Brevet FR2649547A1 — publié le 19910111

La présente invention trouve son application dans la construction d'appareils optiques de précision pour les systèmes de mesure de distance à laser, dans lesquels on utilise de préférence des lasers & miroir intérieur à deux modes, stabilisés en fréquence. Le problème de l'affichage quantitatif de varia- tions de fréquence pour des lasers à miroir intérieur A deux modes, spécialement stabilisés, n'est pas encore totalement résolu dans la littérature spécialisée. Il a déjà été proposé un procédé destiné au réglage des limites d'endommagement et au contrôle de la stabilité de la fréquence de lasers à miroir intérieur à deux modes, stabilisés, les intensités des deux modes étant comparées et la différence de tensionaU qui se produit sur 1'ampli- ficateur différentiel (A U correspond à la différence de puissance de lumière laser des deux modes sélectionnés v1 et v2) est modifiée, par l'intermédiaire d'un amplifica- teur individuellement adapté à chaque tube laser, de manière que la sensibilité de mesure affichée souhaitée ou la limite d'endommagement soit atteinte. A cet effet, on mesure l'intensité de pointe d'un mode, on détermine une fois une constante K sur un poste de mesure hété- rodyne (on fait varier V sur un laser jusqu'à ce qu'on atteigne la limite d'endommagement ou la sensibilité souhaitée) et on détermine l'amplification A régler, par la mesure de la pointe d'intensité (individuelle), suivant la relation: K V = --- imax Cette solution a pour inconvénient de principe d'imposer l'amplification de l'ensemble du circuit de réglage, à travers les limites d'endommagement. En particulier, lorsqu'on souhaite des limites d'inter- ruption étendues (ou une sensibilité d'affichage ré- duite), de 50 à 100 MHz par exemple, l'amplification du circuit de réglage est relativement faible. Ceci se traduit par exemple par de grandes déviations de fréquen- ce pendant la phase de démarrage (déviation de fréquence du laser à partir du moment du réglage jusqu'à obtention de l'équilibre thermique du laser) ou par une plus forte dépendance à l'égard de la température de la longueur d'onde laser stabilisée. En outre, la précision d'af- fichage diminue pour les tubes laser d'amplification très différente. On ne connaît pas d'autres solutions techniques aux problèmes du contr8le quantitatif des lasers à miroir intérieur à deux modes, stabilisés. L'invention se propose d'afficher quantitativement les variations de longueurs d'ondes qui se produisent à la suite de pertur- bations extérieures, dans des lasers à miroir intérieur à deux modes stabilisés, suivant le DD.WP-HOlS 296 878.8, et de dériver un signal d'interruption étalonné, lorsque la variation de la fréquence, pendant la mesure, dépasse une valeur maximale admise. D'autre part, la pleine amplification ouverte de l'amplificateur opérationnel (amplificateur de réglage) doit être utilisée et la précision de l'affichage doit être rendue pratiquement indépendante de l'amplification différente des tubes laser qui se manifeste, entre autres, par une puissance de lumière laser différente des divers tubes laser, les limites d'interruption s'établissant à 50 MHz et l'af- fichage le la fréquence ou l'interruption devant pouvoir être régée de façon simple et rapide. Ce but est atteint suivant l'invention en ce que l'affichage des variations de la fréquence s'effectue suivant les trois étapes de procédé suivantes: 1. Pour tous les tubes laser à régler, la tension maximale, s'établissant derrière le convertisseur intensité/ tension (I/U) pendant un passage de mode, est amenée à une même valeur. 2. La tension s'établissant derrière l'amplifi- cateur différentiel, a une amplitude différente pour les divers tubes laser. Elle est normalisée A l'aide d'un amplificateur de normalisation, de sorte que les valeurs d'amplitude des courbes de tension sont les mêmes pour tous les tubes laser. 3. La variation de fréquence de la lumière laser, correspondant à une variation de tension déterminée, mesurée au point de mesure, est déterminée sur un laser étalon par le procédé de mesure hétérodyne optique et la sensibilité souhaitée pour le variateur est ensuite réglée. On sait que les puissances de lumière laser des modes laser de lasers He- Ne, de courte longueur de construction, sont soumises à des variations périodiques pendant la phase de démarrage (échauffement du tube laser). La puissance de lumière laser est maximale lorsque le mode se trouve au milieu de la courbe d'ampli- fication. Elle est minimale lorsque la distance du résonateur augmente de a /2 (A = 633 nm). Le décalage de fréquence du mode, correspondant à un tube laser de lon- gueur de résonateur 1 = 233 mm, est alors d'environ 640 MHz. On a constaté que les courbes des intensités de mode sont pratiquement identiques aussi pour les tubes de laser de puissance de lumière laser très différente (amplification) si on normalise les largeurs de varia- tion. En particulier pour le domaine du point de réglage (suivant l'amplification, entre 60 à 80 de la valeur maximale), les courbes ont une même mont.e. Ce fait permet un affichage étalonné de la variation de la fréquence suivant le procédé selon l'invention. Diverses autres caractéristiques du procédé suivant l'invention ressortent d'ailleurs de la descrip- tion détaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'objet de l'in- vention est représentée, à titre d'exemples non limita- tifs, aux dessins annexés. Les figures 1 à 3 représentent les variations de mode de trois lasers avec et sans saut de mode, une fois, non normalisé (a) et normalisé (b). La figure 1 représente les deux diagrammes d'un laser de 0,6 mW avec saut de mode, La figure 2 les diagrammes d'un laser de 1,4 mW sans saut de mode, La figure 3 les diagrammes d'un laser de 2,1 mW avec saut de mode, La figure 4 représente le principe de la régula- tion de fréquence indépendante (amplificateur de réglage 11, source de chaleur 16, organe de réglage pour l'enrou- lement chauffant 18) et l'affichage de fréquence, La figure 5 représente la normalisation d'ampli- tudes de tension différentes, mesurées sur (affichage 13) deux tubes laser différents I, II. Pour les tubes laser 14 (figure 4) on règle (point de mesure 4) sur une m&me valeur la tension maximale U4I ou U4II (figure 5a), mesurée par un mode (filtre de polarisation 8, récepteur 15) derrière le convertisseur I/U 9, pendant le passage de mode, au moyen du variateur 1. Pour ce faire, on règle les tensions aussi grandes que possible, afin d'assurer une amplifica- tion aussi grande que possible et une amplification à peu près identique d'appareils différents. La tension U6 qui s'établit derrière l'amplificateur différentiel 10, au point de mesure 6, est représentée à la figure 5b o pour plus de simplicité, il a été admis que le point de réglage se situe au milieu de la largeur de variation. Le point de réglage et donc la grandeur de la tension de ré- férence USI ou U5II, mesurée au point 5 à la figure 5a, sont déterminés tout d'abord, en règle générale, en égalisant les intensités de lumière laser dans le fais- ceau laser de sortie. A l'aide de l'amplificateur de normalisation 12, on normalise la variation de tension, entraînée par le passage de mode, au point de mesure 6, pour des appareils laser différents (variateur 2). Cette variation de tension U7 est mesurée au point de mesure 7. Comme le montre la figure 5c, toutes les valeurs d'am- plitude des courbes de tension sont maintenant égales. La variation de fréquence de la lumière laser, correspondant à une variation de tension déterminée, mesurée au point de mesure 7, est déterminée sur un laser d'essai, à l'aide du procédé optique hétérodyne. On règle ensuite la sensibilité souhaitée pour l'affichage de la variation de tension 13, sur le variateur 3. Pour d'autres lasers à régler, la mesure hétérodyne n'est plus nécessaire si premièrement, comme il a déjà été dit, on règle tous les appareils laser sur la même variation de tension au point de mesure 7 et si deuxièmement, les sensibilités des affichages sont identiques à celles déterminées sur le laser étalon, avec la mesure hétérodyne. REVENDICATION Procédé pour l'affichage quantitatif des varia- tions de fréquence de lasers à miroir intérieur à deux modes, spécialement stabilisés, pendant une opération de mesure, par application du procédé optique de mesure hétérodyne, caractérisé en ce que: 1. pour tous les tubes laser à régler, la tension maximale, s'établissant derrière le convertisseur I/U (9) pendant un passage de mode, est amenée à une même valeur, 2. la variation de tension, se produisant au point de mesure (6), est amenée à une même valeur d'amp- litude, à l'aide de l'amplificateur de normalisation (12), et 3. la variation de fréquence de la lumière laser, correspondant à une variation de tension déterminée, mesurée au point de mesure (7), est déterminée sur un laser étalon par le procédé de mesure hétérodyne connu et la sensibilité souhaitée pour le variateur (3) est ensuite réglée.