Hohlraumlänge bei einem Wert, bei dem die im Uhrzeigersinn verlaufenden LCP-Lichtstrahlen und im Gegenuhrzeigersinn verlaufenden RCP-Lichtstrahlen gleich sind, wie es in Fig. 10 beim gewünschten Betriebspunkt gezeigt ist. Der Zusatz von externen Zirkularpolarisierern 52 und 54 selektiert zwischen einem Betriebszustand, in dem die Intensitäten von im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn verlaufenden Lichtstrahlen gleich sind, jedoch die RCP- und LCP-Lichtstrahlen Frequenzen symmetrisch um den 0 MHz-Frequenzpunkt in Fig. 10 angeordnet sind, welcher nicht in Übereinstimmung ist mit der Betriebsweise der hier beschriebenen Vorrichtung.
• Obwohl die Erfindung in Bezug auf bestimmte bevorzugte Ausführungen beschrieben ist, sind diese Ausführungen mehr beispielhaft als eingrenzend zu verstehen. Änderungen der beschriebenen Ausführungen können vorgenommen werden, ohne von der Erfindung abzuweichen, die in den Ansprüchen definiert ist.

Claims (10)

1. Ein nicht planarer Ringlaserkreisel (10) mit einem Rahmen (12), einem Hohlraum (14) im Rahmen (12) zum Bilden eines nicht-planaren geschlossenen optischen Strahlenganges, einem Verstärkungsmedium in dem Hohlraum (14) zum Erzeugen zweier Lichtstrahlen, die sich im dem Hohlraum (14) in einander entgegengesetzten Richtungen fortpflanzen, gekennzeichnet durch Mittel (42, 44, 46, 44A, 44B usw., 46A, 46B, usw., 48) zum Justieren des Verstärkungsmittels dahingehend, daß es nur Licht von entgegengesetzt zirkularer Polarisation ermöglicht wird, in entgegengesetzten Richtungen in dem Hohlraum (14) zu lasern.

2. Ringlaserkreisel (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsmedium einen im Uhrzeigersinn umlaufenden Strahl erzeugt, die jeweils eine rechts zirkular polarisierte Komponente und eine linke zirkular polarisierte Komponente besitzen.

3. Ringlaserkreisel gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Justiermittel die Mittenfrequenz des Verstärkungsprofiles für die im Uhrzeigersinn drehende links-zirkular polarisierte Komponente verringert, und die Mittenfrequenz des Verstärkungsprofiles für die im Zeigersinn drehende rechts-zirkular polarisierte Komponente und die im Gegenzeigersinn drehende links-zirkular polarisierte Komponente verstärkt, ferner dadurch, daß Mittel (50) vorgesehen sind, um die Hohlraumlänge derart zu justieren, daß lediglich eine Polarisierungskomponente im Uhrzeiger lasert, und nur eine entgegengerichtet polarisierte Komponente im Gegenzeigerstrahl lasert.

4. Ringlaserkreisel (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Justiermittel (42, 44, 46, 44A, 44B, usw. 46A, 46B, usw. 48) zum Aufbringen eines axial gerichteten Magnetfeldes auf das Verstärkungsmedium umfaßt.

5. Ringlaserkreisel gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (12) einen Durchlaß (40) aufweist, der im Abstand von einem Teil des Hohlraumes 814) angeordnet ist, ferner umfassend: einen gewickelten Leiter (48) für elektrischen Strom, der sich durch den Durchlaß (40) hindurcherstreckt, um einen Teil des Verstärkungsmediums zu umgeben; und Mittel (V) zum Beschicken des Leiters (48) mit elektrischem Strom.

6. Ringlaserkreisel (10) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld die Mittenfrequenz des Verstärkungsprofiles bezüglich der im Uhrzeigersinne umlaufenden links-zirkular polarisierten Komponente und bezüglich der im Gegenzeigersinn verlaufenden rechts-zirkular polarisierten Komponente verringert, und die Mittenfrequenz des Verstärkungsprofiles bezüglich der im Uhrzeigersinn verlaufenden rechts-zirkular polarisierten Komponente und bezüglich der im Gegenzeigersinn verlaufenden links-zirkular polarisierten Komponente verstärkt, und daß Mittel (50) vorgesehen sind, um die Hohlraumlänge derart zu justieren, daß lediglich eine Polarisationskomponente im Uhrzeigersinn lasert, und nur eine entgegengerichtete Polarisationskomponente im Gegenuhrzeigersinn lasert.

7. Verfahren zum Erzeugen einer nicht-reziproken Frequenztrennung zwischen Lichtwellen in einem nicht- planaren Hohlraum eines Ringlaserkreisels (10), wobei

(a) zwei zirkular polarisierte Lichtstrahlen, die sich in entgegengesetzten Richtungen fortpflanzen, in einem Verstärkungsmedium erzeugt werden, das auf den Hohlraum (14) beschränkt ist, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt

(b) daß nur Licht entgegengesetzt zirkularen Polarisierungen in entgegengesetzten Richtungen Laserstrahlen aussenden können.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (a) das Erzeugen eines Lichtstrahls im Uhrzeigersinne und eines Lichtstrahls im Gegenuhrzeigersinn umfaßt, daß beide eine rechts- zirkular polarisierte Komponente und eine links- zirkular polarisierte Komponente umfassen, daß weiterhin der Schritt des Justierens der Hohlraumlänge vorgesehen ist, um lediglich einer ersten ausgewählten Polarisierung zu erlauben, in einer ersten Richtung lasert, und einer zweiten Polarisierung, die der ersten Polarisierung entgegengerichtet ist, in einer der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung lasert.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (b) den Schritt des Aufbringens eines axial gerichteten Magnetfeldes auf das Verstärkungsmedium umfaßt.

10. Verfahren gemäß Anspruch 8, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

es wird die Mittenfrequenz des Verstärkungsprofiles bezüglich der im Uhrzeigersinn verlaufenden links- zirkular polarisierten Komponente und bezüglich der im Gegenuhrzeigersinn verlaufenden rechts-zirkular polarisierten Komponente verringert;

es wird die Mittenfrequenz des Verstärkungsprofiles bezüglich der im Uhrzeigersinn verlaufenden rechts- zirkular polarisierten Komponente und bezüglich der im Gegenuhrzeigersinn verlaufenden links-zirkular polarisierten Komponente verstärkt; und

die Hohlraumlänge wird derart justiert, daß lediglich eine Polarisierungskomponente im Uhrzeigerstrahl lasert, und lediglich eine entgegengesetzt polarisierte Komponente im Gegenuhrzeigerstrahl lasert.