Brevet FR2680415A1 — publié le 19930219

GYROMETRE LASER EN ANNEAU, A DIAPHRAGME La présente invention concerne les gyromètres laser en anneau, comportant un corps dans lequel est ménagée une cavité résonante constituée par des capillaires rectilignes fermés par des miroirs destinés à replier le trajet optique et occupée par un gaz laser, ainsi que des moyens de génération de l'effet laser dans le gaz. On connaît déjà de nombreux types de gyromètres laser : la figure 1 montre, à titre d'exemple, un gyromètre à trois miroirs dans lequel le trajet optique est en forme de triangle équilatéral. Le gyromètre comprend un corps 10, généralement en verre stable et à faible coefficient de dilatation thermique, dans lequel sont insérés des capillaires 12. Trois miroirs 14a, 14b, 14c replient le chemin optique aux angles du corps 10. Les moyens destinés à créer l'effet laser dans le gaz actif sont constitués, dans le cas illustré, par une cathode 16 placée sur une branche et deux anodes 18 montées symétriquement sur les deux autres branches. Un détecteur 20 destiné à fournir la fréquence de battement reçoit directement le faisceau qui a parcouru le gyromètre dans un sens et a traversé le miroir semitransparent 14a. Il reçoit le faisceau de sens contraire à travers un prisme de renvoi 22. Le bon fonctionnement d'un tel gyromètre exige que diverses conditions soient remplies. En particulier, il ne faut laisser subsister qu'un mode laser résonant, généralement le mode TEMoo. Pour cela, on étrangle la cavité à un emplacement où l'étranglement provoque des pertes par diffraction beaucoup plus importantes pour les modes à éliminer tels que TEMo1, TEM10,... que pour le mode TEMoo. A l'heure actuelle, l'étranglement est réalisé par un diaphragme dont les dimensions sont calculées à partir des caractéristiques de la cavité : longueur du trajet optique, courbure des miroirs, angle d'incidence des faisceaux sur les miroirs. Par ailleurs, on a constaté que certaines géométries de cavité provoquent un fort astigmatisme du faisceau laser. Cet astigmatisme peut être corrigé en donnant une forme elliptique au diaphragme de sélection de mode. A titre d'exemple, un gyromètre laser néon-hélium représentatif ayant un trajet optique triangulaire de 8 cm de long peut être muni d'un diaphragme à section elliptique dont le rapport entre le grand axe et le petit axe est de 1,2 environ. Ce diaphragme peut être usiné dans le bloc ou rapporté. Que le diaphragme elliptique soit usiné dans le bloc ou réalisé séparément, puis rapporté, sa fabrication est beaucoup plus difficile que celle d'un diaphragme circulaire pour les faibles dimensions requises ( souvent inférieures au millimètre). L'invention vise à fournir un gyromètre laser ayant une section étranglée d'élimination de modes et de réduction de l'astigmatisme réalisable de façon plus simple que dans les gyromètres antérieurement connus. Dans ce but, l'invention propose notamment un gyromètre laser en anneau comportant un corps dans lequel est percé un capillaire occupé par un gaz laser présentant un étranglement local imposant au faisceau laser une forme allongée, placé sur l'anneau de façon à éliminer certains modes de résonance, et comportant des moyens d'excitation par décharge électrique, caractérisé en ce que l'étranglement est défini par juxtaposition de deux sections circulaires étranglées terminales décalées l'une par rapport à l'autre transversalement au capillaire. Si les deux sections sont écartées l'une de l'autre, le long du capillaire, leur distance est faible par rapport à la longueur de la branche de l'anneau dans laquelle lesdites sections sont placées. Les sections circulaires décalées peuvent être réalisées de différentes façons. Dans un premier mode de réalisation, elles sont constituées par les débouchés d'un passage étroit de section constante et circulaire, faisant un angle de quelques degrés par rapport à l'axe de la branche ; dans un autre mode de réalisation, l'étranglement est constitué de deux diaphragmes circulaires décalés par rapport à l'axe, correspondant aux débouchés du passage. Quelle que soit la disposition adoptée, elle permet de donner à ltétranglement une section allongée, se rapprochant de celle d'une ellipse, en exigeant uniquement l'usinage de trous ou de passages circulaires. L'invention propose également des procédés permettant de réaliser un gyromètre du genre qui vient d'être défini. Ces procédés, ainsi que d'autres caractéristiques de l'invention, apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1, déjà mentionnée, est un schéma de principe d'un gyromètre en anneau, à trajet optique triangulaire, de type connu - la figure 2, similaire à la figure 1, montre schématiquement un gyroscope en anneau dans lequel le trajet optique est carré, ainsi que des emplacements auxquels peuvent être placés les étranglements destinés à éliminer certains modes de résonance et à réduire l'astigmatisme ; - la figure 3 est une vue en coupe à grande échelle d'un fragment du gyromètre de la figure 2, montrant une constitution possible d'étranglement ; - la figure 4 montre la juxtaposition des débouchés du passage constituant étranglement dans le gyromètre de la figure 3, tels que ces débouchés sont vus dans la direction du trajet optique ; et - la figure 5, similaire à la figure 3, montre une variante de réalisation. Le gyromètre montré sur la figure 2, où les éléments correspondant à ceux de la figure 1 sont désignés par le même numéro de référence, définit un trajet optique carré et comporte, pour cela, quatre miroirs 14 donnant chacun une déviation de 90". L'étranglement destiné à éliminer certains modes de résonance peut être constitué par un diaphragme 24 placé au milieu d'une branche, ce qui a l'avantage de donner un montage symétrique. En contrepartie, cette solution oblige à prévoir un accès dans la partie courante d'un capillaire. Une autre solution, montrée sur les figures 3 et 4, consiste à placer au moins un étranglement dans la partie terminale d'une branche, par exemple entre une électrode 16 ou 18 et un miroir 14. L'étranglement, applati dans le sens radial par rapport à l'axe sensible, montré en figures 3 et 4 est réalise en donnant à la partie terminale du capillaire, dans une branche, la forme d'un passage cylindrique 25, de diamètre d réduit par rapport au diamètre du reste du capillaire et d'axe faisant un angle a avec l'axe de la partie courante du capillaire. Ainsi les deux débouchés sont décalés l'un par rapport à l'autre d'une hauteur h (figure 4). Dans la pratique, il suffit en général que le rapport entre la grande dimension et la petite dimension de l'étranglement (figurée par la zone hachurée sur la figure 4), soit de quelques pour cent. En d'autres termes, le rapport d/(d-h) sera généralement légèrement supérieur à 1 seulement. Une valeur de l'ordre de 1,2 a souvent donné des résultats satisfaisants. I1 peut être obtenu avec une inclinaison de quelques degrés et une longueur de quelques millimètres. Le diamètre du passage fixe, à courant de décharge donné, le gain pour chaque passage. A titre d'exemple, on peut indiquer qu'un gyromètre à trajet optique rectangulaire a été réalisé avec un passage capillaire de 1 mm de diamètre et un passage ayant un diamètre d de 0,71 mm de 3 à 5 mm de long, ayant une inclinaison de 4 à 5 degrés, pour une longueur totale de boucle de 8 cm. Dans la variante de réalisation montrée en figure 5, l'étranglement est réalisé par deux diaphragmes 26 décalés longitudinalement, ayant des sections circulaires identiques, décalés dans le sens transversal d'une distance h : en particulier, les diaphragmes peuvent être décalés l'un et l'autre d'une distance h/2 par rapport à l'axe du capillaire, dans des directions opposées. La fabrication d'un gyromètre conforme à l'invention ne se différencie pas fondamentalement de la fabrication d'un gyromètre laser classique, si ce n'est qu'il faut constituer la partie terminale d'un des capillaires 12 sous forme d'un passage cylindrique oblique 25. Dans la pratique, il est avantageux de percer le passage cylindrique 25 dans le bloc avant usinage, dans ce dernier, de la cavité 30 qui sera fermée par le miroir 14, cela afin que l'attaque par le foret s'effectue presque orthogonalement à la paroi. La partie de grand diamètre du capillaire 12 est ensuite forée, en l'arrêtant à l'emplacement que l'on veut faire correspondre à l'un des débouchés du passage 25. L'invention n'est pas applicable uniquement à un gyromètre à un seul axe sensible, du genre montré sur les figures. Elle peut s'étendre à un gyromètre à plusieurs axes, notamment à un gyromètre trois axes dans lesquels les miroirs sont disposés aux sommets d'un octaèdre régulier. REVENDICATIONS 1. Gyromètre laser en anneau comportant un corps (10) dans lequel est percé un capillaire (12) occupé par un gaz laser à amplification par décharge électrique, présentant un étranglement local imposant au faisceau laser une forme allongée, placé sur l'anneau de façon à éliminer certains modes de résonance, caractérisé en ce que l'étranglement est défini par juxtaposition de deux sections circulaires étranglées terminales décalées l'une par rapport à l'autre transversalement au capillaire. 2. Gyromètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sections sont écartées l'une de l'autre, le long du capillaire, d'une distance faible par rapport à la longueur de la branche de l'anneau dans laquelle lesdites sections sont placées. 3. Gyromètre selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le rapport entre la grande dimension et la petite dimension de l'étranglement est d'environ 1,2. 4. Gyromètre selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les sections circulaires sont constituées par les débouchés d'un passage étroit de section constante et circulaire, faisant un angle de quelques degrés par rapport à l'axe de la branche. 5. Gyromètre selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'angle est compris entre 4" et 5 . 6. Gyromètre selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les sections circulaires sont constituées de deux diaphragmes circulaires décalés de façon différente par rapport à l'axe du capillaire. 7. Gyromètre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étranglement ou chaque étranglement est placé entre un miroir (14) de repliement du faisceau laser et un passage d'entrée d'électrode (16) d'excitation de l'effet laser.