Brevet FR2465200A1 — publié le 19810320

La présente invention concerne un procédé pour faire fonctionner un interféromètre en anneau en tant que détecteur de rotation, selon lequel l'interféromè- tre en anneau possède un guide d'ondes de lumière com- portant deux points de couplage au niveau desquels peut être injectée, par couplage, dans ledit guide d'ondes de lumière, une lumière qui se propage dans ledit guide d'ondes en direction de l'autre point de couplage et peut y être à nouveau extrait par découplage, et selon lequel les lumières extraites par découplage au niveau des deux points de couplage sont envoyées,en étant su- perposées,au moins à une surface réceptrice de lumière et selon lequel, en tant que mesure de la vitesse an- gulaire, on mesure l'intensité lumineuse intégrale des lumières superposées tombant sur la surface réceptrice de lumière, ladite intensité lumineuse variant avec la vitesse angulaire en fonction de différences de temps de propagation non réciproques dépendant de la vitesse angulaire provoquées par l'effet Sagnac - dans le guide d'ondes de lumière, ainsi qu'un interféromètre en anneau pour la mise en oeuvre de ce procédé. Des procédés du type indiqué plus haut ser- vent à détecter des rotations et à mesurer leur vi- tesse angulaire. Ils utilisent l'effet Sagnac relati- viste qui provoque des différences de temps de propaga- tion non réciproques qui sont proportionnelles à la vitesse angulaire. L'effet Sagnac agit pour tous les états de polarisation de la lumière utilisée. On me- sure des différences de temps de propagation et par conséquent une vitesse angulaire au moyen de l'intensité intégrale sur la surface réceptrice de lumière. Cette intensité intégrale est une fonction périodique de la vitesse angulaire et dépend assurément de la vitesse angulaire selon une fonction sinusoïdale quadratique. C'est en raison de ce fait que lors de la mesure de la vitesse angulaire pendant une période, on ne peut pas déterminer de façon précise le sens de rotation, c'est-à-dire le signe de la vitesse angulaire. - La présente invention a pour but de per- fectionner un procédé du type indiqué plus haut de manière à ce que également le sens de la rotation puisse être mesuré. Ce problème est résolu conformément à l'in- vention grâce au fait qu'on imprime à une lumière, qui est envoyée à travers le guide d'ondes de lumière,à la surface réceptrice de lumière, un déphasage non réciproque variant périodiquement, que l'intensité intégrale sur la surface réceptrice de lumière est convertie en un signal électrique correspondant et que ce signal électrique est envoyé à une entrée d'un re- dresseur sensible à la phase et qui est synchronisé avec un signal variant périodiquement qui correspond au déphasage variant périodiquement. Le signal déli- vré par le redresseur sensible à la phase contient l'information relative à la valeur de la vitesse an- gulaire et à son signe. Le déphasage non réciproque variant pério- diquement est produit de façon approprié de la façon suivante: ce déphasage est imposé au moyen de l'ef- fet Sagnac par des secousses périodiques correspondantes du guide d'ondes de lumière ou bien au moyen de l'ef- fet Faraday par un champ magnétique variant périodique- ment. Un interféromètre en anneau approprié pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention et com- portant un guide d'ondes de lumière enroulé possédant deux points de couplage au niveau desquels peut être in- jectée par couplage dans ledit guide d'ondes une lumière polarisée qui se propage dans ce guide d'ondes en direc- tion de l'autre point de couplage et peut y être à nouveau extraite par découplage, tandis que des lumières ex- traites par découplage au niveau des deux points de couplage sont envoyéesen étant superposées,à une surface réceptrice de lumière, se caractérise par le fait qu'il est prévu une bobine électrique dont le ou les enroulements enserrent le trajet d'une lu- mière qui est envoyée,à travers le guide d'ondes de lumière, à la surface réceptrice de lumière et qui est polarisée circulairement, et que la bobine est reliée à un générateur de courant alternatif. Dans le cas de cet interféromètre, le déphasa- ge non réciproque variant périodiquement est obtenu au moyen de l'effet Faraday. Deux formes de réalisation préférées de cet interféromètre en anneau ressortiront de la description donnée ci-après. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement aux dessins annexés deux for- mes de réalisation de l'objet de l'invention. La figure 1 représente schématiquement un interféromètre en anneau à l'aide duquel on peut met- tre en oeuvre le procédé proposé. La figure 2 montre une variante d'un inter- déromètre en anneau du type de celui de la figure 1. Sur les deux figures, l'interféromètre en anneau possède une source de lumière laser 5, un mi- roir semitransparent 2, un polariseur linéaire 61', deux systèmes optiques 7 et 7', le guide d'ondes de lumière 1, qui est constitué par une fibre conductri- ce de lumière monomode bobinée,en verre, dont les ex- trémités 11 et 11' constituent les points de couplage du guide d'ondes de lumière 1, et la surface récep- trice de lumière 4 qui est la surface photosensible d'un détecteur photosensible 17. La source de lumière 5 envoie, dans la direc- 2,652OO tion R, le faisceau de rayonnement laser 50 qui rencon- tre le miroir semitransparent incliné par rapport au- dit faisceau suivant un angle de par exemple 450C. Ce miroir 2 réfléchit une partie de la lumière sous la forme d'un faisceau de rayonnement partiel 51, perpen- diculairement par rapport à la direction R, tandis que l'autre partie de la lumière traverse le miroir 2 et se propage, derrière ce dernier, suivant la même di- rection que précédemment sous la forme d'un faisceau de rayonnement lumineux 51'. Sur l'un des trajets du rayonnement, par exemple sur le trajet du rayonnement 51', se trouve disposé un polariseur linéaire 61'. Les systèmes optiques 7 et 7' focalisent les faisceaux de rayonnement partiels considérés 51 et 51' sur l'ex- trémité considérée 11 ou 11' du guide d'ondes de lumiè- re 1 et servent de cette manière à l'injection par cou- plage des lumièresvéhiculées dans le faisceau de ra- yonnement partiel, dans le guide d'ondEe de lumière 1. La lumière injectée par couplage dans le gui- de d'ondes de lumière par l'intermédiaire d'une extré- mité respective 11 ou 11' se propage dans ce dernier en direction de l'autre extrémité respective 11' ou 11, o elle est à nouveau extraite par découplage et focalisée par le système optique 7' ou 7. Le faisceau de rayonnement lumineux 1101 extrait par découplage à l'extrémité 11 est dirigé essentiellement en sens inver- se du faisceau de rayonnement partiel incident 51 et tombe sur une face du miroir semitransparent. Le fais- ceau de rayonnement lumineux 110, extrait par découpla- ge au niveau de l'extrémité 11', est essentiellement di- rigé en sens opposé au faisceau de rayonnement partiel 51' et tombe sur l'autre face du miroir 2. Une partie du faisceau de rayonnement-lumineux ' extrait par découplage traverse le miroir 2 et se propage, derrière ce dernier, dans la même direction que précédemment, tandis que la partie restante du faisceau est réfléchie. Une partie du faisceau de rayonnement lumineux 110 extrait par découplage est réfléchie par le miroir 2 suivant la direction du faisceau de rayon- nement lumineux 110' extrait par découplage, tandis que la partie restante traverse le miroir 2 et se pro- page, derrière ce dernier, suivant la même direction que précédemment. La partie, qui a traversé le miroir 2, du faisceau de rayonnement partiel 110' et la par- tie, réfléchie par le miroir 2, du faisceau de rayon- nement lumineux 110, sont superposées et forment un faisceau de rayonnement lumineux 111 sortant du miroir. La surface réceptrice de lumière 4 est disposée sur le trajet de ce faisceau de rayonnement lumineux. Jus- que là on a décrit un interféromètre en anneau connu qui peut fonctionner en tant que détecteur de rotation. Pour pouvoir alors déterminer également le sens de rotation, c'est-à-dire le signe de la rotation, l'invention propose d'imposer à une lumière, qui est envoyée à la surface réceptrice de lumière à travers le guide d'ondesde lumière, un déphasage non réciproque variant périodiquement et d'envoyer le signal électri- que, produit par un ou par le détecteur photosensible et proportionnel à l'intensité intégrale sur la surface réceptrice de lumière 4, à une entrée 151 d'un redres- seur 15 sensible à la phase et qui est synchronisé avec un signal variant périodiquement qui correspond au déphasage variant périodiquement. Le déphasage variant périodiquement peut être appliqué au moyen de l'effet Sagnac par des secousses périodiques correspondantesdu guide d'ondes de lumière ou au moyen de l'effet Faraday par un champ magnétique variant périodiquement. Dans les exemples de réalisa- tion représentés sur les figures 1 et 2, c'est l'effet Faraday qui intervient. A cet effet dans le cas des deux exemples de réalisation, il est prévu une bobine électrique 6. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1 les enroulements de cette bobine 6 entourent le guide d'ondesde lumière 1 bobiné. Dans l'exemple de réalisation de la figure 2 les enroulements de la bobine 6 entourent un élément en verre ou plomb 60 qui est disposé sur le trajet du faisceau de rayonne- ment partiel 51'. La bobine 6 est reliée à un géné- rateur de courant alternatif 16 qui fait circuler dans la bobine un courant iw = iw CosC)1 t. Sur le généra- teur de courant alternatif 13 est également prélevée une tension alternative Uw = Uwo cos O)1t, qui est envoyée, en tant que signal de cadence, au redresseur sensible à la phase. Le signal présent à la sor- tie des signaux 152 du redresseur 15 sensible à la phase est intégré dans un intégrateur 16 et le signal délivré par l'intégrateur contient l'information rela- tive au sens de rotation et à la valeur de la vitesse angulaire. Etant donné que l'effet Faraday agit, dans le sens indiqué ci-dessus, uniquement dans le cas d'une lumière polarisée circulairement, la lumière, à laquelle doit être imprimé le déphasage non réci- proque variant périodiquement, doit être polarisée circulairement. Dans les deux exemples de réalisa- tion, pour produire la lumière polarisée circulaire- ment, il est prévu une plaquette quart d'onde > /4 62', qui est disposée entre le polariseur linéaire 61' et le système optique 7', dans le faisceau de rayonnement partiel 51'. Cette plaquette 62' con- vertit la lumière polarisée linéairement et provenant du polariseur linéaire en une lumière polarisée cir- culairement. Naturellement on pourrait également u- tiliser d'autres dispositifs pour produire une lu- mière polarisée circulairement. En général on dispose également dans l'autre faisceau de rayonnement partiel 51 un polariseur li- néaire et une plaquette /4, comme cela est repré- senté sur la figure 1. Ce polariseur linéaire est désigné par 61 et la plaquette ?'/4 est désignée par la référence 62. On peut naturellement se passer d'un pola- riseur linéaire 61, 61' lorsque la source de lumière émet une lumière déjà polarisée linéairement, comme c'est le cas d'une manière générale'pour les lasers. REVENDICATIONS 1) Procédé pour faire fonctionner un interfé- romètre en anneau en tant que détecteur de rotation, selon lequel l'interféromètre en anneau possède un guide d'ondesde lumière comportant deux points de cou- plage au niveau desquels'peut être injectée, par cou- plage, dans ledit guide d'ondesde lumière, une lumiè- re qui se propage dans ledit guide d'ondes en direction de l'autre point de couplage et peut y être à nouveau extrait par découplage, et selon lequel des lumières extraites par découplage au niveau des deux points de couplage sont envoyées,en-étant superposées,au moins à une surface réceptrice de lumière et selon lequel, en tant que mesure de la vitesse angulaire, on mesure l'intensité lumineuse intégrale des lumières superpo- sées tombant sur la surface réceptrice de -lumière, la- dite intensité lumineuse variant avec la vitesse an- gulaire en fonction de différences de temps de propa- gation non réciproques dépendant de la vitesse angulaire - provoquées par l'effet Sagnac - dans le guide d'ondes de lumière, caractérisé ppar le fait qu'un déphasage non réciproque à variation périodique est imprimé à une lumière qui est envoyée,à travers le guide d'ondes de lumière (1),à la surface réceptrice de lumière (4), que l'intensité intégrale sur la surface réceptrice de lumière (4) est convertie en un signal électrique correspondant et que ce signal électrique est envo- yé à une entrée d'un redresseur (15) sensible à la phase et qui est synchronisé avec un signal (UT) va- riant périodiquement et qui correspond au déphasage variant périodiquement. 2) Procédé suivant la revendication 1, caracté- risé par le fait que le déphasage non réciproque va- riant périodiquement est appliqué au moyen de l'effet Sagnac par des secousses périodiques correspondantes du guide d'ondes de lumière ou au moyen de l'effet Faraday par un champ magnétique variant périodiquement. 3) Interféromètre en anneau comportant un guide d'ondesde lumière bobiné qui possède deux points de couplage par l'intermédiaire desquels peut être injectée par couplage, dans le guide d'ondesde lumiè- re, une lumière polarisée qui se propage dans ce dernieren direction de l'autre point de couplage et peut être à cet endroit à nouveau extraite par dé- couplage, des lumières extraites par découplage au niveau des deux points de couplage étant envoyées,en étant superposées,à une surface réceptrice de lumière, notamment pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il est prévu une bobine électrique (6) dont le ou les enrou- lements entourent le trajet d'une lumière qui est en- voyée,à travers le guide d'onde de lumière (1),à la surface réceptrice de lumière (4) et qui est polarisée circulairement, et que la bobine (6) est reliée à un générateur de courant alternatif (13). 4) Interféromètre en anneau suivant la reven- dication 3, caractérisé par le fait que la bobine en- toure le guide d'ondes de lumière (1). ) Interféromètre en anneau suivant l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé par le fait que la bobine (6) entoure un organe en verre (60) qui est disposé sur le trajet de la lumière qui est envoyée, à travers le guide d'ondesde lumière,à la surface ré- ceptrice de lumière (4). 6) Interféromètre en anneau suivant la revendi- cation 5, caractérisé par le fait que l'organe en verre est constitué par du verre au plomb.