Brevet FR2593650A1 — publié le 19870731

259365O Les lasers en anneau sont utilisés fondamentalement, mais non exclusivement, comme capteurs de vitesse angulaire dans les applications à la navigation par inertie. Fondamentalement un laser en anneau comprend deux faisceaux laser qui se propagent en directions opposées le long du même chemin en circuit fermé. Le chemin a généralement une forme triangulaire. Les vitesses de rotation autour d'un axe perpendiculaire au plan de la cavité résonante du laser en anneau sont mesurées en détectant la fréquence du battement qui se produit à cause d'une différence de fréquences entre les faisceaux contrarotatifs produits par la rotation. Une forme communément utilisée de laser en anneau conçue pour cette utilisation est décrite dans le brevet US No 3.390.606 et son équivalent britannique No 1.142.962. Le laser en anneau qui y est illustré comprend un bloc solide de matériau diélectrique dans lequel trois passages ont été formés pour créer un passage triangulaire à travers le bloc. Les points d'intersection des paires de passages sont munis de miroirs, et l'un des miroirs fait aussi partie des moyens de détection. Les passages sont remplis d'un gaz ou d'un mélange de gaz adéquats et on provoque une décharge électrique dans le gaz entre des électrodes, anode et cathode, qui plongent dans le gaz du laser,* Un tel dispositif pour produire une décharge électrique dans le gaz entraîne un certain nombre de désavantages. L'un d'entre eux est la nécessité d'avoir une alimentation d'excitation produisant une tension continue de fonctionnement comprise entre 500 et 1000 volts, avec une tension d'amorçage pouvant atteindre 3000 volts. Une telle alimentation est nécessairement de grandes dimensions. De plus la présence des électrodes, anode et cathode, provoque des effets de crachement et de turbulence dans le gaz. D'autres problèmes se posent encore. L'un des buts de la présente invention est de fournir un laser en anneau dans lequel cns problèmes sont évités. Selon la présente invention on fournit un laser en anneau comprenant un bloc de matériau diélectrique dans lequel on a formé au moins un passage définissant un chemin polygonal fermé situé dans un plan intérieur au bloc, un milieu gazeux actif contenu dans ce passage, et deux électrodes disposées à l'extérieur du passage, parallèles à une partie au moins de ce passage et situées sur ses côtés opposés, ces électrodes étant, en fonctionnement, couplées capacitivement au milieu gazeux actif par le matériau diélectrique, provoquant l'effet laser dans le milieu gazeux actif en y produisant une décharge électrique transverse à la direction du passage par l'application d'une tension alternative à haute fréquence entre les deux électrodes. On va maintenant décrire l'invention en faisant référence aux dessins Joints, dans lesquels: la figure 1 montre une vue en plan simplifiée d'un laser en anneau selon un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 2 montre une vue latérale, avec coupe partielle, du laser en anneau de la figure 1; la figure 3 est un schéma des circuits d'une alimentation convenant au laser en anneau de la figure 1; et la figure 4 montre une vue en plan selon un second mode de réalisation de l'invention. En se référant maintenant aux figures 1 et 2, le laser en anneau est formé d'un bloc 10 de matériau diélectrique tel qu'un matériau en verre- céramique ayant une grande stabilité thermique. Il est commode que le bloc ait la forme d'un triangle tronqué comme indiqué figure 1. Trois passages 11 sont forés dans le bloc 10 parallèlement aux trois côtés du triangle. Les trois passages émergent dans les coins tronqués du bloc. Chacun de ces coins porte un miroir 12 monté de sorte que le rayonnement laser sortant de l'un des passages soit réfléchi le long du passage suivant, afin que le rayonnement suive un chemin fermé à travers les passages. Deux des miroirs peuvent être pleinement réfléchissants, tandis que le troisième est partiellement transmetteur et est associé à un détecteur 13 qui produit un signal électrique de sortie sur un câble 14. Comme indiqué sur les figures i et 2, deux rainures 15 sont usinées dans le bloc, respectivement au-dessus et au-dessous des passages 11. Au- dessous de chacune des rainures 15 se trouve une électrode métallique 16 à laquelle on peut appliquer une tension d'excitation alternative à haute fréquence venant d'une alimentation adéquate. Au centre du bloc 10 peut être disposé un mécanisme vibreur, représenté sous la référence 17, qui peut faire osciller le bloc d'un petit angle autour d'un axe 18, cet axe étant celui autour duquel le laser en anneau peut capter les mouvements angulaires. De tels mécanismes vibreurs sont bien connus et n'ont pas besoin d'être décrits ici. En fonctionnement, l'application d'une tension alternative à haute fréquence entre les deux électrodes 16 provoque l'excitation du milieu gazeux actif du laser, habituellement un mélange Hélium-Néon, contenu dans le passage 11 situé entre les électrodes. Cette excitation est transverse à la direction du passage 11 et produit une décharge électrique dans le gaz, entraînant l'effet laser. Ceci produit des faisceaux laser se propageant dans les deux directions dans le circuit fermé défini par les passages 11 et les miroirs 12. L'utilisation d'une tension alternative à haute fréquence transverse pour exciter le laser a un certain nombre d'avantages. Il n'est pas nécessaire d'insérer des électrodes dans les passages 11, et donc les problèmes causés par ces électrodes sont évités. Le couplage capacitif transverse de la puissance alternative à haute fréquence dans la décharge à travers les parois en verre-céramique entre les électrodes permet l'utilisation d'une tension de commande très réduite par rapport à celle des lasers en anneau connus excités longitudinalement. Typiquement, pour un laser en anneau ayant un trou de 3 mm, la tension de commande peut être de l'ordre de 5 à 10 volts à une fréquence comprise entre 10 XHz et 5 GHz. Il existe un ballastage capacitif, de sorte qu'il n'y a pas besoin de résistances ballasts, et ainsi la consommation de puissance est très inférieure. La gamme de fréquence indiquée se trouve dans la bande principale des télécommunications, et par conséquent des composants sont facilement disponibles pour permettre la production de petites alimentations à bas prix. Une alimentation convenant à cet usage est représentée figure 3. Comme indiqué figure 3 le circuit d'alimentation est très simple; il comprend un oscillateur à radio-fréquence 30 pouvant produire un signal alternatif à la fréquence requise. Ce signal est amplifié par l'amplificateur 31 pour fournir le niveau de tension nécessaire et est couplé au laser en anneau représenté schématiquement en 32 à l'aide d'un circuit d'adaptation d'impédance 33. Le laser illustré sur la figure 1 possède des électrodes associées à l'un des trois passages 11 formés dans le bloc. On peut exciter l'un ou l'autre des autres passages, ou les deux, si nécessaire, en fonction du trou du passage et du gain nécessaire pour un fonctionnement satisfaisant. La figure 4 représente une vue en plan d'un laser en anneau ayant deux paires d'électrodes. Le laser en anneau n'est pas utilisé comme un laser à guide d'ondes. Les électrodes n'ont pas besoin d'être situées nécessairement dans des rainures du matériau diélectrique, bien que ceci soit une façon de réduire l'épaisseur du matériau entre les électrodes et le passage. Si un matériau de résistance suffisante était disponible, le bloc pourrait être fait assez mince pour que les électrodes soient disposées à sa surface. On pourrait aussi réduire l'épaisseur du matériau en utilisant d'autres configurations. Un certain nombre d'autres avantages résultent de l'emploi d'une excitation transverse alternative à haute fréquence du laser. La décharge dans le gaz se produit sensiblement entre les deux électrodes, à la différence du laser en anneau excité longitudinalement en courant continu. Ceci signifie que la décharge se produit bien au-delà des miroirs, évitant le risque d'endommager les miroirs par le rayonnement ultra- violet ou le bombardement ionique. La construction est plus simple que pour le laser en anneau excité en courant continu, et conduit à un coût de fabrication plus bas. Les seuls scellements requis résistant au vide sont ceux des trois orifices de miroirs et d'un orifice de remplissage de gaz. Les matériaux en verre- céramique sont particulièrement adéquats, parce qu'ils restent stables, ayant des coefficients de dilatation thermique nuls ou très faibles sur une gamme de températures très large, de -50 C à 400' C. Divers exemples de tels matériaux sont connus sous les noms commerciaux de Zerodur, Cervit et ULE. REVEIND I CAT IOXS 1. Un laser en anneau comprenant un bloc (10) de matériau diélectrique dans lequel on a formé au moins un passage (11) définissant un chemin polygonal fermé situé dans un plan intérieur au bloc, et un milieu gazeux actif contenu dans ce passage, caractérisé par deux électrodes (16) disposées à l'extérieur du passage (11), parallèles à une partie au moins de ce passage et situées sur ses côtés opposés, ces électrodes étant, en fonctionnement, couplées capacitivement au milieu gazeux actif pour y produire une décharge électrique transverse à la direction de passage, par l'application d'une tension alternative à haute fréquence entre les deux électrodes (16). 2. Un laser en anneau tel que revendiqué dans la revendication 1, caractérisé en ce qtp le bloc (10) de matériau diélectrique contient trois passages (11) définissant un chemin fermé sensiblement triangulaire. 3. Un laser en anneau tel que revendiqué dans la revendication 1, caractérisé en ce que les deux électrodes (16) sont associées avec l'un des passages (11). 4. Un laser en anneau tel- que revendiqué dans l'une quelconque des revendications i à 3, caractérisé en ce que l'une au moins des deux élec- trodes (16) est située dans une rainure (15) s'étendant à partir de la surface du bloc (10) de matériau diélectrique vers ledit passage (11). 5. Un laser en anneau tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le bloc (10) porte trois mi- roirs (12). placés chacun à l'intersection de deux des passages(li), de façon à réfléchir le rayonnement laser sortant de l'un des passages vers le passage adjacent. 6. Un laser en anneau tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bloc (10) de matériau diélectrique est en verre-céramique. 7. Un laser en anneau tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications i à 6, caractérisé en ce que le milieu gazeux actif est un mélange d'Hélium et de Néon. 8. Un laser en anneau tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la fréquence de la tension alternative à haute fréquence est dans la gamme de 10 MHz à 5 GHZ.