Brevet FR2375577A1 — publié le 19780721

La présente invention concerne un interféromètre destiné à la mesure de déplacements, du type comportant des moyens pour faire interférer deux faisceaux de lumière distincts obtenus à partir d'une mame source de lumière; l'un de ces faisceaux étant d'abord réfléchi par miroir mobile, l'autre étant d'abord réflé chi par un miroir fixe, et un détecteur de lumière recevant les deux faisceaux en interférence. Dans le but de pouvoir détecter le sens du déplacement du miroir mobile, on a déjà proposé de polariser de façon rectiligne le faisceau de référence réfléchi par le miroir fixe et de polariser de façon circulaire le faisceau de mesure réfléchi par le miroir mobile Au moyen d'analyseurs dont les-axes sont à 450 de la direction de polarisation rectiligne du faisceau de référence, il est ainsi possible d'obtenir deux signaux de frange déphasés entre eux de #/2 -Néanmoins, ces signaux de frange obtenus présentent une valeur moyenne non nulle, qui est fonction des intensités des faisceaux en interférence Il en résulte que cette valeur moyenne va varier si ces intensités varientade sorte que la mise en forme des signaux périodiques obtenue n'est pas possible en utilisant un circuit à seuil classique,- L'invention remédie à cet inconvénient et a notamment pour but de réaliser un interféromètre -permettant d'obtenir deux signaux périodiques déphasés entre eux de #/2 et dont la valeur moyenne est nulle, quelles que soient les valeurs des intensités des faisceaux en interférence. Ce but est atteint conformément à l'invention du fait que des moyens sont prévus pour polariser circulairement chacun des faisceaux dans~des sens opposés tuque les deux faisceaux en interférence sont divisés (par un diviseur de faisceau) en trois faisceaux distincts dirigés chacun sur un détecteur -respectif et qu'un analyseur est interposé entre chaque détecteur et le diviseur, l'axe d'un premier.analyseur étant à 45 des axes des deux autres analyseurs, ces derniers axes étant orthogonaux entre eux. Ainsi, par une soustraction des signaux fournis par les trois détecteurs, il est possible d'obtenir deux signaux de frange déphasés entre eux de 2 et dont la valeur moyenne est toujours nulle. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés dans lesquels - La figure 1 représente schématiquement un interféromètre qui n'est pas muni du dispositif conforme à la présente invention - Les figures 2a, 2b et 2c représentent un diagramme des signaux obtenus à l'aide de l'interféromètre de la figure 1 - La figure 3 représente schématiquement un interféromètre selon un mode de réalisation de l'invention - La figure 4 est un schéma des dispositifs électroniques de traitement des signaux fournis par l'interféromètre de la figure 3 - Les figures 5a et 5b représentent un diagramme des signaux obtenus à l'aide de l'interféromètre de la figure 3 et des dispositifs de la figure 4. L'appareil représenté à la figure 1 comporte une source de lumière monochromatique 1 telle qu'un laser ; cette source 1 est en outre munie de moyens pour polariser de façon rectiligne la lumière, de sorte que le faisceau la, issu de la source 1, est polarisé de façon rectiligne. Le faisceau la est divisé, dans un diviseur 2 en un faisceau de mesure 3 dirigé vers un réflecteur mobile 4 et en un faisceau de référence 5 dirigé vers un réflecteur fixe 6. Le réflecteur 4 est mobile suivant la double flèche f. Les faisceaux de retour 3a et Sa issus respectivement des réflecteurs 4 et 6 atteignent le diviseur de faisceau 2, de sorte qu'une partie de ces faisceaux de retour 3a et 5a constitue un faisceau unique 7 en aval du plan semi-réfléchissant 2a du diviseur 2. Le faisceau 7 est réfléchi par le miroir 8 vers un second diviseur 9 d'où émergent un premier faisceau 10 dirigé sur un premier détecteur 11 et un second faisceau 12 dirigé sur un second détecteur 13. Les éléments 1,2,4 et 6 constituent un interféromètre de Michelson. Une lame biréfringente huitième d'onde la ese interposée sur le trajet des faisceaux 3 et 3a entre le diviseur 2 et le réflecteur mobile 4. Entre le diviseur 9 et chacun des détecteurs 11 et 13, on prévoit un analyseur, respectivement 15 et 16. Les axes - ou lignes neutres - orthogonaux de la lame 14 déterminent avec la direction de polarisation du faisceau la un angle de 450, Ainsi, le faisceau 3a en aval de la lame la est polarisé de façon circulaire Les axes des analyseurs 15 et 16 coîncident chacun avec un axe respectif de la lame 14. Ainsi, l'intensité de lumière reçue par les détecteurs li et 13 est de la forme I11 = a2+b2+2ab cos 2# 2D # I13 = a2+b2+2ab sin 2 #2D # où a et b sont les-amplitudes des ondes interférant au niveau desdits détecteurs 11,13, D est le déplacement du réflecteur mobile 4 parallèlement à la double flèche f à partir d'une position 4a telle que, pour cette dernière position, il n'existe aucune différence de -marche entre le trajet optique des faisceaux 3,3a et celui des faisceaux 5,5a, et où )\est la longueur dronde de la lumière émise par la source 1. Sur les figures 2a, 2b et 2c on a désigné par I11 et 113 les signaux émis par les détecteurs 11 et 13, et par Im la valeur moyenne de ces signaux. On a Im = a2+2b. Un dispositif électronique & seuil transforme les signaux sinusoîdaux détectés Il 13 en signaux carrFs,respectivement 17,18 dont les fronts coincident avec le passage de l'intensité I11,I13 par la valeur moyenne Im, le front de montée de ces signaux 17,18 étant obtenu lorsque l'intensité I11,I13 dépasse la valeur moyenne Im et leur front de descente lorsque cette intensité passe en dessous de cette valeur moyenne Im. La distance entre ces fronts correspond au quart de la longueur d'onde de la lumière émise par la source 1. Si l'intensité du faisceau la change dans le temps,ou si le réflecteur mobile 4 subit un déplacement transversal à la double flèche f, l'intensité moyenne Im va varier et sera différente de la valeur de seuil fixée précédemment. Lorsque cette variation est peu importante (cas de la figure 2b) le dispositif à seuil fonctionne toujours mais la distance entre les fronts de descente et de montée des signaux 17 et 18 n'est plus égale au quart de la longueur d'onde. Par contre, si cette variation est importante (cas de la figure 2c) la valeur maximale des intensités I11 et I12 peut être inférieure à la valeur du seuil fixée et les signaux carrés 17,18 disparaissent. La mesure est alors impossible. Pour remédier à cet inconvénient, on dispose entre le diviseur 2 et le réflecteur fixe 6 une deuxième lame huitième d'onde 19 interposée sur le trajet des faisceaux 5 et Sa. Les axes de cette deuxième lame 19 sont chacun orientés à 90 de l'axe homologue de la lame 14, de sorte que le faisceau Sa en aval de la lame 19 est polarisé circulairement dans le sens opposé à celui de la polarisation circulaire du faisceau 3a en aval de la lame 14. On prévoit de plus, dans le diviseur 9, un deuxième plan semi-réfléchissant 9b parallèle au plan semi-réfléchissant 9e, de sorte qu'un deuxième diviseur est réalisé pour diriger une partie du faisceau incident vers un troisième détecteur 20 rece vant le faisceau 27 dévié par le plån 9b. Entre le diviseur 9 et le détecteur 20, est interposé un troisième analyseur 22 dont l'axe est à 45 des axes des analyseurs 15 et 16. L'intensité de lumière reçue par les détecteurs 11,13 et 20 est de la forme I11= K1 (a2+b2+2ab sin #) I13 = K2 (a2+b2 - 2ab sin #) I20 = K3 (a2+b2+2ab cos #) Dans ces formules K1, K2 etK3 représentent les facteurs de transmissions dans chaque voie, et # = 2# ##. Comme le montre le schéma de la figure 4, les signaux fournis par les détecteurs il, 13- et 20 sont amplifiés dans des amplificateurs 23 : puis on forme dans le soustracteur 24, I11-I20 et, dans le soustracteur 25, I20-I13. Ces signaux I1 = I11-I20 et I2=I20-I13 sont de la forme I1=4ab sin #/4 sin (# -#/4) I2, = 4ab cos #/4 cos (# - #/4) On a représente sur les figures 5a et 5b ces signaux I1, 12 en fonction de D. On obtient donc bien deux signaux déphasés entre eux de #/2, ce qui permet de déterminer le sens du mouvement du réflec- teur 4 et, de plus, la valeur moyenne de ces signaux I1,I2 est nulle, ceci quelles que soient les valeurs de a et b. Par conséquent, en utilisant un circuit électronique de mise en forme 26 dont le seuil est au zéro, la détection des déplacements du réflecteur 4 sera possible meme si l'intensité des signaux varie, contrairement au dispositif de détection de la figure 1. D'autre part, un tel système permet d'augmenter la pr6- cision de la mesure car les signaux 27,28 obtenus après mise en forme des signaux I1, I2 sont parfaitement carrés et d6phasés entre eux de #/2 quelle que soit la valeur des intensités de chaque faisceau comme le montrent les figures Sa et 5b. Les signaux 27 et 28 fournis par les circuits de mise en forme 26 sont traités dans des dispositifs compteurs de frange 29 dont les signaux sont affichés dans le dispositif 30. REVENDICATIONS 1) Interféromètre destiné à la mesure de déplacements, du type comportant:des moyens pour faire interférer deux faisceaux de lumière distincts obtenus à partirzd'une même source de lumière, l'un de ces faisceaux étant d'abord réfléchi par un miroir mobile, l'autre étant d'abord réfléchi par un miroir fixe, et un détecteur de lumière recevant les deux faisceaux en interférence, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour polariser circulairement chacun des faisceaux dans des sens opposés, en ce que les deux faisceaux en interférence sont divisés par un diviseur de faisceau en trois faisceaux distincts dirigés chacun sur un détecteur respectif et en ce qu'un analyseur est interposé entre chaque détecteur et le diviseur, l'axe d'un premier analyseur étant à 450 des axes des deux autres analyseurs, ces derniers axes étant orthogonaux entre eux. 2) Interféromètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de lumière émet de la lumière polarisée de façon rectiligne et en ce que les moyens pour polariser circulairement les faisceaux sont constitués par une lame biréfringente huitième d'onde traversée à la fois par le faisceau incident et par le faisceau réfléchi. 3) Interféromètre selon l'une çelconque des revendica tions 1 et 2, caractérisé en ce que les signaux fournis par les détecteurs sont soustraits deux à deux de manière à obtenir deux signaux périodiques déphasés entre eux de 7r2 et dont la valeur moyenne est toujours nulle quelles que soient les valeurs des intensités des faisceaux en interférence.