Brevet FR2465204A1 — publié le 19810320

La présente invention concerne un interféro- mètre en anneau comportant une source de lumière et un guide d'ondes de lumière, qui possède deux points de couplage séparés l'un de l'autre et au niveau des- quels une lumière provenant de la source de lumière peut être injectée par couplage dans le guide d'ondes de lumière, peut être guidée dans ce dernier en di- rection de l'autre point de couplage respectif et peut y être à nouveau extraite par découplage, les lumières extraites par découplage au niveau des deux points de couplage étant envoyéesen étant superpo- sées,à une surface réceptrice de lumière. Les interféromètres en anneau du type indi- qué plus haut servent par exemple à détecter des ro- tations et à mesurer leur vitesse angulaire. Ils utilisent l'effet Sagnac relativiste qui provoque des différences de temps de propagation non récipro- ques qui sont proportionnelles à la vitesse angulaire. Ceci est valable pour tous les états de polarisation. On mesure des différences de temps de propagation et par conséquent la vitesse angulaire au moyen de l'in- tensité intégrale sur la surface réceptrice de lumière. Mais il faut insister sur le fait que ceci n'est qu'un exemple et que des interféromètres en anneau du type indiqué plus haut peuvent être utilisés ou sont utili- sés également dans d'autres buts. Dans de tels interféromètres en anneau, une partie de la lumière devant être injectée par couplage au niveau d'un point de couplage est réfléchie ou renvoyée par diffusion, c'est-à-dire rejetée. Cette partie rejetée se superpose à la lumière qui est ex- traite par découplage hors du guide d'ondes de lumière au niveau de ce point de couplage. Ladite partie de lumière se propage avec la lumière extraite par dé- couplage, en tant que lumière parasite, en direction de la surface réceptrice de lumière. Une telle lumière parasite apparaît au niveau des deux points de couplage et interfère dans la zone de superposition, ce qui altère ou fausse l'intensité de la surface réceptrice de lumière. Dans l'utilisa- tion, donnée à titre d'exemple, d'un tel interféromètre en anneau en tant que détecteur de rotation, des rota- tions sont simulées de cette façon. La présente invention a donc pour but de perfectionner un interféromètre en anneau du type in- diqué plus haut de manière que l'influence falsifica- trice de la lumière parasite interférente puisse être éliminée. Ce problème est résolu conformément à l'in- vention grâce au fait que la source de lumière est cons- tituée par une source de lumière impulsionnelle qui produit une suite d'impulsions lumineuses, et que la durée d'une impulsion lumineuse individuelle, l'interval- le de temps entre deux impulsions lumineuses successi- ves et une longueur prédéterminée des guides d'ondes de lumière entre les points de couplage sont accordés les uns aux autres de telle manière que la durée d'une impulsion est inférieure et l'intervalle de temps en- tre impulsions est supérieur à la durée qui est néces- saire à la lumière pour parcourir la longueur prédéter- minée dans le guide d'ondes de lumière. Dans une forme de réalisation préférée, la longueur prédéterminée correspond à la longueur totale du guide d'ondes de lumière. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé une forme de réalisation de l'objet de l'invention. La figure représente de façon schématique la constitution d'un interféromètre en anneau donnée -3.5 à titre d'exemple. L'interféromètre en anneau représenté sur la figure comprend la source de lumière 'cohérente- impulsionnelle 5, par exemple une source de lumière laser pulsé, deux miroirs semitransparents 3 et 2, deux polariseurs linéaires 61 et 62, deux systèmes optiques 71 et 72, le guide d'ondes de lumière 1 qui est constitué par exemple par une fibre de verre mono- mode enroulée pour former une bobine et qui possède les deux faces frontales 11 et 12 en tant que points de couplage, et deux surfaces réceptrices de lumière 41 et 42 qui peuvent être par exemple les surfaces photosensibles de détecteurs photosensibles 81. et 82. La source de lumière impulsionnelle 5 envoie, dans la direction R, des impulsions de lumière I sous la forme d'un faisceau de rayonnement laser 50, y rencontre tout d'abord le miroir semitreansparent 3 incliné par rapport audit faisceau en faisant un an- gle de par exemple 45 . Le miroir 3 réfléchit plus particulièrement une partie de la lumière laser sous la forme d'un faisceau de rayonnement partiel 50", qui tombe sur un absorbeur de lumière 18. Le faisceau de rayonnement laser 50" affaibli, qui a traversé le miroir 3, tombe sur le miroir semitransparent 2 incli- né également par exemple de l'angle de 450 par rapport audit faisceau et qui, comme le miroir 3, réfléchit une partie de la lumière sous la forme d'un faisceau de rayonnement partiel 52 à angle droit par rapport à la direction R, tandis que l'autre partie de la lumière traverse le miroir 2 et continue à se propager ensuite sous la forme d'un faisceau de rayonnement lumineux 51 suivant la direction R. Sur le trajet du faisceau de rayonnement partiel transmis et du faisceau de rayonne- ment partiel réfléchi sont disposés les polariseurs li- néaires 61 et 62, les systèmes optiques 71 et 72 et les faces frontales 11 et 12 du guide d'ondes de lumière 1. Le système optique 71 ou 72 focalise le faisceau de rayonnement partiel considéré 51 ou 52 sur la face frontale considérée 11 ou 12 du guide d'ondes de lumière 1 et sert à injecter par couplage la lumière polarisée dans le guide d'ondes, de lumière 1. La lumière injectée par couplage par l'in- termédiaire d'une face frontale 11 ou 12 dans le gui- de d'ondes de lumière 1 traverse ce dernier et est à nouveau extraite par découplage au niveau de l'autre face frontale 12 ou 11 et est focalisée par le systè- me optique 72 ou 71. Le faisceau de rayonnement lumineux 112 fo- calisé, extrait par découplage au niveau de la face frontale 11, parcourt en sens opposé le trajet lumi- neux parcouru par le faisceau de rayonnement partiel incident 51 et rencontre le miroir semitransparent 2 sur l'une de ses faces. Le faisceau de rayonnement lumineux 112 focalisé, extrait par découplage au ni- veau de la face frontale 12, parcourt en sens inver- se le trajet lumineux parcouru par le faisceau de rayonnement 52 et rencontre le miroir 2 au niveau de son autre face située à l'opposé de sa première face. Une partie du faisceau de rayonnement lu- mineux extrait par découplage traverse le miroir 2 et se propage, au-delà, dans la même direction que pré- cédemment, tandis qu'une partie restante de rayonnement est réfléchie dans une direction perpendiculaire à la direction R par le miroir 2. Il en va de même pour le faisceau de rayonnement lumineux 111 extrait par découplage. Une partie de ce faisceau traverse le miroir 2 et se propage, derrière ce dernier, dans la même direction que précédemment tandis que la partie restante du rayonnement est réfléchie en direction du faisceau de rayonnement 112 extrait par découplage. Par conséquent,à partir d'une surface du miroir 2 part, dans la direction opposée à la direc- tion R, un faisceau de rayonnement lumineux 113 dans lequel la partie, ayant traversé le miroir 2, du faisceau de rayonnement lumineux 112 extrait par découplage et la partie réfléchie du faisceau de ra- yonnement lumineux 111 extrait par découplage sont superposées.Des l'autre face du miroir part un faisceau de rayonnement lumineux 114 dans lequel la partie transmise du faisceau de rayonnement lumineux 111 ex- trait par découplage et la partie réfléchie du fais- ceau de rayonnement lumineux 112 extrait par décou- plage sont superposées. La surface réceptrice de lumière 41 est dis- posée sur le trajet du faisceau de rayonnement lumineux 114. Le faisceau de rayonnement lumineux 113 tombe sur le miroir semitransparent 3 qui réfléchit une partie 113' de ce faisceau de rayonnement lumineux. L'autre surface réceptrice de lumière est disposée sur le tra- jet du rayonnement de ce faisceau de rayonnement lumi- neux 113' réfléchi. Une partie de la lumière devant être injec- tée par couplage est rejetée au niveau de la face fron- tale 11 ou 12 du guide d'ondes de lumière 1, en raison de la discontinuité ou du saut de l'indice de réfrac- tion, présent à cet endroit, et cette partie de lumiè- re emprunte le même trajet lumineux que la lumière extraite par découplage et interfère dans la zone de superposition dans laquelle les deux lumières extrai- tes par découplage sont superposées, avec l'autre lu- mière, ce qui a pour effet que l'intensité sur la surface réceptrice de lumière est faussée ou peut être faussée. Afin d'éliminer de telles perturbations dues à une lumière parasite interférante, 1'invention pré- voit que la source de lumière est constituée par une 2 4 6 4 source de lumière impulsionnelle 5 qui produit une suite d'impulsions lumineuses et que la durée d'une impulsion lumineuse individuelle, l'intervalle de temps entre deux impulsions lumineuses successives et une longueur prédéterminée du guide d'ondes de lumière entre les points de couplage sont accordés les uns aux autres de telle manière que la durée d'im- pulsions est inférieure et l'intervalle de temps en- tre impulsions est supérieur à la durée que nécessite la lumière pour parcourir la longueur prédéterminée dans le guide d'ondes de lumière. Pour des explications plus détaillées, on va donner un exemple pratique. Comme source de lumiè- re on utilise un laser à semiconducteurs qui fonction- ne avec une fréquence d'impulsions de un kHz et délivre des impulsions lumineuses d'une durée de 50 ns. La longueur prédéterminée est égale à environ 1 km et cor- respond à la longueur du guide d'ondes de lumière. Le guide d'ondes de lumière est un guide d'ondes de lumiè- re monomode et est constitué par une fibre de verre à coeur et gaine. Pour ces données, la durée des impulsions est donc égale à 50 ns, l'intervalle dans le temps entre impulsions est égal à environ 1 ms, tandis que le temps de parcours de la lumière dans le guide d'ondes de lumière d'un point de couplage à l'autre est égal à quelques microsecondes. Cela signifie qu'une impulsion de lumière pa- rasite, qui apparalt en premier lieu au niveau d'un point de couplage, atteint une surface réceptrice de lumière quelques microsecondes avant l'impulsion de lumière utile qui parcourt le guide d'ondes de lu- mière et qui est extraite par découplage au niveau de ce point de couplage. De cette manière la lumière pa- rasite et la lumière utile sont totalement séparées r4 t - - n l'une de l'autre et l'impulsion de lumière parasite peut être éliminée par exemple au moyen d'un circuit de porte. Mais une lumière parasite apparais- sant à l'intérieur du guide d'ondes de lumière peutaussi être totalement séparée et éliminée au moyen du dispo- sitif proposé. Seule la lumière parasite qui appa- ratt dans une zone déterminée du guide d'ondes, vers le milieu de ce dernier, ne peut pas être éliminée. Ceci est dû au fait qu'environ la moitié du temps de par-ours se passe jusqu'à ce que la lumière injectée par couplage au niveau d'un point de couplage par- vienne à cette zone du guide d'ondes vers son mi- lieu, la lumière parasite n'apparaissant qu.'à ce moment, par e- xemple en un point de diffusion. La lumière para- site apparaît par conséquent à un instant pour le- quel également la lumière utile atteint la zone du guide d'ondes, vers le milieu de ce dernier. Par con- séquent l'impulsion de la lumière parasite et l'impul- sion de la lumière utile sont très proches l'une de l'autre dans le temps ou même sont superposées. Lors- que l'impulsion de lumière parasite et l'impulsion de lumière utile sont trop proches l'une de l'autre dans le temps ou même sont superposées, une séparation des deux impulsions de lumière n'est plus possible. La composante de lumière parasite qui apparaît dans la zone du guide d'ondes, vers le milieu de ce dernier, est cependant négligeable par rapport à la totalité de la lumière parasite qui apparaît et n'est en définitive pas gênante. Etant donné que le temps de-parcours d'une impulsion de lumière utile depuis la source de lu- mière jusqu'à la surface réceptrice de lumière peut être mesuré aisément et que les impulsions lumineuses parasites se situent entre les impulsions de lumière u- c"! 2C4 tile -, lesdites impulsions de lumière parasites peu- vent être éliminées de façon simple grâce au fait qu'en série et en aval d'un détecteur 80 ou 82 est monté un circuit de porte Tl ou T2 qui est commandé- par exemple par la source de lumière par l'intermé- diaire d'une ligne à retard, et qu'après la retombée d'une impulsion de lumière parasite individuelle se situent avant l'impulsion de lumière utile suivante, un cir- cuit de porte est ouvert alors qu'avant. l'apparition de l'impulsion de lumière parasite suivante, ce circuit de porte est à nouveau verrouillé. Grâce au circuit de porte, seules passent des impulsions qui émanent d'une impulsion de lumière utile. Par exemple le circuit de porte peut être un organe ET comportant deux entrées dont l'une est reliée à une sortie du détecteur et dont l'autre est reliée à une sortie de déclenchement de la source de lumière. On notera que, indépendamment des conditions, qui ont été indiquées ci-dessus et relatives à l'inven- tion, la constitution particulière de l'interféromètre en anneau n'est pas restrictive., Ainsi, on peut par exemple utiliser, à la place du miroir semitransparent 2, n'importe quel autre dispositif optique à quatre portes possédant les mêmes propriétés caractéristiques. Ainsi,le miroir semitransparent 2 peut être remplacé par un coupleur optique directionnel du type qui a été proposé par exemple dans la demande antérieure de bre- vet allemand déposée sous le numéro provisoire P 2804 119.2. De même, les possibilités de mise en oeuvre de l'interféromètre en anneau ne sont pas limitatives. Ain- si,il peut par exemple être utilisé également dans des buts de mesures, pour lesquelles une lumière polarisée n'est pas nécessaire. Dans le cas du présent exemple, les polariseurs 61 et 62 peuvent être supprimés. Mais on notera que l'utilisation de polari- seurs est appropriée étant donné que de ce fait une partie importante de la lumière parasite est d'elle- même déjà souvent éliminée par filtrage, et ce lors- qu'on procède à une dépolarisation. REVENDICATIONS 1) Interféromètre en anneau comportant une source de lumière et un guide d'ondes de lumière qui possède deux points de couplage séparés l'un de l'autre et au niveau desquels une lumière provenant de la source de lumière peut être injectée par couplage dans le guide d'ondes de lumière, peut être guidée dans ce dernier en direction de l'autre point de couplage et peut y être à nouveau extraite par découplage, les lu- mières extraites par découplage au niveau des deux points de couplage étant envoyées en étant superposées, à une surface réceptrice de lumière, caractérisé par le fait que la source de lumière (5) est une source de lumière impulsionnelle qui produit une suite d'im- pulsions lumineuses, et que la durée (t) d'une impulsion lumineuse individuelle, l'intervalle de temps (T) en- tre deux impulsions lumineuses successives et une lon- gueur prédéterminée du guide d'ondes de lumière (1) en- tre les points de couplage (11, 12) sont accordés les uns aux autres de telle manière que la durée (t) des impulsions.est inférieure et l'intervalle de temps (T) entre impulsions est supérieur à la durée que né- cessite la lumière pour parcourir la longueur prédéter- minée dans le guide d'ondes de lumière (1). 2) Interféromètre en anneau suivant la reven- dication 1, caractérisé par le fait que la longueur prédéterminée correspond à la longueur totale du guide d'ondes de lumière (1).