Brevet FR2486247A1 — publié le 19820108

La présente invention concerne un capteur de vitesse de rotation réalisé à partir d'un laser en anneau compor- tant des miroirs de renvoi munis d'un revêtement multiple constitué par des couches diélectriques doubles. Dans le cas des lasers gyroscopiques, les trains d'ondes se déplaçant en des sens opposés dans le laser en anneau subissent une variation de fréquence en fonction de la vitesse angulaire. La fréquence du train d'ondes se dé- plaçant dans le sens de rotation est réduite, tandis que la fréquence du train d'ondes se déplaçant en sens opposé est accrue. La différence de fréquence Av est fournie par la relation Av = 4F (1) LX avec F = surface du laser en anneau: L = circonférence du laser en anneau. A = longueur d'onde w = vitesse angulaire. La difficulté importante, qui se présente dans le cas du laser gyroscopique, est ce qu'on appelle le "Lock-in- Effect", c'est-à-dire l'effet de captage. Selon cet effet, la différence de fréquence Av est nulle au-dessous d'une vitesse angulaire déterminée (de façon typique: 0,2-3o/s). La raison de l'existence de cette zone morte ou inactive réside dans la synchronisation de fréquence des deux trains d'ondes circulant en des sens opposés. Cet effet de synchro- nisation -également dénommé effet de verrouillage- est d'autant plus accusé que le degré du couplage entre les deux trains d'ondes dans le laser en anneau; est élevé. Le mécanisme de couplage à l'intérieur du laser en anneau. résulte de la rétrodiffusion sur les miroirs du laser et dans le milieu du laser. Sous l'effet d'une rétro- diffusion suivant la direction du train d'ondes circulant en sens opposé, une partie de l'énergie d'un train d'ondes est injectée par couplage dans l'autre train d'ondes. Pour la vitesse angulaire minimale wL' avec laquelle le laser gyroscopique doit être pivoté pour qu'il apparaisse un signal de sortie, on a la relation suivante cÀ.v L 32nFd v = coefficient de rétrodiffusion. De la formule (2), il ressort que la zone morte ou inactive d'un laser gyroscopique dépend de la grandeur du coefficient de rétrodiffusion v. Afin qu'un fonctionnement constant soit garanti dans un laser gyroscopique, il est nécessaire que les miroirs de renvoi possèdent une réflectivité extrêmement élevée. Il est nécessaire d'avoir une réflectivité minimale de 99,9 %. Dans le cas des miroirs connus de renvoi, cette réflectivité est atteinte grâce à un revêtement formé de 8 à 10 couches di- électriques doubles. Etant donné que la rétrodiffusion est provoquée en majeure partie par des centres de diffusion situés dans les couches diélectriques doubles des miroirs de renvoi, les effets de la rétrodiffusion sont d'autant plus accusés que la réflectivité des miroirs est accruec'est-à-dire que l'on prévoit un plus grand nombre de couches diélectriques doubles. La réflectivité des miroirs de renvoi et "l'effet de captage" sont par conséquent reliés directement l'un à l'autre. A ce sujet le brevet déposé aux Etats-Unis d'Améri- que sous le No. 3.851.973 décrit la construction de miroirs à haut pouvoir réfléchissant comportant un grand nombre de couches diélectriques, désignées dans ce document par les chiffres de référence 25a à 25f. Or, comme cela a été indi- qué ci-dessus, dans le cas des lasers en anneaux il importe d'obtenir pour les miroirs un pouvoir réfléchissant aussi élevé que possible devant se situer à une valeur supérieure à 99,9 %, ce qui peut être en effet obtenu en utilisant un grand nombre de couches diélectriques. L'efficacité des différentes couches diminue avec l'augmentation du nombre de ces couches. Mais on peut en principe obtenir une réflec- tivité de 99,99 % pour le rayonnement laser avec une longueur d'onde de 660 nanomètres. Un miroiren angle, qui est constitué avec un grand nombre de couches réfléchissantes diélectriques, présente par ailleurs l'inconvénient consistant en ce que le rayonne- ment est réfracté respectivement au niveau de la surface de contact de deux couches. De ce fait il apparait un rayonne- ment diffusé qui est d'autant plus intense que le nombre des couches diélectriques est important. Le rayonnement diffusé est responsable de ce qu'on, appelle la "zone de captage", c'est-à-dire la zone correspondant à de faibles vitesses angulaires et à l'intérieur de laquelle on n'obtient aucune indication fiable. En ce qui concerne la plage de captage, on pourra se reporter pour de plus amples explica- tions à la demande de brevet français No. 8.104.951. La présente invention a pour objet de réduire la rétrodiffusion des miroirs de renvoi et de limiter par con- séquent le seuil de captage et vise à obtenir la réflecti- vité requise de 99,99 % avec un nombre plus faible de cou- ches diélectriques. Ce problème est résolu conformément à l'invention grâce à l'utilisation d'une couche de base constituée en un métal fortement réfléchissant et non ferromagnétique pour les miroirs de renvoi. Comme couche de base on utilise de préférence de l'argent. Dans la pratique, dans le cas de l'utilisation d'une couche de base en argent fortement réfléchissante, on se contente de la moitié du nombre de couches diélectriques qui seraient nécessaires si l'on travaillait, de façon con- nue, uniquement avec des couches diélectriques déposées sur un substrat en verre ou analogue. Cela signifie simultané- ment une diminution de moitié du rayonnement diffusé et par conséquent une diminution de moitié de la plage de cap- tage et donc à nouveau une réduction des forces de polarisa- tion qui sont nécessaires pour obtenir des indications fia- bles également dans le cas de faibles vitesses de rotation. Par ailleurs le brevet déposé aux Etats-Unis d'Amérique sous le No. 3.851.973, déjà mentionné précédem- ment, a un tout autre objet, étant donné qu'il est relatif à la création d'une polarisation à l'aide d'une couche magnétique. Une telle couche magnétique peut être également prévue en liaison avec la présente invention, sans que toutefois cela soit nécessaire. D'autres types d'obtention d'une polarisation sont préférés, par exemple l'obtention d'une polarisation à l'aide d'une cellule de Faraday, ce qui toutefois est en dehors de l'objet de la présente invention. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illus- tré schématiquement au dessin annexé une forme de réalisa- tion de l'objet de l'invention. Comme le montre la figure, le miroir de renvoi com- porte un porte-miroir 1 qui peut être par exemple un subs- trat en verre quartzeux. Sur le porte-miroir on dépose par vaporisation une couche d'argent 2 fortement réfléchissante, dont la réflectivité est égale à 96 %. Pour obtenir la ré- flectivité minimale de 99,9 %, on dépose sur la couche d'ar- gent 2, selon une technique connue, des couches diélectri- ques doubles 3, 4 qui sont constituées par exemple par du ZnS et par du MgF2. Etant donné que l'on obtient déjà une réflectivité de base de 96 % grâce à la couche d'argent, il suffit d'utiliser 2 à 3 couches diélectriques doubles pour obtenir une réflectivité globale suffisamment élevée pour un laser en anneau. Etant donné que le miroir de renvoi ne nécessite qu'une couche de base en argent avec un nombre beaucoup moins élevé de couches diélectriques doubles qu'un miroir de renvoi usuel, qui comporte 8 à 10 couches doubles, la rétrodiffusion du miroir de renvoi est également nettement plus faible. Elle se situe à l'ordre de grandeur de 50 % de la rétrodiffusion des miroirs de renvoi connus. Une réduc- tion de moitié de la rétrodiffusion implique, conformément à la formule (2) une diminution de moitié du "seuil de captage" et par conséquent une amélioration du facteur 2 de la qualité du laser gyroscopique. En tant que porte-miroir 1, on peut prévoir également, à la place d'un substrat en verre quartzeux, une plaque d'argent massif possédant une surface fortement réfléchissan- te. Pour la couche fortement réfléchissante constituée en un matériau non ferromagnétique, on peut utiliser en tout premier lieu l'argent, étant donné que ce dernier possède la réflectivité maximum. Mais en principe on peut également utiliser des couches de base constituées par d'autres métaux non ferromagnétiques. REVENDICATIONS 1. Un capteur de vitesse de rotation réalisé à par- tir d'un laser en anneau (laser gyroscopique) comportant des miroirs de renvoi munis d'un revêtement multiple formé de couches diélectriques doubles (3, 4),caractérisé par l'utilisation d'une couche de base (2) constituée par un métal fortement réfléchissant et non ferromagnétique pour les miroirs de renvoi. 2. Capteur de vitesse de rotation selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que l'on utilise de l'argent comme couche de base (2).