Brevet FR2496893A1 — publié le 19820625

La présente invention concerne un interféromètre à anneau, compre- nant une source lumineuse, un dispositif dédoublant le faisceau, un trajet optique, qui entoure une ou plusieurs fois une surface et dont les deux extrémités débouchent dans le dispositif dédoubleur, et un photodétecteur; et dans lequel la lumière émise par la source est cou- plée par le dispositif dédoubleur aux deux extrémités du trajet optique, traverse ce dernier dans les deux sens, est ainsi de nouveau réunie et interfère, puis est transmise au photodétecteur qui la décèle. Un tel interféromètre à anneau est décrit dans la demande de brevet déposée par la Demanderesse en République fédérale d'Allemagne sous le n0 P 30 06 580.6, le 22 février 1980; il présente l'incon- vénient d'exiger par exemple un dispositif pour la régulation de la direction de polarisation de la lumière employée. De tels dispositifs, qui augmentent la sensibilité de mesure, représentent un appareillage important. L'invention a pour objet un interféromètre à anneau du type pré- cité, dans lequel une dépolarisation de la lumière injectée est obtenue par des moyens simples. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, deux divi- seurs de faisceau au moins constituent le dispositif dédoubleur; et au moins un dispositif dépolarisant la lumière est inséré dans le trajet optique et/ou entre les diviseurs de faisceau. Un avantage de l'invention réside dans le fait que l'interféro- mètre à anneau est pratiquement insensible à des déphasages non- réciproques de la lumière, produits par des influences perturbatrices et non par le déphasage de Sagnac à mesurer. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'un exemple de réalisation, dont la figure unique représente le schéma. La figure représente un interféromètre à anneau destiné à la mesure de rotations absolues par application de l'effet Sagnac, un diviseur de faisceau optique T1 injectant la lumière émise par une source Q suivant les deux sens de circulation dans un trajet optique L entourant une ou plusieurs fois une surface F, une fibre optique par exemple. La lumière sortant du trajet optique L interfère dans un des diviseurs de faisceau T1, T2, puis la lumière obtenue est trans- mise à un photodétecteur D. Le signal de sortie (électrique) de ce dernier permet d'obtenir la phase de Sagnac et la vitesse de rota- tion absolue à mesurer. Afin de réduire les influences perturbatrices sur la vitesse de rotation à mesurer, un dispositif de régulation de polarisation a été proposé dans la demande de brevet déposée par la Demanderesse en République fédérale d'Allemagne sous le n' P 29 34 794.2, le 29 août 1979. Un tel dispositif exigeant un appareillage important, la demande n' P 30 06 580.6 précitée propose d'utiliser sur le trajet optique L une lumière dépolarisée, produite par des fibres optiques biréfrin- gentes. La production de fibres optiques présentant la biréfringence nécessaire impose toutefois un appareillage très important. Afin d'obtenir un trajet optique L dépolariseur même avec des fibres optiques ne présentant pas une biréfringence déterminée, et selon une autre caractéristique de l'invention, un dépolariseur DP2 est inséré dans le trajet optique L et peut être constitué par des organes optiques discrets. Une lumière ainsi dépolarisée permet par exemple de rendre l'interféromètre à anneau insensible aux déphasages non-réciproques de la lumière ne résultant pas du déphasage de Sagnac. Les déphasages nonréciproques, que produit par exemple un champ magnétique extérieur par suite de l'effet Faraday, dépendent de la polarisation. Lorsqu'une lumière dépolarisée est par suite injectée dans le trajet optique L, tous les états de polarisation sont également représentés et les dépha- sages non-réciproques dus à l'effet Faraday se compensent. Selon une autre caractéristique de l'invention, la lumière dépolarisée est produite par insertion d'un second dépolariseur DP1 entre les divi- seurs de faisceau optiques T1, T2. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le trajet optique L est constitué par une fibre optique monomode, qui transmet toutefois aussi l'onde fondamentale de la lumière avec ses deux directions orthogonales de polarisation. Afin d'assurer néanmoins une détermination fiable de la vitesse de rotation, et selon une autre caractéristique de l'invention, un polariseur non représenté est inséré entre les diviseurs de faisceau T1 et T2P sur la marche commune des faisceaux source lumineuse Q- trajet optique L et trajet optique L-détecteur de phase D. Ce polari- seur se comporte, en liaison avec la fibre monomode, comme un filtre monochromatique: cf. par exemple les demandes de brevet déposées en République fédérale d'Allemagne sous le n0 P 29 06 870 par la Max- Planck-Gesellschaft zur Fôrderung der Wissenschaften e.V., le 22 février 1979, le numéro P 29 34 794.2 par la Demanderesse, le 29 août 1979 et le n0 P 29 41 718.0 par la Demanderesse, le 13 octobre 1979. Afin de produire néanmoins une lumière dépolarisée sur le trajet opti- que L, il convient de disposer le polariseur entre le dépolariseur DP1et le diviseur de faisceau T2. Des exemples de réalisation de dépolariseurs sont décrits ci- dessous. Dans le cas de sources de lumière relativement cohérente, telles que des diodes électroluminescentes, des trajets optiques biréfringents permettent de réaliser des dispositifs dépolariseurs. De tels trajets optiques biréfringents présentent pour la lumière deux ondes naturel- les, a polarisation orthogonale, ayant des temps de propagation dif- férents dans le dispositif. Soit At la différence de temps de propa- gation de ces deux ondes naturelles de la lumière; il est possible de réaliser des polariseurs et dépolariseurs quand LT est supérieure à la durée de-cohérence T de la lumière émise par la source Q. La durée de cohérence est définie par Tc = 1/(2irAf), Af étant la largeur spec- trale de la lumière émise par la source, rapportée à sa fréquence d'émission. Un dépolariseur est par exemple réalisable quand la lumière émise par la source Q excite également les deux ondes natu- relles du trajet optique biréfringent. Un trajet optique biréfringent, excité par des ondes naturelles de la lumière a polarisation linéaire par exemple, se comporte en dépolariseur quand la lumière injectée présente une polarisation linéaire et un angle de polarisation d'envi- ron 450 par rapport aux axes principaux du trajet optique biréfringent, ou quand la lumière injectée présente une polarisation circulaire. Des réalisations de trajets optiques dépolariseurs en fibres optiques sont proposées par la demande de brevet déposée par la Demanderesse en République fédérale d'Allemagne sous le n0 P 30 06 580.6, le 22 février 1980. Des trajets optiques dépolariseurs sont avantageusement réalisables aussi à l'aide de cristaux biréfringents. Afin d'obtenir un signal de sortie dépolarisé à partir d'une polari- sation d'entrée quelconque de la lumière, on utilise par exemple deux trajets optiques biréfringents linéaires successifs, dont les axes optiques principaux sont décalés d'environ 450 à leur point de rac- cordement. Les lasers à semiconducteurs à ondes multiples et les diodes électroluminescentes super-rayonnante ont une largeur d'émission de 1 à 10 THz, correspondant à une durée de cohérence de 0,015 à 0,15 ps. Les dépolariseurs actuellement disponibles sont par exemple cons- titués par deux lames successives de spath d'Irlande, décalées de et ayant chacune une épaisseur de 4 ou 2 mm. Les deux ondes naturelles à polarisation orthogonale présentent dans les deux lames une différence de temps de propagation AT de l'ordre de 1 ps au minimum, de sorte que l'action dépolarisatrice est assurée. Même une dépolarisation incomplète de la lumière présente déjà des avantages notables par rapport aux dispositifs ne comportant aucun dépolariseur. Les dépolariseurs employés dans des interféro- mètres à anneau doivent dépolariser à environ 50 % au moins, c'est-à- dire que la puissance lumineuse ne doit pas fluctuer de plus de 50 % quand un polariseur quelconque est disposé sous forme d'analyseur derrière le dépolariseur et le plan de polarisation est modifié. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1. Interféromètre à anneau, comprenant une source lumineuse (Q), un dispositif dédoublant le faisceau, un trajet optique (L), qui entoure une ou plusieurs fois une surface (F) et dont les deux extré- mités débouchent dans le dispositif dédoubleur, et un photodétec- teur (D) ; et dans lequel la lumière émise par la source (Q) est couplée par le dispositif dédoubleur (T) aux deux extrémités du trajet optique (L), traverse ce dernier dans les deux sens, est ainsi de nouveau réunie, puis est transmise au photodétecteur (D) qui la décèle, ledit interféromètre étant caractérisé en ce que deux divi- seurs de fréquence(T1, T2) au moins constituent le dispositif dédoubleur; et au moins un dispositif dépolarisant la lumière (DP1, DP2) est inéré dans le trajet optique (L) et/ou entre les diviseurs de faisceau (T1, T2). 2. Interféromètre à anneau selon revendication 1, caractérisé en ce qu'une fibre optique monomode constitue le trajet optique (L). 3. Interféromètre à anneau selon une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'un polariseur est disposé entre deux diviseurs de fréquence (T1, T2) au moins, ou entre un dépolariseur (DP1) dis- posé entre les diviseurs de faisceau (T1, T2) et un de ces derniers (T2). 4. Interféromètre à anneau selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un dépolariseur (DP1, DP2) au moins est constitué par au moins un trajet optique biréfringent. 5. Interféromètre à anneau selon revendication 4, caractérisé en ce qu'un dépolariseur (DP1, DP2) au moins est constitué par le montage en série optique d'organes biréfringents, dont les deux ondes natu- relles de la lumière présentent une différence de temps de propaga- tion supérieure à la durée de cohérence de la lumière émise par la source (Q). 6. Interféromètre à anneau selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'un dépolariseur (DP1, DP2) au moins est réalisé par utilisation d'un matériau biréfringent. 7. Interféromètre à anneau selon revendication 6, caractérisé en ce que le matériau est constitué par au moins un cristal biréfringent. 8. Interféromètre à anneau selon une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'un dépolariseur (DP1, DP2) au moins est constitué par au moins deux trajets optiques biréfringents linéaires, montés en série optique et dont les axes principaux sont décalés d'environ 45 au point de raccordement desdits trajets optiques. 9. Interféromètre à anneau selon une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par au moins un dépolariseur (DP1) et au moins un polariseur, de façon que la lumière émise par la source (Q) soit dépolarisée a 50 % au minimum après son passage dans la polariseur, puis le dépolariseur (DP1).