Brevet FR2741447A1 — publié le 19970523

La présente invention a pour objet un interféromètre permettant de vérifier la validité éventuelle du postulat d'invariance de la vitesse de la lumière par un effet du premier ordre. Ce postulat est en effet démenti quotidiennement dans les bureaux d'étude,les laboratoires et ateliers où on élabore des gyromètres optiques selon des critères de calcul qui font apparaître que pour l'observateur embarqué tournant avec le gyromètre, le temps mis par la lumière pour parcourir la fibre optique dans un sens n'est pas le même que le temps qu'elle met à parcourir la même longueur de fibre optique dans le sens opposé, ce qui revient à dire que pour cet observateur,il existe bien une vitesse de la lumière qui vaut c+v et une autre vitesse de la lumière qui vaut c-v. Les calculs montrent que la vitesse v ainsi mesurée est bien la vitesse tangentielle sur l'anneau de fibre optique et que le second vecteur d'une rotation, à savoir l'accélération centripète n'est d'aucun effet sur les photons,ce qui confirme leur absence d'inertie. Cette vitesse tangentielle étant équivalente à une translation,le problème se ramène à la mettre en évidence d'une manière plus efficace que l'expérience de Michelson-Morley, dont la disposition en allers-retours ne laisse subsister de la vitesse de translation de la Terre sur son orbite qu'un résidu du second ordre dont la valeur ne dépasse pas 3 mètres par seconde alors que la précision atteinte par la plus récente éxécution connue de cette expérience est de +/-110 mètres par seconde. L'interféromètre selon la présente invention est destiné à déterminer la vitesse de translation de l'appareil relativement au référentiel sur lequel s'appuie l'effet gyrométrique, en utilisant les différents phénomènes qui expliquent l'effet gyrométrique, mais selon une combinaison nouvelle caractéristique de l'invention. L'appareil utilise , selon une disposition connue, deux faisceaux lumineux résultant de la division d'un faisceau primaire issu d'une source unique, qui parcourent chacun un trajet optique particulier, et qui aboutissent au même recomposeur commun, où ces deux faisceaux s'additionnent de manière interférentielle, selon l'écart de phase produit par la différence entre les deux trajets optiques traversés. Les dispositions caractéristiques de l'invention consistent en ce que les deux trajets optiques comportent chacun au moins un segment rectiligne parallèle à un segment rectiligne de l'autre trajet, l'un de ces segments étant parcouru dans l'air ou le vide alors que l'autre est parcouru dans un milieu réfringeant d'indice n supérieur à 1, et que l'appareil est facilement orientable de manière à ce que la direction de mesure puisse être orientée alternativement vers le soleil ou perpendiculairement, afin de déterminer le caractère galiléen éventuel du référentiel qui fait l'objet de l'expérience. L'invention concerne également certaines formes d'exécution préférentielles de l'invention principale, caractérisées par les points suivants pris séparément ou selon les différentes combinaisons possibles: -Les deux trajets optiques entre décomposeur et recomposeur sont partagés chacun en deux segment s égaux perpendiculaires entre eux, l'ensemble formant un carré dont la diagonale va du centre du décomposeur au centre du recomposeur, les parcours dans le milieu réfringent se faisant sur deux cotés perpendiculaires du dit carré, appartenant à des trajets optiques differents l'un de 1' autre. -Aux deux angles du carré défini ci-dessus qui limitent la diagonale perpendiculaire à celle qui va du décomposeur au recomposeur, le faisceau entre et sort d' un prisme à plusieurs réflexions dont le trajet en ligne brisée annule l'effet gyrométrique du trajet considéré. -L'un des deux trajets optiques est rectiligne depuis le décomposeur jusqu'au recomposeur, alors que 1' autre trajet optique présente une succession de cinq segments formant une ligne brisée dans laquelle les effets gyrométriques s' annulent. -Les deux trajets optiques sont dimensionnés de manière à présenter, pour la longueur d'onde de la ra diation utilisée, le même trajet optique lorsque la translation de l'appareil dans le référentiel étudié,et selon la direction de mesure, est nulle ou négligeable, de manière à permettre l'emploi d'une source lumineuse dont la longueur de cohérence axiale est faible. A titre d'exemple non limitatif, les figures annexées représentent quatre formes d'exécution du système optique de l'appareil, vues en plan. La figure 1 représente la forme élémentaire d' exécution de l'invention, dans laquelle on néglige les effets gyrométriques, mais où l'égalité des trajets optiques au repos permet l'emploi d'une source lumineuse n'ayant qu'une faible longueur de cohérence, telle qu' une diode laser. La figure 2 représente la même forme d'exécution de l'invention dans laquelle les effets gyrométriques sont annulés. Les formes d'exécution représentées en figures 1 et 2 présentent l'égalité des trajets optiques lorsque la direction du déplacement étudié est soit parallèle, soit perpendiculaire à la bissectrice de l'angle formé par les deux demi-trajets optiques opérés dans le milieu réfringent. Elles fonctionnent donc comme senseur de direction, alors que les formes d'exécution représentées en figures 3 et 4 peuvent fonctionner aussi en tachymètre pour la translation parallèle à leur direction de mesure. Dans l'appareil représenté en figure 3, le trajet optique comportant des segments parcourus dans un milieu réfringent est rectiligne tandis que le trajet optique parcouru dans l'air forme une ligne brisée dont les effets gyrométriques s'annulent, cependant que les trajets optiques au repos présentent une différence qui requiert l'emploi d'une source lumineuse ayant une longueur de cohérence axiale assez importante. La figure 4 représente une forme d'exécution de l'invention dans laquelle les effets gyrométriques sont annulés et les deux trajets optiques au repos égalisés, ce qui permet l'emploi d'une source lumineuse à faible longueur de cohérence axiale, telle que diode laser. Sur la Figure 1 sont représentés les éléments suivants: (1) Source lumineuse monochromatique cohérente avec une longueur de cohérence quelconque, soit par exemple une diode laser collimatée par l'optique(2) avec une ouverture utile suffisante pour atténuer l'effet des défauts locaux dans les milieux réfringents ou sur les surfaces de reflexion ou de réfraction. (3,11 et 12) Miroirs servant à replier le trajet optique pour rendre l'appareil plus compact, donc plus rigide. (4) Prisme décomposeur qui partage la lumière provenant de la source (1) en deux faisceaux, l'un traversant ce prisme pour se diriger vers le miroir (8) à travers la lame de verre (6), l'autre réfléchi dans le décomposeur se dirige vers le miroir (9) à travers la lame de verre (7). Miroir (8) qui renvoie vers le recomposeur le faisceau ayant traversé la lame (6) et miroir (9) qui renvoie vers le recomposeur le faisceau ayant traversé la lame (7). (5) Prisme recomposeur dans lequel les deux faisceaux s'additionnent de manière interférentielle pour former le faisceau allant vers l'objectif (10). (10) Objectif formant en (F) l'image de la source lumineuse qui constitue ainsi un trou sténopéïque pour la projection sur l'ecran dépoli (13) des franges d'interférence. (13) Ecran dépoli recevant la projection issue de F avec graduation pour faciliter le repérage des franges. (14) Oculaire coudé permettant l'observation de l'écran (13) sous un grossissement approprié, et dans 1' axe vertical passant par le centre O du plateau tournant (16) qui supporte la platine (15) sur laquelle les différents composants optiques sont fixés par des moyens mécaniques connus. Sur la Figure 2 sont représentés les mêmes éléments remplissant les mêmes fonctions, à l'exception des miroirs (8) et (9) dont le remplacement par les prismes (18) et (19) à multiples réflexions internes supprime 1' effet gyrométrique dans chacun des deux trajets optiques allant du décomposeur au recomposeur. Sur la Figure 3 sont représentés les éléments suivants: (21) Source lumineuse monochromatique cohérente avec une longueur de cohérence axiale supérieure à la différence entre les deux trajets optiques parcourus séparément entre le décomposeur(25) et le recomposeur(26), soit par exemple un laser helium-néon (22)Elargisseur de faisceau pour atténuer l'effet des défauts locaux dans les milieux réfringents ou sur les surfaces de reflexion ou de réfraction. (23,24,33,35) Miroirs servant à replier le trajet optique pour rendre l'appareil plus compact,donc plus rigide. (25) Prisme décomposeur qui partage la lumière provenant de la source (21) en deux faisceaux, l'un réfléchi dans ce prisme se dirige vers le miroir (29) et constitue entre les miroirs (29)et (30) puis entre les miroirs (31) et (32) le faisceau de référence. Pour ce faisceau, le trajet transversal allant du miroir (30) au miroir (31) à travers le cube (27) compense les effets parasites des trajets transversaux allant du décomposeur (25) au miroir (29) et du miroir(32) au recomposeur (26), et le trajet (25-29-30-31-32-26) n'engendre aucun effet gyrométrique ni aucun effet de translation hormis la direction de mesure (24-33) (26)Prisme recomposeur dans lequel le faisceau de mesure venu en droite ligne du décomposeur(25) à travers le cube (27), s'additionne de manière interférentielle au faisceau de référence. (34) Objectif formant en (F) l'image de la source lumineuse qui constitue ainsi un trou sténopéïque pour la projection sur l'ecran dépoli (36) des franges d'interférence. (36) Ecran dépoli recevant la projection issue de F avec graduation pour faciliter le repérage des franges. (37) Oculaire coudé permettant l'observation de l'écran (36) sous un grossissement approprié, et dans 1' axe vertical passant par le centre O du plateau tournant (39) qui supporte la platine (38) sur laquelle les différents composants optique s sont fixés par des moyens mécaniques connus. Sur la Figure 4 sont représentés les éléments suivants d'un appareil portatif ou incorporable à des ensembles plus complexes: (41) Source lumineuse monochromatique cohérente avec une longueur de cohérence quelconque, soit par exemple une diode laser collimatée par l'optique(42) avec une ouverture utile suffisante pour atténuer l'effet des défauts locaux dans les milieux réfringents ou sur les surfaces de reflexion ou de réfraction. (43 et 53) Miroirs servant à replier le trajet optique pour rendre l'appareil plus compact, donc plus rigide. (44) Prisme décomposeur qui partage la lumière provenant de la source (41) en deux faisceaux, l'un traverse ce prisme, se dirige vers le prisme (48) et constitue entre les prismes (48)et (51) puis entre les prismes (52) et (49) le faisceau de référence. Pour ce faisceau, le trajet transversal allant du prisme (51) au prisme (52) à travers le cube (50) compense les effets parasites des trajets transversaux allant du décomposeur (44) au prisme (48) et du prisme(49) au recomposeur (45), et le trajet (44-48-51-52-49-45) n'engendre aucun effet gyrométrique ni aucun effet de translation hormis la direction de mesure (44-45) (45)Prisme recomposeur dans lequel le faisceau de mesure venu en droite ligne du décomposeur(44) à travers les épaisseurs de verre (46) et (47), et le cube (50), s' additionne de manière interférentielle au faisceau de référence. (54) détecteur photométrique relié à un système de détection de phase (55). REVENDICATIONS 1) Interféromètre du type comprenant une source de lumière monochromatique (1 ou 21 ou 41), cohérente et collimatée à l'infini et des moyens connus(4 ou 25 ou 44) pour diviser la lumière émise en deux faisceaux qui parcourent chacun un trajet optique particulier et qui aboutissent à un recomposeur commun(5 ou 26 ou 45) où leur addition se fait de manière interférentielle, selon 1' écart de phase produit par la différence entre les temps de parcours des deux trajets optiques, caractérisé en ce que les deux trajets optiques comportent chacun au moins un segment rectiligne parallèle à un segment rectiligne de l'autre trajet, l'un de ces segments étant parcouru dans l'air ou le vide alors que l'autre est parcouru dans un milieu réfringeant d'indice n supérieur à 1, et en ce qu'il comporte des moyens d'orientation pour orienter la la direction de mesure. 2) Interféromètre (FIG 1 ou 2) selon la revendication 1 caractérisé en ce que les deux trajets optiques entre décomposeur (4) et recomposeur (5) sont partagés chacun en deux segments égaux perpendiculaires entre eux, l'ensemble formant un carré dont la diagonale va du centre du décomposeur (4) au centre du recomposeur(5), les parcours dans le milieu réfringent se faisant sur deux cotés perpendiculaires (4-8 et 4-9) du dit carré, appartenant à des trajets optiques differents l'un de l'autre. 3) Interféromètre(FIG 2) selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'aux deux angles du carré défini ci-dessus qui limitent la diagonale perpendiculaire à celle qui va du décomposeur(4) au recomposeur(5), le faisceau entre et sort à chaque angle d'un des deux prismes(18,19) à plusieurs réflexions dont le trajet en ligne brisée annule l'effet gyrométrique du trajet considéré. 4) Interféromètre(FIG 3 ou 4) selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'un des trajets optiques est rectiligne depuis le décomposeur(25 ou 44) jusqu'au recomposeur(26 ou 45), alors que l'autre trajet optique présente une succession de cinq segments formant une ligne brisée (25-29-30-31-32-26 ou 44-48-51-52-49-45) dans laquelle les effets gyrométriques s'annulent. 5) Interféromètre(FIG 4) selon les revendications 1 et 4 caractérisé en ce que les deux trajets optiques sont dimensionnés de manière à présenter pour la longueur d'onde de la radiation utilisée le même trajet optique lorsque la translation de l'appareil dans le référentiel étudié, et selon la direction de mesure, est nulle ou négligeable, afin de permettre l'emploi d'une source lumineuse (1 ou 41) dont la longueur de cohérence axiale est faible. 6) Interféromètre (FIG 1,2,3) selon les revendications 1,2,3,4, ou 5, caractérisé en ce que les moyens d'orientation(16 ou 39) qu'il comporte permettent d' orienter la direction de mesure vers le soleil ou perpendiculairement afin de vérifier le caractère éventuellement galiléen du référentiel de propagation des ondes lumineuses.