При слове гироскоп в памяти всплывает вращающийся волчок. Эта игрушка
является простейшим аналогом большого класса приборов, измеряющих
скорость и направление вращения. Для работы гироскопа не нужны внешние
ориентиры - звезды или магнитное поле Земли. Он может регистрировать
поворот, даже находясь в герметически закрытом ящике. Поэтому гироскоп
является важным навигационным прибором, позволяющим определять положение
в пространстве. Он незаменим при поддержании правильного курса самолетов
и кораблей.
Волчок - это прообраз механических гироскопов.'С появлением первых
лазеров зарождается идея создания лазерного гироскопа. В 1963 г.
американские ученые В. Мацек и Д. Дэвис впервые продемонстрировали его
работу. Сейчас лазерные гироскопы устанавливают на пассажирских
лайнерах, совершающих рейсы между континентами. И хотя чувствительность
приборов необычайно высока, не она
определяет преимущества лазерных гироскопов.
По сравнению с механическими лазерные гироскопы дешевле, надежней,
удобней в обращении, поскольку в них нет сложных вращающихся
механических узлов.
Существует два вида лазерных гироскопов. В основе одного лежит кольцевой
лазер, другого - волоконно-оптический. С волоконно-оптическим гироскопом
читатель познакомится в гл. 3, а сейчас остановимся подробней на работе
кольцевого лазерного гироскопа (рис. 16). Этот гироскоп имеет вид
цельного блока из кварца или ситалла, в котором по периметру просверлены
узкие каналы. Каналы заполняют гелий-неоновой смесью и герметизируют
зеркалами. Обычно стеклянный блок имеет квадратную форму и число зеркал
равно четырем. Но есть гироскопы в форме треугольника и шестиугольника,
и количество зеркал у них соответственно равно трем или шести.
Электрический ток между катодом и двумя анодами возбуждает атомы газа и
заставляет их излучать свет. По замкнутому контуру навстречу друг другу
распространяются два световых потока.
Кольцевой лазерный гироскоп имеет форму многоугольника, однако его
действие легче понять на примере идеального кольца, на котором
неподвижно закреплен излучатель света (рис. 17, а). Излучатель испускает
одновременно два потока: один движется внутри кольца по часовой стрелке,
другой - против. Если кольцо не вращается, то оба потока вернутся в
точку испускания в одно и то же время. Иная картина будет, если кольцо
вращается, скажем, против часовой стрелки (рис. 17, б). Испустив свет,
излучатель вместе с кольцом поворачивается. Тогда поток, бегущий
навстречу ему, встретит его раньше, чем поток, распространяющийся в
противоположном направлении, так как они проходят пути разной длины.
Разница во времени их прихода прямо пропорциональна скорости вращения
кольца. Этот эффект впервые наблюдал в 1913 г. Жорж Саньяк.
Подобные явления происходят и в кольцевом лазере (см. рис. 16). Одно из
его зеркал частично пропускает свет. Через него встречные потоки
устремляются наружу. Их совмещают в пространстве призмой. Если на пути
лучей поставить экран, можно увидеть чередующиеся темные и светлые
полосы. Это - интерференционная картина. Когда гироскоп не вращается,
картина остается неподвижной. Если, например, самолет с гироскопом на
борту делает вираж, интерференционные полосы начинают <бежать> и тем
быстрей, чем больше скорость вращения. С помощью фотоприемника
регистрируют частоту прохождения темных и светлых полос. Эти данные
поступают в вычислительную машину, которая обработав их, выдает
информацию о скорости вращения. Лазерный гироскоп может измерять угловые
скорости вращения в большом диапазоне: от Ю-2 до 107 град/ч, при этом
относительная погрешность его не превышает 10-6 степени .