mireabulletinRussian Technological JournalRussian Technological Journal2782-32102500-316XRTU MIREA10.32362/2500-316X-2018-6-3-5-15mireabulletin-110Research ArticleСОВРЕМЕННЫЕ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫMODERN RADIO ENGINEERING AND TELECOMMUNICATION SYSTEMSВИРТУАЛЬНЫЕ МОДЕЛИ ОБРАТНОГО РАССЕЯНИЯ СВЕТА В КОЛЬЦЕВЫХ ЛАЗЕРАХVIRTUAL MODELS OF LIGHT BACKSCATTERING IN RING LASERSБессоновА. С.BessonovA. S.didugan4@mail.ruПетрухинЕ. А.PetrukhinE. A.noemail@neicon.ruМИРЭА - Российский технологический университетРоссияMIREA - Russian Technological UniversityRussian FederationАО «Серпуховский завод «Металлист»РоссияJSC «Serpukhov plant «Metallist»Russian Federation20182806201863515Copyright © Бессонов А.С., Петрухин Е.А., 20182018Бессонов А.С., Петрухин Е.А.Bessonov A.S., Petrukhin E.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rtj-mirea.ru/jour/article/view/110

В статье рассмотрено моделирование обратного рассеяния света в кольцевых лазерах. Показано, что обратное рассеяние является основным источником погрешностей лазерного гироскопа. Дано математическое описание процессов обратного рассеяния, основанное на определении комплексных коэффициентов связи встречных волн в кольцевом лазере. Предлагается представление комплексных коэффициентов связи в виде векторных диаграмм. Сделан вывод, что наиболее удобными для пользователей являются виртуальные модели, которые создаются в средах графического программирования. Эти модели объединяют информацию, содержащуюся в математических моделях и в векторных диаграммах. При помощи компьютерной анимации отображено изменение фаз комплексных коэффициентов связи встречных волн во время работы кольцевого лазера. Результаты моделирования представлены в различных текстовых и графических формах. Описаны результаты моделирования обратного рассеяния при перестройке лазера на генерацию различных мод, при температурном воздействии и при противофазном ходе пьезоэлектрических корректоров. Созданные виртуальные модели предназначены для разработчиков измерительных систем, используемых на производстве кольцевых лазеров и лазерных гироскопов. Полученные результаты позволяют оценить пороги захвата и измерительные сигналы, разработать алгоритмы и программные модули обработки данных для измерительных систем.

The simulation of light backscattering in a ring laser is considered. It is indicated that backscattering is the main source of laser gyro errors. A mathematical description of the backscattering processes based on the determination of the complex coupling parameters of counterpropagating waves is presented. A representation of complex coupling parameters in the form of vector diagrams is proposed. It is concluded that virtual models created in graphical programming environments are most convenient for users. These models combine information contained in mathematical models and in vector diagrams. With the help of computer animation, the complex coupling parameters phase changes of counterpropagating waves during the operation of the ring laser are displayed. The simulation results are presented in various text and graphic forms. The backscattering simulation results during the laser tuning to the generation of various modes, under the influence of temperature and in the antiphase motion of piezoelectric transducers are described. The created virtual models are intended for developers of measuring systems used in the production of ring lasers and laser gyros. The obtained results allow estimating the lock.

кольцевой лазеробратное рассеяние светапорог захватавиртуальная модельматематическая модельвекторная диаграммаring laserlight backscatteringlock-in thresholdvirtual modelmathematical modelvector diagramReferencesAronowitz F. Fundamentals of the Ring Laser Gyro. Optical Gyros and their Application. RTO AGARDograph 339, 1999. P. 3-1 to 3-45.Aronowitz F. Fundamentals of the Ring Laser Gyro. Optical Gyros and their Application. RTO AGARDograph 339, 1999. P. 3-1 to 3-45.Wilkinson J. R. Ring Lasers // Progress Quantum Electronics. 1987. № 11. P. 1-103.Wilkinson J. R. Ring Lasers // Progress Quantum Electronics. 1987. № 11. P. 1–103. 3. Panov M.F., Solomonov A.V., Filatov Yu.V. Physical fundamentals of integrated optics. Moscow: Publishing Center «Academy», 2010. 432 p. (in Russ.).Панов М.Ф., Соломонов А.В., Филатов Ю.В. Физические основы интегральной оптики. М.: Издательский центр «Академия», 2010. 432 с.Krenz G., Bux S. I., Slama S., Zimmerman C., Courteille P.W. Controlling mode locking in optical ring cavities // Appl. Phys. B. 2007. V. 87. P. 643–647.Krenz G., Bux S. I., Slama S., Zimmerman C., Courteille P.W. Controlling mode locking in optical ring cavities // Appl. Phys. B. 2007. V. 87. P. 643-647.Sudakov V.F. Asymptotic method for constructing a dynamic frequency response of a laser gyro // Quantum Electronics. 2016. V. 46(10). P. 961–965.Судаков В.Ф. Асимптотический метод построения динамической частотной характеристики лазерного гироскопа // Квантовая электроника. 2016. Т. 46(10). С. 675-682.Fedorov A.E., Zborovsky V.A., Rekunov D.A., Kurylev A.N. Digital laser giroscope with lock-in minimisation system// Proceedings of 23th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. St. Petersburg, CSRI Elektropribor, 2017. P. 463–468.Федоров А.Е., Зборовский В.А., Рекунов Д.А., Курылев А.Н. Цифровой лазерный гироскоп с системой минимизации зоны захвата // Материалы XXIV Санкт-Петербургской междунар. конф. по интегрированным навигационным системам. СПб.: ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2017. С. 349-355.Zhenfang Fan, Hui Luo, Guangfeng Lu, Shaomin Hu. Online effective backscattering estimation for ring laser gyro // Chinese Optics Lett. 2012. № 10(5). P. 051404-1–051404-3.Zhenfang Fan, Hui Luo, Guangfeng Lu, Shaomin Hu. Online effective backscattering estimation for ring laser gyro // Chinese Optics Lett. 2012. № 10(5). P. 051404-1-051404-3.Nasibov H., Mamedbeili I., Riza D., Balaban E., Hacizade F. High-precision measurements of reflectance, transmittance, and scattering at 632.8 nm // Proc. of SPIE. 2016. V. 8433. P. 843313-1–843313-8.Nasibov H., Mamedbeili I., Riza D., Balaban E., Hacizade F. High-precision measurements of reflectance, transmittance, and scattering at 632.8 nm // Proc. of SPIE. 2016. V. 8433. P. 843313-1-843313-8.Mazule L., Liukaityte S., Eckardt R. C., Melninkaitis A., Balachninaite O., Sirutkaitis V. A system for measuring surface roughness by total integrated scattering // J. Phys. D: Appl. Phys. 2011. V. 44. P. 1–9.Mazule L., Liukaityte S., Eckardt R. C., Melninkaitis A., Balachninaite O., Sirutkaitis V. A system for measuring surface roughness by total integrated scattering // J. Phys. D: Appl. Phys. 2011. V. 44. P. 1-9.Efremov А.А., Sorokin S.S., Zenkov S.M. Model-based design – the international standard of engineering developments [Electronic resource]. URL: https://matlab.ru/upload/resources/EDU%20Conf/pp%2040-43%20Sorokin.pdf. (in Russ).Ефремов А.А., Сорокин C.C., Зенков C.M. Модельно-ориентированное проектирование - международный стандарт инженерных разработок [Электронный ресурс]. URL: https://matlab.ru/upload/resources/EDU%20Conf/pp%2040-43%20Sorokin.pdf (дата обращения: 04.05.2018).Conway J., Watts St. A Software Engineering Approach to LabVIEW. Prentice Hall PTR, 2003. 222 p.Conway J., Watts St. A Software Engineering Approach to LabVIEW. Prentice Hall PTR, 2003. 222 p.Bessonov A.S., Makeev A.P., Petrukhin E.A. Measurements of complex coupling coefficients in a ring resonator of a laser gyroscope // Quantum Electronics. 2017. V. 47(7). P. 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.Petrukhin E.A. Prediction of the lock-in threshold value in a ring cavity of a laser gyro // Proceed. of 23th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. St. Petersburg, CSRI Elektropribor, 2016. P. 103-107.Петрухин Е.А. Прогнозирование порога захвата в кольцевом резонаторе лазерного гироскопа // Материалы XXIII Санкт-Петербургской междунар. конф. по интегрированным навигационным системам. СПб.: ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2016. С. 83-88.Azarova V.V., Golyaev Yu.D., Savelyev I.I. Zeeman laser gyroscopes // Quantum Electronics. 2015. V. 45(2). P. 171–179.Азарова В.В., Голяев Ю.Д., Савельев И.И. Зеемановские лазерные гироскопы Квантовая электроника. 2015. Т. 45 (2). С. 171-179.Baran E.D., LabVIEW FPGA. Reconfigurable, measuring and control systems, Moscow: DMK Press, 2009. 448 p. (in Russ).Баран Е.Д. LabVIEW FPGA. Реконфигурируемые, измерительные и управляющие системы. М.: ДМК Пресс, 2009. 448 с.Баран Е.Д. LabVIEW FPGA. Реконфигурируемые, измерительные и управляющие системы. М.: ДМК Пресс, 2009. 448 с.

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