Brevet FR2642834A1 — publié le 19900810

La présente invention est relative aux lasers en anneau, et en particulier à la commande de l'inten- sité du faisceau dans les gyroscopes à laser en anneau. Une forme commune de gyroscope à laser en anneau comprend un bloc massif de matériau ayant des propriétés thermiques et optiques appropriées, dans lequel on forme un trajet optique triangulaire compre- nant trois passages droits formés dans le bloc, et ayant un miroir à chaque sommet. Les trois passages communi- quent les uns avec les autres et contiennent un milieu actif gazeux pouvant donner un effet laser, qui est excité pour produire une décharge dans le gaz. La décharge peut être produite en plaçant une ou plusieurs électrodes formant anodes et cathodes dans les passages, ou en communication avec eux, reliées à une alimentation en courant continu adéquate. Cependant, du fait que l'utilisation de courant continu tend à créer des pro- blèmes dus à la vaporisation des électrodes ou à la variation des constituants du milieu gazeux actif, il devient usuel d'utiliser une excitation à fréquence radio pour produire la décharge dans le gaz. L'exci- tation peut être produite entre une ou plusieurs paires d'électrodes allongées, les électrodes de chaque paire étant situées sur des côtés opposés des passages, à l'extérieur du bloc, de sorte que l'excitation à fré- quence radio venant d'une source adéquate soit couplée dans le gaz de façon à former un condensateur. Une fré- quence d'excitation convenant est de l'ordre de 1 GHz. Quelle que soit la technique d'excitation utilisée, la décharge dans le gaz provoque un effet laser qui se tra- duit par un premier faisceau de rayonnement laser circu- lant le long du trajet optique dans le sens des aiguilles d'une montre, et un second faisceau de rayon- nement laser à la même fréquence circulant le long du trajet optique dans le sens opposé. Dans le gyroscope à laser en anneau, un pre- mier des trois miroirs de sommet est adapté pour être partiellement transparent, de sorte qu'une petite pro- portion du rayonnement laser de chacun des faisceaux circulant dans des sens opposés puisse quitter la cavité du laser et atteindre un détecteur de lecture adéquat. Ceci fournit des signaux électriques qui sont utilisés pour déterminer l'amplitude de toutes les forces de rotation appliquées au bloc laser autour d'un axe per- pendiculaire au plan du trajet optique. Un second miroir de sommet est fait pour être réfléchissant à 100%, et est généralement mis en oscil- lation sur une très petite distance, ceci faisant partie d'un mécanisme mis en place pour stabiliser la longueur du trajet optique à l'intérieur de la cavité du laser. Le troisième miroir de sommet peut être rendu partielle- ment transparent, et un détecteur est prévu pour comman- der le mécanisme de longueur de trajet. Une autre possi- bilité est de détourner une partie du rayonnement laser traversant le premier miroir et de l'utiliser dans ce but. Un des facteurs de dérive dans un gyroscope à laser en anneau est la variation d'intensité des fais- ceaux laser produits dans la cavité du laser. La commande de l'intensité des faisceaux est donc néces- saire pour éliminer cette source d'erreur. Dans le cas d'une décharge gazeuse excitée en courant continu, il est possible de mesurer le courant de décharge, qui est lié à l'intensité du faisceau laser. Cependant, des effets thermiques et d'autres facteurs indésirables introduisent des erreurs dans ce procédé de commande simple. Dans le cas d'une décharge gazeuse excitée en fréquence radio, les hautes fréquences utilisées rendent difficile la mesure du courant de décharge avec un degré de précision raisonnable. On connaît aussi des gyroscopes à laser en anneau du type à oscillateurs multiples, dans lesquels on utilise au moins quatre miroirs, et dans lesquels une partie du trajet fermé du faisceau laser se trouve dans un plan différent du reste du trajet. Le même problème de maintien d'une intensité constante du faisceau se pose également avec les gyroscopes à laser en anneau de ce type. - Un but de la présente invention est de fournir un gyroscope à laser en anneau dans lequel l'intensité du faisceau de rayonnement laser peut être commandée de façon précise. La présente invention fournit un gyroscope à laser en anneau qui comprend des moyens pour produire deux faisceaux de rayonnement laser, circulant en sens opposés selon un trajet fermé défini par au moins trois surfaces réfléchissantes, une première desdites surfaces transmettant partiellement le rayonnement de chaque faisceau, des premiers moyens formant détecteur sensibles au rayonnement laser traversant ledit premier miroir pour en tirer des signaux électriques dépendant des forces de rotation agissant sur le gyroscope à laser en anneau autour d'un axe prédéterminé, une seconde des- dites surfaces étant totalement réfléchissante et asso- ciée à des moyens formant transducteur qu'on peut commander pour faire varier continûment la position dudit second miroir, des seconds moyens formant détec- teur sensibles au rayonnement laser de chacun desdits faisceaux pour en tirer des signaux de courant alterna- tif pour commander les moyens formant transducteur, et des moyens de commande sensibles à la composante conti- nue du signal de sortie desdits seconds moyens formant détecteur pour maintenir l'intensité des faisceaux laser à une valeur constante. Une troisième surface formant réflecteur du gyroscope à laser en anneau peut transmettre partielle- ment le rayonnement de chaque faisceau, les seconds moyens formant détecteur étant adaptés pour répondre au rayonnement traversant cette troisième surface. On va maintenant décrire l'invention en faisant référence aux dessins joints, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en plan schématique d'un gyroscope à laser en anneau excité en fréquence radio; - la figure 2 illustre de plus un détail d'un premier mode de réalisation du gyroscope à laser en anneau de la figure 1; et - la figure 3 est un schéma du circuit des moyens de commande de l'invention. En se référant maintenant à la figure 1, on voit un gyroscope à laser simple constitué en prévoyant trois passages formant un triangle équilatéral dans un bloc 10 de matériau ayant des propriétés thermiques et électriques adéquates. Trois miroirs, 11, 12 et 13 sont prévus, un à chaque sommet du trajet triangulaire fermé 14. La cavité constituant le chemin fermé 14 est remplie d'un milieu gazeux adéquat donnant l'effet laser, tel qu'un mélange d'hélium et de néon, et un ou plusieurs des côtés de la cavité sont excités par une décharge de gaz excité en fréquence radio. La décharge est produite entre une ou plusieurs paires d'électrodes 15, diamétra- lement opposées l'une à l'autre le long d'une partie de la longueur du côté de la cavité. Sur la figure, des électrodes d'excitation sont montées sur deux côtés de la cavité, et sont alimentées en fréquence radio, disons à 1 GHz, par une source de puissance 16. L'excitation du milieu donnant l'effet laser produit un faisceau de rayonnement laser circulant dans chaque sens du trajet fermé 14. Par commodité, on désignera ces faisceaux circulant en sens opposés par CW ("clockwise": tournant dans le sens des aiguilles d'une montre) et CCW ("counter- clockwise": tournant dans le sens inverse des aiguilles d'une montre). Le miroir 11 est rendu partiellement transpa- rent, de sorte qu'une faible proportion de l'énergie des deux faisceaux laser traverse le miroir pour atteindre un détecteur. Ce détecteur comprend un prisme 17 et une paire de dispositifs photo-électriques 18. Les signaux de sortie de ces dispositifs passent dans un circuit connu (non représenté), qui détermine les forces de rotation agissant sur le gyroscope autour de l'axe 19 perpendiculaire au plan du chemin fermé 14. Le miroir 12 est totalement réfléchissant et est monté sur un transducteur 20 que l'on peut commander pour mettre le miroir en oscillation continue dans une direction perpendiculaire au plan de sa surface. Ceci est fait dans le but de commander la longueur du trajet fermé 14. Le transducteur est commandé par les signaux de sortie d'une paire de dispositifs photo-électriques 21 qui mesurent la lumière des deux faisceaux laser tra- versant le miroir 13 qui est partiellement transparent. La sortie de ces dispositifs 21 constitue un signal de courant alternatif à la fréquence de l'oscillation appliquée par le transducteur 20, et est appliqué à un circuit 22 commandant le transducteur. L'intensité des faisceaux du laser est indi- quée par la composante continue du signal de sortie des dispositifs photo-électriques 21, et celle-ci est appli- quée à un circuit de commande 23 pour commander l'excitation de l'alimentation 16 de la décharge gazeuse. La figure 2 montre le miroir 13 et les dispo- sitifs photo-électriques 21 avec plus de détail. Un filtre optique à bande étroite 24 est placé entre le miroir 13 et les détecteurs 21 pour filtrer les rayonne- ments aux fréquences émises par la décharge gazeuse et pour ne passer aux dispositifs 21 que le rayonnement à la fréquence des faisceaux laser eux-mêmes. La figure 3 illustre une forme de circuit de commande pouvant être utilisé avec le dispositif des figures 1 et 2. Les dispositifs photo- électriques sont indiqués en 21, et leurs signaux de sortie sont appli- qués à un amplificateur additionneur 30. Le signal de sortie de l'amplificateur additionneur est envoyé dans un filtre passe-bas 31 pour enlever la composante alter- native du signal de sortie du détecteur, et est appliqué à un comparateur 32 o il est comparé à une tension de référence, puis appliqué à un intégrateur 33. L'oscillateur 34 engendre le signal à 1 GHz pour exciter la décharge gazeuse, et le signal de sortie de cet oscillateur traverse un atténuateur variable 35 commandé par le signal de sortie de l'intégrateur 33. Le signal de sortie de l'atténuateur est amplifié par un amplificateur de puissance 36 et appliqué aux électrodes d'excitation représentées schématiquement en 37. Le signal de sortie de l'amplificateur addi- tionneur est également appliqué, à travers un filtre passe-bande 38, à un circuit de commande de longueur de la cavité, comme on l'a déjà mentionné. En fonctionnement, la composante continue du signal de sortie du filtre passe-bas 31 est une mesure de l'intensité des faisceaux du laser, et est comparée à une valeur de référence pour donner un signal d'erreur. Ce signal d'erreur est utilisé, après intégration, pour commander la puissance fournie à la décharge gazeuse, de façon à maintenir l'intensité du faisceau du laser à une valeur constante. On notera que le circuit qui a été décrit pourrait être modifié de façon à commander le courant appliqué à une décharge gazeuse excitée en courant continu, en utilisant la même disposition de détecteurs. REVENDICATIONS 1. Gyroscope à laser en anneau qui comprend des moyens pour produire deux faisceaux de rayonnement laser, circulant en sens opposés selon un trajet fermé (14) défini par au moins trois miroirs (11, 12, 13), un premier (11) desdits miroirs transmettant partiellement le rayonnement de chaque faisceau, des premiers moyens formant détecteur (17, 18) sensibles au rayonnement laser traversant ledit premier miroir (11) pour en tirer des signaux électriques dépendant des forces de rotation agissant sur le gyroscope à laser en anneau autour d'un axe prédéterminé (19), un second (12) desdits miroirs étant totalement réfléchissant et associé à des moyens formant transducteur (20) qu'on peut commander pour faire varier continûment la position dudit second miroir (12), et des seconds moyens formant détecteur (21) sen- sibles au rayonnement laser de chacun desdits faisceaux pour en tirer des signaux de courant alternatif pour commander les moyens formant transducteur (20), caracté- risé par des moyens de commande (23) sensibles à la composante continue du signal de sortie desdits seconds moyens formant détecteur (21) pour maintenir l'intensité des faisceaux laser à une valeur constante. 2. Gyroscope conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le troisième miroir (13) transmet partiellement le rayonnement de chaque faisceau, les seconds moyens formant détecteur (21) étant sensibles au rayonnement laser traversant ledit miroir (13). 3. Gyroscope conforme à la revendication 1 ou 2, caractérisé par un filtre optique (24) placé sur le trajet du rayonnement dirigé vers lesdits seconds moyens formant détecteur (21), et disposé pour filtrer le rayonnement engendré par la décharge gazeuse.