Brevet FR2763703A1 — publié le 19981127

La présente invention concerne un miroir à pastille réfléchissante rapportée, utilisable dans un gyromètre laser. Elle s'applique aussi bien à des gyromètres monoaxes dans lesquels les cavités optiques s'étendent dans un même plan qu'à des gyromètres triaxes dans lesquels les cavités optiques s'étendent tridimensionnellement à l'intérieur d'un même bloc optique. D'une manière générale, on sait qu'un gyromètre laser comprend habituellement: - un bloc optique, en matériau isolant et à faible coefficient de dilatation, dans lequel est aménagé un parcours optique par exemple carré ou triangulaire, - des miroirs placés dans les régions angulaires du parcours optique de manière à obtenir une cavité optique résonnante, - un milieu amplificateur engendrant dans la cavité optique, deux ondes lumineuses tournant en sens inverse l'une de l'autre, - des moyens d'activation mécaniques permettant de faire osciller le bloc optique par rapport à son support pour éviter les effets de blocage entre les deux ondes lumineuses. Habituellement, les miroirs utilisés dans ces gyromètres sont de trois types différents: - des miroirs réfléchissants montés fixement sur le bloc optique, - des miroirs transmettant associés à des optiques mélangeuses qui permettent d'effectuer un mélange des ondes lumineuses, pour créer des franges d'interférence sur un ensemble de cellules photoélectriques, le défilement desdites franges représentant la rotation angulaire du gyrolaser et étant transformé par lesdites cellules photoélectriques en signaux électriques utilisables, - des miroirs dits "mobiles", appelés piézo-électriques, néanmoins montés fixement sur le bloc optique, associés à des moyens d'asservissement de la longueur de cavité de manière à ce que la fréquence de résonance de la cavité optique corresponde à celle pour laquelle le gain du milieu amplificateur de lumière est maximum. Ces différents miroirs et, en particulier, les miroirs piézo-électriques, doivent présenter des caractéristiques souvent inconciliables. Ils doivent notamment: - être aussi légers et indéformables que possible pour être insensibles aux vibrations, - etre insensibles aux contraintes thermiques, - être montés sans jeu entre les pièces qui les composent, - être exempts de tout risque de fluage, notamment des colles, pour que lors du vieillissement, la longueur de la cavité ne soit pas modifiée, - avoir une dynamique suffisante pour compenser les variations de longueur de la cavité optique dans tout le domaine de température où le gyromètre est appelé à fonctionner, - pouvoir être fixés sur le bloc optique par adhérences moléculaires, - et en plus avoir de très bonnes qualités réfléchissantes, soit un niveau de pertes brutales par diffusion, absorption et transmission extrêmement faible. Habituellement, ces miroirs comprennent un substrat présentant une face polie sur laquelle est déposé un revêtement réfléchissant composé d'un empilement de couches multidiélectriques. Dans le cas d'un miroir piézo-électrique, le substrat comprend un élément cylindrique plein, suspendu par deux membranes parallèles radiales en forme de rondelles qui s'étendent perpendiculairement à l'axe dudit élément pour venir se fixer sur une pièce annulaire de support et de fixation. Les déplacements axiaux de l'élément cylindrique sont assurés par un moteur piézo-électrique pouvant consister en un bilame venant en appui sur la face de l'élément cylindrique opposé au miroir. I1 s'avère que la réalisation de ces miroirs selon les techniques actuelles est relativement complexe et coûteuse en raison du traitement de la face réfléchissante du substrat et du dépôt de la matière réfléchissante dans la zone de dépôt souhaitée de cette face. En effet, dans le cas d'un miroir fixe présentant une surface de réflexion plane ou sphérique dans lequel le substrat consiste en une lame, la face portant la couche réfléchissante sert également à la fixation du miroir sur le bloc optique: dans les zones périphériques de cette face où s'effectue la fixation, l'état de surface doit être différent de celui de la zone réfléchissante et ne doit pas recevoir de revêtement réfléchissant. Ce problème se retrouve également dans certains types de miroirs piézoélectriques dans lesquels la face réfléchissante et la face de fixation sont situées dans un même plan, la face de fixation étant dans le prolongement de la face réfléchissante. Bien entendu, la difficulté de réalisation du traitement de surface et du dépôt de la couche réfléchissante s'accroît en fonction de la complexité de la forme du substrat. Un autre inconvénient de cette technique est que les procédés de dépôt de couche réfléchissante qui exigent des traitements dans des conditions, par exemple de pression et de température, peuvent entraîner la détérioration et/ou la déformation du substrat et de l'ensemble moteur piézo-électrique. Ceci oblige un ordre particulier des opérations de fabrication. A cet inconvénient s'ajoute celui relatif au fait que lors du contrôle qualité du miroir, un nombre important d'ensembles substrat/miroir doivent être rejetés en raison de défauts de la couche réfléchissante. De ce fait, plus le substrat est complexe et plus la perte de coût est importante. L'invention a donc plus particulièrement pour but de supprimer tous ces inconvénients. Elle propose, à cet effet, un miroir réalisé en au moins deux parties, à savoir: - une pastille réfléchissante, de petites dimensions, qui présente d'un côté, une face réfléchissante plane ou présentant une certaine sphéricité et, de l'autre côté, une face de fixation ayant subi un traitement de surface approprié pour permettre sa fixation sur un substrat de miroir fixe ou piézo électrique, et - un substrat de miroir fixe ou piézo-électrique comprenant deux plages de fixation, à savoir: une première plage de fixation ayant subi un traitement de surface approprié pour pouvoir se fixer par une technique de collage, de soudage ou de thermocompression sur une face du bloc optique, et une seconde plage de fixation ayant subi un traitement de surface de manière à ce que la face de fixation de la pastille puisse venir s'y solidariser également par une technique de collage, de soudage ou de thermocompression. Avantageusement, le traitement de surfaces des deux plages de fixation est de même nature que le traitement de la face de fixation de la pastille réfléchissante. Grâce à ces dispositions, il devient plus facile et moins coûteux de réaliser des substrats, pouvant présenter des formes complexes et qui n'ont pas à subir de traitements de surface de haute précision comparables à ceux nécessaires pour réaliser la face réfléchissante de la pastille, ni même à subir les contraintes thermiques nécessaires pour effectuer le dépôt de couches réfléchissantes. De même, les deux plages de fixation du substrat pourront être situées dans un même plan, voire dans deux plans parallèles, la première plage de fixation entourant la seconde. En outre, le substrat pourra être réalisé en un matériau différent de celui de la pastille, par exemple un matériau moins coûteux et plus facilement usinable. Ce substrat pourra donc être réalisé séparément de la pastille selon des techniques différentes. Les traitements les plus délicats et exigeant la plus haute précision n'étant effectués que sur des pièces de géométrie simples et de petites dimensions. I1 devient donc possible de réaliser les miroirs selon des processus industriels à cadence rapide. Enfin, la surface de la pièce à traiter étant ainsi extrêmement minimisée, le nombre de pièces traitées par campagne de dépôt pourra se voir augmenté de façon extrêmement avantageuse, d'où un coût par campagne de dépôt réellement diminué. Des modes d'exécution de l'invention seront décrits ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels: Les figures 1A à 4A sont des demi-coupes schématiques de substrats de miroirs, fixes (figure 1A) et mobiles ou piézo-électriques (figures 2A à 4A); Les figures 1B à 4B sont des demi-coupes des substrats représentés sur les figures 1A à 4A, montés sur un bloc optique de gyromètre et équipés de pastilles réfléchissantes rapportées. Le substrat 1 représenté sur les figures 1A et 1B se compose d'une plaquette de section rectangulaire réalisée en le même matériau que le bloc optique B sur lequel elle vient se fixer. Ce substrat 1 peut, par exemple, présenter une forme circulaire de diamètre de 20 mm et être destiné à comprendre sur l'une de ses faces 2 une zone centrale coaxiale Zt de diamètre pouvant aller de 4 à 8 mm au niveau de laquelle doit s'effectuer la réflexion du rayonnement laser. Sur la face 2, la couronne comprise entre la zone réfléchissante et le bord circulaire du substrat constitue une zone de fixation Z2 utilisée pour assurer la fixation du substrat 1 sur le bloc optique B. Il s'avère que selon les techniques usuelles de réalisation des miroirs de gyromètres laser, la zone centrale Z1 et la zone de fixation Z2, toutes deux présentes sur la même face, doivent faire l'objet de deux traitements ou degrés d'usinage différents. Ainsi pour permettre d'assurer une bonne fixation par liaison en adhérence moléculaire, la zone de fixation Z2 doit présenter une planéité de l'ordre de X /10 et une rugosité appropriée à ce type de liaison. Par contre, la zone centrale Z1 doit en outre subir un micropoli de manière à atteindre une rugosité inférieure à 1 A. Cette zone doit être ensuite recouverte d'un certain nombre de couches réfléchissantes obtenues par un dépôt de matière (par exemple selon les techniques IBS ou 'AD) habituellement suivi d'un traitement de recuit à une température supérieure à quelques centaines de degrés. n est clair que ce traitement thermique exclut la possibilité d'utiliser avant dépôt des procédés de liaison (par exemple pour l'assemblage d'un substrat réalisé en plusieurs parties ou l'assemblage du moteur piézo-électrique) ne tenant pas à cette température. Bien entendu, une fois que la couche réfléchissante est déposée, des précautions particulières doivent être prises pour éviter tout risque de détérioration (rayures) ou pollutions de la face réfléchissante. Ainsi, compte tenu du temps de réalisation des miroirs qui comprend à la fois les temps de préparation, de dépôt et de nettoyage, le prix de revient des miroirs est très élevé malgré l'usage de machines automatiques dont la capacité est fonction du diamètre du substrat. Comme précédemment mentionné, I'invention a pour but de réduire ces inconvénients en remplaçant les opérations de traitement et le dépôt sur la zone centrale Z1 portant la couche réfléchissante par la fixation, au niveau de cette zone centrale Z1, d'une pastille réfléchissante P (par exemple d'un diamètre de 4 à 8 mm) comprenant un support 3 réalisable en une matière de même nature que le substrat 1 ou en une autre matière. Ce support 3 présente d'un côté une face réfléchissante 4 traitée de manière à obtenir une haute précision (planéité de l'ordre de I A) ainsi qu'un bon coefficient de réflexion et, de l'autre côté, une face de fixation 5 ayant subi un traitement de surface approprié pour permettre sa fixation sur la zone centrale Z1 du substrat 1 par exemple par une technique de liaison par adhérence moléculaire de même nature que celle réalisée entre le substrat 1 et le bloc optique B. Avantageusement, la totalité de la face 2 du substrat 1 recevra un même traitement de surface (par exemple une planéité de l'ordre de X/10, X étant la longueur d'onde du rayonnement laser engendré dans le bloc optique B) convenant à la fois à sa solidarisation au bloc optique B et à la pastille réfléchissante P. La figure 1B montre le substrat 1 fixé par sa zone périphérique Z2 sur le bloc optique B et sur lequel est fixée, au niveau de la zone centrale Z1, une pastille réfléchissante P sur laquelle a été préalablement effectué un dépôt de matière réfléchissante. Dans l'exemple représenté sur les figures 2A, 2B et 3A, 3B, le substrat 1' comprend un corps cylindrique central C suspendu par deux membranes parallèles radiales, axialement décalées M1, M2, qui s'étendent perpendiculairement à l'axe du corps C, pour venir se fixer sur une bague de support et de fixation SF coaxiale audit corps C. Les faces radiales 6, 7 du corps C et de la bague SF situées d'un même côté s'étendent dans un même plan. La face radiale 7 de la bague SF sert de face de fixation du substrat 1' sur le bloc optique B, tandis que la face radiale 6 du corps C sert de face de fixation de la pastille réfléchissante P. Ces deux faces radiales 6, 7 sont traitées de la même façon pour obtenir une planéité de l'ordre de B/10 ou même inférieure. Les figures 2B et 3B montrent le substrat 1' fixé sur le bloc optique B au niveau de la face radiale 7 et dont la face radiale 6 du corps C porte une pastille réfléchissante P. Dans l'exemple illustré sur la figures 2B, les faces radiales 8, 9 du corps C et de la bague SF situées à l'opposé des faces radiales 6, 7, s'étendent dans un même plan et portent un équipement bilame 10 solidarisé, au niveau de sa périphérie, sur la bague grâce à une virole V venant se fixer par collage sur la paroi cylindrique de la bague SF et dont une bordure V' vient en retour sur la face extérieure de l'équipement 10. Par contre, dans l'exemple représenté sur les figures 3A et 3B, l'actionnement du corps C est assuré par un disque ajouré 11, équipé de céramiques piézoélectriques 12, qui est directement solidarisé par exemple par collage, à la face 9 de la bague SF située à l'opposé des faces de fixation 6, 7. Dans cet exemple, la bague SF présente un alésage étagé dont le diamètre est plus important dans sa partie adjacente au disque 11. Le substrat représenté sur les figures 4A et 4B présente une structure similaire à celui des figures 3A et 3B, à la différence que - la face de fixation 6 du miroir, la face de fixation 7 du substrat 1" sur le bloc optique B et la face extérieure 13 de l'une des deux membranes M2 s'étendent dans un même plan, - la face extérieure 14 de l'autre membrane M1 s'étend dans le plan de la face radiale 9 de la bague SF située à l'opposé de la face de fixation 7, - la longueur axiale du corps C est plus grande que celle de la bague SF de sorte que le corps C s'étend sur une longueur h au-delà du plan de la face extérieure de la membrane M1 et de la face radiale 9. L'actionnement du corps est ici assuré par un bilame 15 qui s'étend radialement dans le plan de la face 8 du corps C. Ce bilame 15 est par ailleurs fixé par collage au niveau de sa périphérie, sur un caisson de dilatation 16 lui-même fixé par collage sur la face radiale 9 de la bague SF. La hauteur de ce caisson 16 est sensiblement égale à la longueur h de la partie dépassante du corps C par rapport au plan. Ce mode d'exécution présente l'avantage de pouvoir réaliser le substrat 1" en plusieurs parties, de fixer ensuite par collage les bilames 15 sur la bague SF par l'intermédiaire du caisson de dilatation 16 puis d'effectuer des tests de fonctionnement avant de réaliser la fixation de la pastille réfléchissante P sur le corps C. Dans les exemples illustrés figures 2A à 4B, le substrat est réalisé en deux parties assemblées et éventuellement collées au niveau d'un plan transversal de symétrie de la bague SF. Bien entendu, le substrat pourrait comprendre plus de deux parties assemblées différemment. Revendications 1. Miroir à pastille réfléchissante rapportée, destiné à être fixé sur le bloc optique B d'un gyromètre laser, caractérisé en ce qu'il est réalisé en au moins deux parties, à savoir: - une pastille réfléchissante (P), de petites dimensions, qui présente d'un côté, une face réfléchissante (4) et, de l'autre côté, une face de fixation (5) ayant subi un traitement de surface approprié pour permettre sa fixation sur un substrat (1) de miroir fixe ou piézo-électrique, et - un substrat de miroir fixe ou piézo-électrique (1, 1', 1") comprenant deux plages de fixation, à savoir: une première plage de fixation (Z2, 7) ayant subi un traitement de surface approprié pour pouvoir se fixer par une technique de collage, de soudage ou de thermocompression sur une face du bloc optique (B), et une seconde plage de fixation (Z1, 6) ayant subi un traitement de surface de manière à ce que la face de fixation (5) de la pastille (P) puisse venir sty solidariser également par une technique de collage, de soudage ou de thermocompression. 2. Miroir selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement de surfaces des deux plages de fixation (Z1, 6- Z2, 7) est de même nature que le traitement de la face de fixation (5) de la pastille réfléchissante (P), ce traitement permettant d'obtenir une planéité de l'ordre de au10, voire inférieure. 3. Miroir selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les deux plages (Z1, Z2) de fixation du substrat (1, 1', 1") sont situées dans un même plan ou dans deux plans parallèles. 4. Miroir selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première plage de fixation (Z2, 7) entoure la seconde (Zl, 6). 5. Miroir selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pastille réfléchissante (P) comprend un support (3) comprenant une face de fixation (5) et une face réfléchissante (4) présentant une planéité de l'ordre de 1 A et un bon coefficient de réflexion. 6. Miroir selon la revendication 5, caractérisé en ce que le substrat (1, 1', 1") est réalisé en un matériau différent de celui du susdit support (3). 7. Miroir selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le susdit substrat (1, 1', 1") est réalisé en une ou plusieurs partiels. 8. Miroir selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le substrat (1, 1', 1") comprend un corps cylindrique central (C) suspendu à une bague de support et de fixation coaxiale (SF) par deux membranes parallèles radiales axialement décalées (M1, M2), les faces radiales (6, 7) de la bague (SF) et du corps (C) situées d'un même côté servant respectivement de face de fixation du substrat (1, 1', 1") sur le bloc optique (B) et de face de fixation (5) de la pastille réfléchissante (P). 9. Miroir selon la revendication 8, caractérisé en ce que les faces radiales (8, 9) du corps (C) et de la bague (SF) situées à ltopposé des susdites faces radiales (6, 7) portent un équipement d'actionnement de type bilame ou piézo-électrique (8, 9). 10. Miroir selon la revendication 9, caractérisé en ce que la fixation du susdit équipement sur la susdite bague (SF) est assurée par collage 11. Miroir selon la revendication 10, caractérisé en ce que les faces radiales (8, 9) du corps (C) et de la bague s'étendent dans un même plan, et en ce que l'équipement d'actionnement (10) est solidarisé au niveau de sa périphérie sur la bague (SF), grâce à une virole (V) venant se fixer par collage sur la paroi cylindrique de la bague (SF) et dont une bordure (v) vient en retour sur la face extérieure de l'équipement (10). 12. Miroir selon la revendication 10, caractérisé en ce que le susdit équipement d'actionnement (11) est directement solidarisé à la face (9) de la bague (SF) située à l'opposé des faces de fixation (6, 7). 13. Miroir selon la revendication 10, caractérisé en ce que la susdite fixation s'effectue par l'intermédiaire d'un caisson de dilatation (16). 14. Miroir selon la revendication 13, caractérisé en ce que le susdit corps (C) s'étend au-delà du plan de la face radiale (9) de la bague (SF), sur une longueur sensiblement égale à la hauteur du susdit caisson (16).