Brevet FR2863047A1 — publié le 20050603

La présente invention concerne un interféromètre pour l'étude du référentiel de propagation des ondes electromagnétiques et notamment de la lumière, tel qu'il a été mis en évidence par Georges Sagnac dès 1911. Les expériences de Sagnac et les réalisations qui en découlent ne mesurent que les rotations, par interférométrie à partir d'une source lumineuse unique. Pour des mesures de translations, l'interférométrie à source unique ne peut donner d'indications directes en raison du fait que la somme vectorielle des projections des différents segments du trajet optique allant d'un point de la source à un point du récepteur sur la direction de déplace- ment est un invariant. On doit donc recourir à la disposition imaginée par Michelson et Morley pour réaliser leur célèbre expérience. La très faible sensibilité de cette méthode dont l'équation de mesure est du second ordre par rapport au quotient v/C de relation entre la vitesse à mesurer v et la vitesse de la lumière C introduit des risques d'erreurs considérables: une différence de température de 1/100 de degré centigrade entre les deux branches de I' interféromètre suffirait à expliquer la disparition de l'effet recherché, et cette vérification n'est consignée dans aucune des relations publiées. En outre cette faible sensibilité exige pour un résultat déja problématique un appareillage très coûteux et ne peut mesurer en pratique qu'une vitesse aussi extra- vagante que la vitesse orbitale de la Terre, ce qui n'élimine pas l'hypothèse que le référentiel de Sagnac soit lié au champ de gravitation terrestre, et que chaque champ de gravitation engendre de même son propre référentiel de propagation de la lumière, ce qui expliquerait bien des choses. La possibilité de transposer les expériences de Sagnac et leurs applications in- dustrielles dans le domaine de la mesure de translations réapparait si l'on peut réaliser ces mesures dans un interféromètre que nous appellerons différentiel. construit selon le principe de l'invention. Dans l'appareil conforme à l'invention, la mesure tachymétrique est représentée par le déplacement des franges d'interférence apparaissant à la réunion des faisceaux ayant parcouru chacun une des deux branches de l'interféromètre, et subi chacun une multiplication de leur fréquence initiale, caractérisé en ce que la répartition des distances parcourues avant et après traversée des multiplicateurs est différente de l'une à l'autre des branches. et en ce que ces deux branches sont disposées parallèlement à la direction du déplacement dont on veut mesurer la vitesse. Dans le référentiel de Sagnac, ce déplacement à vitesse v donne à la lumière, relativement à l'appareillage. une vitesse C+v si la lumière se propage en sens inverse du déplacement, une vitesse C-v si la lumière se propage dans le sens du déplacement. En appelant D la distance sur laquelle la lumière se propage, parallèlement au déplacement â mesurer à deux fréquences différentes dans l'une et I' autre des branches de mesure, et F la fréquence initiale d'émission de la source laser, et en prenant pour multiplicateurs de fréquence des doubleurs, la différence de phase, exprimée en périodes. produite par ce trajet D est égale à DF(1/C) lorsque l'appareil est immobile dans le référentiel de Sagnac ou lorsque la direction de mesure est perpendiculaire au déplacement et à DF(1/(C+v)) lorsqu'il existe un déplacement parallèle à la direction de mesure, si l'on compte v algébriquement, en sens positif opposé à la propagation de la lumière_ Si l'appareil a été reglé au zéro dans le premier cas, on observera dans le second cas un décalage. exprimé en périodes égal à DF((1/(C+v)) - (1/C)) = DF((C-C-v)/(C2+vC)) = DF(-v/(Cs+vC)) qu'on peut assimiler à DF (v / C') = (D / lambda) (v / C) en valeurs absolues_ A la latitude de Paris. la vitesse tangentielle de la rotation diurne de la Terre est de l'ordre de 300 mis; avec l'appareil conforme à l'invention, équipé d'un laser de longueur d'onde de l'ordre de 1000 nm, et une distance D = 0.5 m_ en arrondissant C à 300 000 km/s, la mesure représente un décalage ( 0.5 / 0.000001) x ( 300 / 300 000 000) = 0, 5 période. Le dessin annexé illustre l'invention: la figure unique 1 représente une vue schématique en plan du système optique de l'interféromètre conforme à l'invention. En référence à ce dessin. l'interféromètre comporte un laser (1) de longueur d'on-de nominale lambda_ Le faisceau lumineux émis par ce laser est divisé par le pris-me semi-réfléchissant (2) en deux faisceaux secondaires dont l'un est renvoyé par le miroir (3). de manière à ce que les deux faisceaux parcourent parallèlement selon une direction qui est ainsi celle de mesure, une certaine distance. Dans ce parcours, chacun des deux faisceaux traverse un doubleur de fréquence, respectivement (4) et (5)_ Ces deux doubleurs de fréquence sont espacés d'une certaine distance D qui constitue le paramètre de mesure désigné par la même lettre dans le calcul ci-dessus_ II en résulte que cette distance D est parcourue à la fréquence F par le demi-faisceau qui ne rencontre son doubleur qu'après ce parcours. alors que l'autre demi-faisceau parcourt cette distance D à la fréquence 2F d'où il résulte la différence de phase indiquée au début du calcul précédent_ A l'issue de ce parcours, un miroir (6) renvoie l'un des demi faisceaux en direction du prisme recomposeur (7) qui dirige le double faisceau où se produisent les inter férences de fréquence 2F utilisées pour la mesure vers le capteur (8) qui peut être une simple camera video monochrome_ REVENDICATIONS 1)lnterféromètre utilisant de manière connue les interférences produites par la réunion de deux faisceaux secondaires provenant de la division d'un faisceau primaire émis par une source de lumière cohérente. et parcourant parallèle-ment une certaine distance dite de mesure, caractérisé en ce que chacun de ces faisceaux secondaires traverse un multiplicateur de fréquence. et que ce multipli cateur de fréquence est disposé au début de la distance de mesure parcourue par l'un des faisceaux, et à la fin de cette distance de mesure parcourue par l'autre des faisceaux secondaires, de manière à provoquer entre ces deux faisceaux un déphasage dont les variations suivent directement celles de la vitesse de la lumière, bien que cette vitesse soit la même dans ces deux faisceaux