EP4302051A1 - Générateur d'un signal lumineux modulé anti-effet kerr, dispositif de mesure interférométrique comportant un tel générateur et méthode de modulation d'un signal lumineux - Google Patents

Générateur d'un signal lumineux modulé anti-effet kerr, dispositif de mesure interférométrique comportant un tel générateur et méthode de modulation d'un signal lumineux

Info

Publication number
EP4302051A1
EP4302051A1 EP22713554.8A EP22713554A EP4302051A1 EP 4302051 A1 EP4302051 A1 EP 4302051A1 EP 22713554 A EP22713554 A EP 22713554A EP 4302051 A1 EP4302051 A1 EP 4302051A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
light signal
power
smod
value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22713554.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Eric Ducloux
Christophe OLLIVIER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National dEtudes Spatiales CNES
Exail SAS
Original Assignee
Centre National dEtudes Spatiales CNES
Exail SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National dEtudes Spatiales CNES, Exail SAS filed Critical Centre National dEtudes Spatiales CNES
Publication of EP4302051A1 publication Critical patent/EP4302051A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
    • G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
    • G01C19/721—Details
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/0121—Operation of devices; Circuit arrangements, not otherwise provided for in this subclass
    • G02F1/0123—Circuits for the control or stabilisation of the bias voltage, e.g. automatic bias control [ABC] feedback loops
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/21—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference
    • G02F1/211—Sagnac type
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/50—Phase-only modulation

Definitions

  • Generator of an anti-Kerr effect modulated light signal interferometric measuring device comprising such a generator and method of modulating a light signal
  • the present invention relates to the field of optics, in particular the propagation of light beams from a light source, for example a laser.
  • the invention particularly relates to a generator of a modulated anti-Kerr effect light signal, an interferometric measuring device comprising such a generator and a method of modulating a light signal.
  • the invention finds a particularly advantageous application in the field of measurements of physical parameters carried out using in particular a Sagnac interferometer.
  • the invention applies to the production of an optical fiber gyroscope.
  • Figure 1 illustrates a fiber optic gyrometer la which conventionally comprises:
  • Sagnac interferometer 3a in which propagate a first light signal and a second mutually counter-propagating light signal, said Sagnac interferometer 3a comprising
  • an optical splitter 6a connected, on the one hand to said input port 4a and, on the other hand, to a first arm 7a and to a second arm 8a of said Sagnac interferometer 3a,
  • an optical fiber loop 9a a first end of which is coupled to the first arm 7a and a second end is coupled to the second arm 8a, configured so that a rotation of the gyrometer la in the plane of FIG. 1 generates a phase shift between the signals counter-propagating propagating in the loop 9a,
  • the input/output port 4a transmitting, in a return direction 10a opposite to the forward direction 5a, an output light signal having an output light power which is a function of the phase shift between the two counter-propagating signals, - a photodetector 11a, configured to receive the output signal and to deliver an electrical signal representative of the output light power, and
  • An optical coupler 12a which couples, in the forward direction 5a, the light signal generator 2a to said input/output port 4a and, in the return direction 10a, the input/output port to the photodetector 11a.
  • Such an interferometric measuring device la can for example be used in an interferometric fiber optic gyroscope (“Interferometric Fiber-Optic Gyroscope” or “l-FOG”), the physical parameter to be measured being in this case a spin.
  • Interferometric Fiber-Optic Gyroscope or “l-FOG”
  • the light signal generator comprises a light source which emits a light signal whose spectral band extends over a width conventionally comprised between a few nanometers and a few tens of nanometers.
  • the source is conventionally a so-called ASE (“Amplified Spontaneous Emission”) source or else a so-called SLED (“Superluminescent Light Emitting Diode”) source.
  • Single-frequency sources otherwise known as single-mode sources, such as laser diodes, in particular DFB (“Distributed Feed-Back”) type diodes, make it possible to solve the drawbacks of wide-spectrum sources.
  • DFB Distributed Feed-Back
  • Single-frequency sources make it possible to solve the drawbacks of wide-spectrum sources.
  • DFB Distributed Feed-Back
  • the Kerr effect designates an electro-optic phenomenon of birefringence, that is to say a variation in the refractive index of a material under the effect of an electric field.
  • this electric field is generated by the electric fields of the counter-propagating signals and each of the counter-propagating beams therefore undergoes a self-induced Kerr effect and a Kerr effect induced by the other counter-propagating signal.
  • the Kerr effect generates an Acpk phase shift between the two counter-propagating signals, which the measurement means of the gyrometer, here the photodetector 11a, are not capable of distinguishing from the Acpr phase shift generated by rotation.
  • the Kerr effect therefore falsifies the result of the measurement of the rotation.
  • the factor e is a quantity characteristic of the optical fiber, representative of the variation in refractive index induced by the counter-propagating signals. In a silica optical fiber, this factor depends on the dielectric susceptibility of the silica c b and is approximately equal to 2 ⁇ 10 15 pW -1 . This characteristic quantity is particularly detailed in the work “The fiber-optic gyroscope”, H. C . Lefsky, Artech House, Second Edition, 2014, Chapter 7.3.
  • the factor a is a constant close to 2 or equal to 2, for example between 1.6 and 2.4, the value of which is specific to a gyrometer structure.
  • This value is determined by calibration by carrying out a reference measurement, for example a measurement of the rotational speed of the earth by positioning the gyrometer in two opposite orientations so as to find the Kerr value by summing the two results, and by adjusting - in the source electronics - the value of a which cancels this residue.
  • a reference measurement for example a measurement of the rotational speed of the earth by positioning the gyrometer in two opposite orientations so as to find the Kerr value by summing the two results, and by adjusting - in the source electronics - the value of a which cancels this residue.
  • phase shift Acpk induced by the Kerr effect is zero when the ratio between the power at the measurement point P Mes and the average output power ⁇ P> is equal to the factor a.
  • the present invention provides a solution to the aforementioned problems
  • a generator of an anti-Kerr modulated light signal comprising a primary light source having four longitudinal modes or less and configured to generate a light signal, and means for modulating the light signal configured to modulate the power of the light signal by a square or square type control signal whose duty cycle is less than or equal to 50% and which are adapted so that the modulated light signal is periodic and has:
  • the light signal generator supplies a modulated signal which can be transmitted in a Sagnac interference device, in particular an optical fiber gyroscope, without generating a Kerr effect or by generating a greatly reduced Kerr effect.
  • control signal has a duty cycle strictly less than 50%.
  • the primary light source can be a laser diode.
  • a laser diode advantageously has low power consumption, low production cost, reduced surface space, a satisfactory scale factor due to the wavelength stability and a moderate thermal rise in operation.
  • RIN Relative Intensity Noise
  • the gain is equal to 2.
  • the gain is a good estimate of the value of the factor a.
  • the gain is chosen to be equal to the factor a.
  • the modulating means comprise means for adjusting the second power value of the light signal.
  • the modulating means comprise means for adjusting the duty cycle of the control signal.
  • the means for adjusting the second power value and/or the duty cycle make it possible to adjust the modulation optimally according to the application envisaged.
  • the first power value is the maximum value of the power of the modulated light signal.
  • the second power value is the minimum power value of the modulated light signal.
  • the generator comprises a servo loop delivering a servo signal representative of the difference between the first value and the average power of the modulated light signal multiplied by the gain, the modulation means being controlled by the servo signal.
  • a control loop advantageously makes it possible to dispense with manual adjustment of the generator. Additionally, modulation accuracy is improved since the feedback loop allows for dynamic modulation adjustment.
  • the servo loop comprises a photodetector configured to receive at least part of the modulated light signal and to deliver a first signal representative of the power of the light signal, a first filter configured to deliver a second signal equal to the average value of the first signal multiplied by the gain, a second filter configured to deliver a third signal equal to the first value, a servo module configured to compare the second signal and the third signal and to deliver the signal d servo-control representative of the difference between the second signal and the third signal.
  • the primary light source comprises an integrated photodetector.
  • the generator thus gains in compactness, compared to a generator comprising a separate photodetector from the primary light source.
  • the modulating means are suitable for modulating the power supply of the primary light source.
  • the modulation means comprise an optical modulator located downstream of the primary light source.
  • a method is proposed for modulating a light signal emitted by a primary light source having four longitudinal modes or less, comprising a step of modulating the light signal by a control signal of the square or slot type. whose duty cycle is less than or equal to 50% so that the modulated light signal is periodic and presents:
  • the duty cycle of the control signal is strictly less than 50%.
  • the gain is equal to 2.
  • the modulation step includes an adjustment of the second power value of the light signal.
  • the modulation step includes an adjustment of the value of the duty cycle of the light signal.
  • the modulation step includes servo-control of the modulation by a servo-control signal representative of the difference between the first value and the mean power of the light signal multiplied by the gain.
  • the modulation step includes modulation of the power supply of the primary light source.
  • the modulation step comprises optical modulation of the light signal emitted by the primary light source.
  • the method includes servo-control of the modulation by an external synchronization signal.
  • an interferometric measuring device comprising a modulated light signal generator according to the invention.
  • the interferometric measuring device is an optical fiber gyroscope.
  • the different characteristics, variants and embodiments of the invention can be associated with each other in various combinations insofar as they are not incompatible or exclusive of each other.
  • Figure 1 illustrates a conventional architecture of a fiber optic gyroscope
  • FIG. 2 is a functional diagram illustrating a modulated light signal generator according to one embodiment of the invention
  • FIG. 3 is a timing diagram illustrating the output power of the modulated light signal from a generator according to the invention as well as the value of the modulation control signal,
  • FIG. 4 illustrates an alternative embodiment of the light signal generator according to the invention, in which the generator comprises a control loop for the minimum power of the light signal,
  • FIG. 5 illustrates an alternative embodiment of the light signal generator according to the invention, in which the generator comprises a duty cycle feedback loop,
  • FIG. 6 illustrates an alternative embodiment of the light signal generator according to the invention, in which the generator comprises an optical modulator.
  • FIG. 7 illustrates a fiber optic gyroscope comprising a modulated light signal generator according to the invention
  • the modulated light signal generator 1 illustrated in FIG. 2 comprises a primary light source 2 configured to generate a light signal having a single longitudinal mode.
  • the primary source 2 is here powered by a current source 3 and delivers a light signal Smod modulated by modulation means 4, or modulation circuit, so as to present a first power value, or high value, and a second value of power, or low value.
  • the primary light source 2 is an integrated laser diode of the DFB type, conventionally comprising a PN junction, a waveguide and an optical resonance cavity comprising a Bragg grating.
  • a DFB type diode is configured to deliver a monofrequency light signal.
  • the current source 3 here comprises a voltage supply module 7 delivering, at an intermediate supply terminal 8, an intermediate voltage and a voltage-current conversion circuit 9 delivering, at the level of a main supply terminal 10, the supply current le to the primary light source 2.
  • the voltage supply module 7 comprises a first supply terminal 11 configured to deliver a first supply voltage VI, for example here 3 volts, a second supply terminal 12 configured to deliver a second supply voltage supply V2, which can take here for example any value between 0 and 1 volt, and a bidirectional switch 13 coupled between the two supply terminals 11, 12 and the intermediate terminal 8.
  • the bidirectional switch 13 is configured to be either in a first configuration in which the current-voltage conversion circuit 9 is coupled to the first supply terminal 11, or in a second configuration in which the conversion circuit 9 is coupled to the second supply terminal 12.
  • the bidirectional switch 13 is here a semiconductor integrated circuit.
  • the bidirectional switch 13 is electrically controlled by a control signal 50, or modulation control signal.
  • the modulation means 4 are here configured to adjust the parameters of the modulation, that is to say here the value of the second supply voltage V2 and therefore the second power value, and are configured to adjust the duty cycle by controlling the bidirectional switch 13.
  • the modulation means 4 are here configured to deliver the control signal 50, which here controls the bidirectional switch 13 and which is a square signal which can be either in a high state or in a low state.
  • the modulation means 4 comprise a communication interface 60, for example a connector or a terminal block, making it possible to receive the control signal 50 from the outside, for example from centralized control means MC of an interferometer to which the light signal generator 1 is coupled.
  • the gyrometer control means MC are configured to deliver the first control signal 50 having here a fixed duty cycle of less than 50%, for example 47%.
  • the bidirectional switch 13 is configured to be in its first configuration when the control signal 50 is in the high state and in its second configuration when the control signal 50 is in the low state.
  • the modulation means 4 comprise means 61 for adjusting the value of the second supply voltage V2.
  • the adjustment means 61 comprise a mechanically adjustable potentiometer so as to adjust the value of the second supply voltage between 0 volt and 1 volt.
  • the action of adjustment means 61 on second voltage V2 is symbolized by an arrow referenced 51.
  • control signal 50 modulates the value of the intensity of the supply current Ie and therefore the value of the power of the signal modulated light Smod emitted by the primary light source 2.
  • the modulated light signal Smod emitted by the primary light source 2 therefore has the first power value, for example here equal to 2 mW, when the primary light source is supplied by the first voltage VI, and the second value of power lower than the first power value when the primary light source 2 is powered by the second voltage V2.
  • the second power value is adjustable by adjusting the second voltage V 2. Since neither of the two voltages VI and V 2 is zero, neither of the two power values of the modulated signal is zero and the modulated light signal Smod does not present any extinction.
  • the transfer functions of the current source B and the primary light source 2 are such that the modulated light signal Smod is distorted and does not have a duty cycle identical to that of the control signal 50.
  • the modulated signal Smod is deformed so that it is not a square signal; it is therefore difficult to determine a duty cycle.
  • the generator 1 further comprises a photodetector 24 configured to receive part of the modulated light signal Smod and to deliver a measurement signal Sm representative of the power of the modulated light signal Smod.
  • the photodetector is an integrated photodiode.
  • the photodetector 24 is integrated into the bottom of the cavity of the laser diode and receives all the power of the light signal emitted on this side.
  • the photodetector can be located outside the laser diode 2, downstream of the laser diode 2 relative to the direction of propagation of the light signal so as to receive part of the optical power of the light signal, for example 5 %.
  • the second power value can therefore be adjusted here, in particular as a function of the value of the measurement signal and of operations carried out thereon.
  • FIG. 3 is a timing diagram representing the evolution of the value of the control signal 50 and of the value of the power of the modulated light signal Smod delivered by the light signal generator 1, or output power Ps.
  • control 50 is here a square signal having a duty cycle of 47%.
  • the modulated light signal Smod is here substantially deformed with respect to the control signal 50. This deformation is in particular due to the architecture of the light signal generator 1, the materials used and the conditions under which the generation of the modulated signal Smod is implemented.
  • the modulated light signal Smod does not exhibit any extinction or, in other words, exhibits a non-zero low (or minimum) state.
  • the average power ⁇ P> of the signal Smod is equal to 1 mW.
  • the light signal generator 1 therefore advantageously makes it possible to reduce the Kerr effect.
  • the light signal generator 1 comprises a servo loop comprising a servo module 15 configured to deliver a servo signal Sas making it possible to adjust the value of the second supply voltage V2.
  • the servo module 15 is here configured to deliver a servo signal Sas representative of the integration of the difference between the power of the modulated signal Smod having the first power value and the average value of the modulated light signal Smod multiplied by the gain, here equal to 2.
  • the adjustment means 61 comprise an analog potentiometer controlled by the servo signal Sas and are configured to slave the value of the second supply voltage V2 to the cancellation of the difference between the power of the signal modulated Smod presenting the first power value and the average value of the modulated light signal Smod multiplied by the gain.
  • the servo module 15 comprises a first branch 16 and a second branch 17 each configured to receive a first signal, here the measurement signal Sm.
  • the servo module 15 further comprises a subtractor 18 comprising a first input coupled to the first branch 16, a second input coupled to the second branch 17 and an integrator 19.
  • the first branch 16 is configured to perform operations on the measurement signal Sm so as to deliver to the first input of the subtractor 18 a second signal
  • the first branch comprises a low-pass filter 20 and an amplifier 21 having the gain, coupled in series between photodetector 24 and subtractor 18.
  • the second branch 17 is configured to perform an operation on the measurement signal Sm so as to deliver to the second input of the subtractor 18 a third signal
  • the second branch 17 comprises a peak detector 22 which conventionally comprises a resistive-capacitive circuit and at least one diode.
  • the subtractor 18 is here configured to establish the difference of the values of the signals S2, S3 coming from the first and second branches 16, 17 and to deliver a fourth signal S4 representative of this this difference.
  • the subtractor 18 comprises a differential amplifier.
  • the fourth signal S4 is transmitted to the integrator 19 which integrates the fourth signal S4 so as to generate the control signal Sas controlling the value of the second supply voltage V2.
  • the servo module 15 it would be possible for the servo module 15 to be configured to slave the value of the duty cycle of the control signal 50, the value of the second supply voltage V2 being constant or manually adjustable.
  • the modulation means 4 comprise a duty cycle adjustment module 62, coupled between the communication interface 60 and the bidirectional switch 13, controlled by the servo signal Sas and configured to adjust the duty cycle of control signal 50 and to output an adjusted control signal.
  • the adjustment module 62 comprises an RC circuit, an adder and a Schmitt trigger.
  • the adjustment module 62 is not slaved but makes it possible to manually adjust the value of the duty cycle.
  • the adjustment module includes a potentiometer.
  • the light signal generator 1 does not include electronic modulation means, but optical modulation means 25 located downstream of the primary light source 2 relative to the direction of propagation of the light signal emitted by the source 2.
  • the optical modulation means 25 here comprise an optical intensity modulator configured to modulate the light signal generated by the primary light source 2 so as to produce the modulated light signal Smod.
  • the optical modulator 25 is a Mach Zehnder type modulator. It is right to note that in this embodiment, the photodetector 24 is not integrated into the cavity of the laser diode 2 but produced by a separate component. For example, 5% of the power of the modulated light signal Smod is here directed to the photodetector 24.
  • the current source B here does not include a bidirectional switch and the current supplied is of constant value.
  • the intermediate supply terminal 8 is configured to deliver the first supply voltage VI.
  • the servo signal Sas is transmitted to the control means which are in this example adapted to adjust the duty cycle and/or the second power value of the light signal.
  • FIG. 7 illustrates an interferometric measuring device lb, here an optical fiber gyrometer, comprising
  • Sagnac 3b interfera meter in which propagate a first counter-propagating light signal and a second light signal, said Sagnac 3b interfera meter comprising
  • an optical splitter 6b connected, on the one hand to said input port 4b and, on the other hand, to a first arm 7b and to a second arm 8b of said Sagnac interference meter,
  • the input/output port 4b transmitting, in a return direction 10b opposite to the forward direction 5b, an output light signal having an output light power which is a function of the phase difference between the two counter-propagating signals,
  • a photodetector 11b configured to receive said output light power and to deliver an electrical signal representative of the output light power
  • an optical coupler 12b which couples, in the forward direction 5b, the light source to said input/output port 4b, and in said return direction, the input/output port 4b to the photodetector 11b, a light signal generator 2b according to the invention
  • the control means MC in particular configured to deliver a control signal Sx acting here as a synchronization signal, the characteristics of which are calculated by the control means MC as a function in particular of the circulation time of the light in the sensor 9b.
  • the control means MC are also configured to carry out, in a synchronized manner, phase and power modulation operations of the light signals circulating in the gyrometer 1b, in particular at the level of the optical separator 6b.
  • a generator has previously been described comprising a primary light source which is a DFB type laser diode.
  • the invention is compatible with any type of light source having a number of modes less than four.
  • the invention is compatible with a single-frequency light source or whose operation is similar to single-frequency operation.
  • laser diodes of the Fabry Pérot type which emit on very few modes while leaving much less powerful secondary modes, are compatible with the invention.
  • control signal 50 the value of 47% of the duty cycle of the control signal 50 described previously is not limiting, the control signal being able to present any duty cycle less than or equal to 50%.
  • the maximum power of the modulated light signal Smod can preferably take any value between 0.5 mW and 20 mW, depending on the configuration of the primary light source and the value of the first supply voltage VI.
  • the minimum power depends on the value of the maximum power and on the duty cycle, and is then obtained by adjusting the second supply voltage in accordance with what has been described previously.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

L'invention concerne un générateur d'un signal lumineux modulé (Smod) anti-Kerr comportant une source primaire de lumière (2) présentant quatre modes longitudinaux ou moins et configurée pour générer un signal lumineux et des moyens de modulation (4) configurés pour moduler la puissance du signal lumineux par un signal de commande (50) de type carré ou créneau dont le rapport cyclique est inférieur ou égal à 50% et qui sont adaptés pour que le signal lumineux modulé (Smod) soit périodique et présente : - en un premier point du signal (Smod), une première valeur de puissance (PMes) égale au produit de sa puissance moyenne (≺P≻) par un gain comprise entre 1,6 et 2,4, - en un deuxième point du signal (Smod), une deuxième valeur de puissance (Pmin) non nulle et différente de la première valeur de puissance (PMes). L'invention concerne également une méthode de modulation et un dispositif de mesure.

Description

Générateur d'un signal lumineux modulé anti-effet Kerr, dispositif de mesure interférométrique comportant un tel générateur et méthode de modulation d'un signal lumineux
Domaine technique
[0001] La présente invention concerne le domaine de l'optique, notamment de la propagation de faisceaux lumineux issus d'une source lumineuse, par exemple d'un laser.
[0002] L'invention concerne tout particulièrement un générateur d'un signal lumineux modulé anti-effet Kerr, un dispositif de mesure interférométrique comportant un tel générateur et une méthode de modulation d'un signal lumineux.
[0003] L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des mesures de paramètres physiques réalisées à l'aide notamment d'un interféromètre de Sagnac. De façon préférée, l'invention s'applique à la réalisation d'un gyromètre à fibre optique.
Arrière-plan technologique
[0004] La figure 1 illustre un gyromètre à fibre optique la qui comporte classiquement :
- un générateur 2a de signal lumineux,
- un interféromètre de Sagnac 3a, dans lequel se propagent un premier signal lumineux et un deuxième signal lumineux mutuellement contra-propagatifs, ledit interféromètre de Sagnac 3a comprenant
- un port d'entrée/sortie 4a recevant, dans un sens aller 5a, un signal lumineux d'entrée,
- un séparateur optique 6a connecté, d'une part audit port d'entrée 4a et, d'autre part, à un premier bras 7a et à un deuxième bras 8a dudit interféromètre de Sagnac 3a,
- une boucle de fibre optique 9a dont une première extrémité est couplée au premier bras 7a et une deuxième extrémité est couplée au deuxième bras 8a, configurée pour qu'une rotation du gyromètre la dans le plan de la figure 1 engendre un déphasage entre les signaux contra- propagatifs se propageant dans la boucle 9a,
- le port d'entrée/sortie 4a transmettant, dans un sens retour 10a opposé au sens aller 5a, un signal lumineux de sortie présentant une puissance lumineuse de sortie qui est fonction du déphasage entre les deux signaux contra-propagatifs, - un photodétecteur lia, configuré pour recevoir le signal de sortie et pour délivrer un signal électrique représentatif de la puissance lumineuse de sortie, et
- un coupleur optique 12a qui couple, dans le sens aller 5a, le générateur 2a de signal lumineux audit port d'entrée/sortie 4a et, dans le sens retour 10a, le port d'entrée/sortie au photodétecteur lia.
[0005] Un tel dispositif de mesure interférométrique la peut par exemple être utilisé dans un gyromètre interférométrique à fibre optique (« Interferometric Fiber-Optic Gyroscope» ou « l-FOG» en anglais), le paramètre physique à mesurer étant dans ce cas une rotation.
[0006] Dans la plupart des gyromètres à fibre optique actuels, le générateur de signal lumineux comporte une source lumineuse qui émet un signal lumineux dont la bande spectrale s'étend sur une largeur comprise classiquement entre quelques nanomètres et quelques dizaines de nanomètres. Par exemple, la source est classiquement une source dite ASE (« Amplified Spontaneous Emission », en langue anglaise) ou encore une source dite SLED (« Superluminescent Light Emitting Diode », en anglais). L'emploi de telles sources présente d'une part l'avantage de limiter les effets de non-linéarité dans la fibre (par exemple l'effet Kerr détaillé ci-après) qui induisent un biais dans les mesures, et présente d'autre part l'avantage de limiter les interférences optiques parasites et le retour Rayleigh qui sont des sources de bruit perturbant les mesures.
[0007] Toutefois, ces sources présentent plusieurs inconvénients, parmi lesquels une forte consommation électrique, un coût de production élevé, un encombrement surfacique important, une élévation thermique importante en fonctionnement, ou encore un facteur d'échelle peu satisfaisant et la présence de bruit de type RIN (« Relative Intensity Noise », en langue anglaise) dans la mesure de la rotation.
[0008] Les sources monofréquence, autrement appelées sources monomodes, telles que les diodes laser, notamment les diodes de type DFB (« Distributed Feed-Back ») permettent de résoudre les inconvénients des sources à large spectre. Toutefois, bien qu'elles aient déjà été envisagées pour la réalisation d'interféromètres, leur usage s'est fortement réduit au profit des sources à large spectre, notamment en raison de l'importance de l'effet Kerr qu'elles génèrent. [0009] L'effet Kerr désigne un phénomène électro-optique de biréfringence, c'est-à-dire une variation de l'indice de réfraction d'un matériau sous l'effet d'un champ électrique. Dans un gyromètre à fibre optique, ce champ électrique est généré par les champs électriques des signaux contra-propagatifs et chacun des faisceaux contra-propagatifs subit donc un effet Kerr auto-induit et un effet Kerr induit par l'autre signal contra-propagatif.
[0010] Ainsi dans un gyromètre à fibre optique, l'effet Kerr engendre un déphasage Acpk entre les deux signaux contra-propagatifs, que les moyens de mesures du gyromètre, ici le photodétecteur lia, ne sont pas capable de distinguer du déphasage Acpr engendré par la rotation. L'effet Kerr fausse donc le résultat de la mesure de la rotation.
[0011] Il convient de noter ici que dans le domaine des mesures interférométriques, il est classique de définir un sens de propagation de référence dans la boucle optique. Dans un tel cas, on parle alors d'un signal co-propagatif, c'est-à-dire se propageant dans le sens de référence, et d'un signal contra-propagatif se propageant dans le sens contraire. A des fins de simplification, aucun sens de référence n'a été défini ici et les deux signaux sont considérés être contra-propagatifs l'un par rapport à l'autre.
[0012] Il a été observé que dans un gyromètre à fibre optique, le déphasage Acpk généré par l'effet Kerr s'exprime par la formule suivante :
[0013] [math. 1]
[0014] Acpk = e g — 1 )(PMes ~ a < P >)& * L
[0015] Avec y l'équilibrage des voies de Sagnac, c'est-à-dire le rapport entre les puissances optiques moyennes (mesurées sur un nombre entier de périodes de modulation) de chacune des deux voies de l'interféromètre, PMes la puissance de sortie au point de mesure, k le nombre d'onde optique et L la longueur de fibre optique.
[0016] Le facteur e est une grandeur caractéristique de la fibre optique, représentative de la variation d'indice de réfraction induite par les signaux contre-propagatifs. Dans une fibre optique en silice, ce facteur dépend de la susceptibilité diélectrique de la silice cb et est environ égal à 2x1015 pW-1. Cette grandeur caractéristique est notamment détaillée dans l'ouvrage « The fiber-optic gyroscope », H. C . Lefèvre, Artech House, Second Edition, 2014, Cha itre 7.3. [0017] Le facteur a est une constante proche de 2 ou égale à 2, par exemple comprise entre 1,6 et 2,4, dont la valeur est propre à une structure de gyromètre. Cette valeur est déterminée par étalonnage en réalisant une mesure de référence, par exemple une mesure de la vitesse de rotation de la terre en positionnant le gyromètre suivant deux orientations opposées de manière à retrouver la valeur Kerr par sommation des deux résultats, et en ajustant - dans l'électronique de la source - la valeur de a qui annule ce résidu.
[0018] Il est donc apparent que le déphasage Acpk induit par l'effet Kerr est nul lorsque le rapport entre la puissance au point de mesure PMes et la puissance de sortie moyenne <P> est égal au facteur a.
[0019] Cette condition serait notamment remplie pour un signal lumineux carré idéal, de rapport cyclique (rapport de la durée de l'état haut sur la période du signal lumineux) égal à 50% ; toutefois, il est très difficile d'obtenir un tel signal lumineux. En effet, bien qu'il soit possible de commander une source lumineuse, notamment laser, avec un signal électrique carré quasiment idéal, les caractéristiques intrinsèques de la diode laser et de son circuit d'alimentation font que le signal lumineux est déformé et ne présente pas un rapport cyclique identique à celui du signal de commande. Il est donc difficile de respecter le rapport susmentionné entre la puissance au point de mesure PMes et la puissance moyenne <P>.
Résumé de l'invention
[0020] La présente invention apporte une solution aux problèmes susmentionnés
[0021] Selon un aspect, il est proposé un générateur d'un signal lumineux modulé anti-Kerr comportant une source primaire de lumière présentant quatre modes longitudinaux ou moins et configurée pour générer un signal lumineux, et des moyens de modulation du signal lumineux configurés pour moduler la puissance du signal lumineux par un signal de commande de type carré ou créneau dont le rapport cyclique est inférieur ou égal à 50% et qui sont adaptés pour que le signal lumineux modulé soit périodique et présente :
- en un premier point du signal, une première valeur de puissance égale au produit de sa puissance moyenne par un gain compris entre 1,6 et 2,4,
- en un deuxième point du signal, une deuxième valeur de puissance non nulle et différente de la première valeur de puissance. [0022] L'utilisation de deux valeurs de puissance non nulles permet de compenser l'effet de la déformation du signal sur le rapport entre la puissance mesuré et la puissance moyenne. Grâce à l'invention, le générateur de signal lumineux fournit un signal modulé pouvant être transmis dans un interfé rom être de Sagnac, en particulier un gyromètre à fibre optique, sans générer d'effet Kerr ou en générant un effet Kerr fortement réduit.
[0023] Selon un mode de réalisation, le signal de commande présente un rapport cyclique strictement inférieur à 50%.
[0024] Régler volontairement le rapport cyclique sur une valeur inférieure à 50% (qui peut être vue comme une déformation volontaire du signal), plutôt que sur une valeur égale à 50% , permet d'assurer l'existence d'une deuxième valeur de puissance non nulle qui permette de respecter le rapport susmentionné entre la première valeur de puissance et la puissance moyenne, malgré les déformations du signal lumineux par rapport au signal de commande.
[0025] Selon une variante de réalisation, la source primaire de lumière peut être une diode laser.
[0026] Une diode laser présente avantageusement une faible consommation électrique, un faible coût de production, un encombrement surfacique réduit, un facteur d'échelle satisfaisant du fait de la stabilité en longueur d'onde et une élévation thermique en fonctionnement modérée. En outre, la présence de bruit de type RIN (Relative Intensity Noise, en langue anglaise) dans la mesure de la rotation est extrêmement réduit. Le générateur selon l'invention est ainsi fortement amélioré.
[0027] Selon un mode de réalisation, le gain est égal à 2.
[0028] Ainsi, le gain est une bonne estimation de la valeur du facteur a. Préférentiellement, le gain est choisi pour être égal au facteur a.
[0029] Selon une variante, les moyens de modulation comportent des moyens d'ajustement de la deuxième valeur de puissance du signal lumineux.
[0030] Selon un mode de réalisation, les moyens de modulation comportent des moyens d'ajustement du rapport cyclique du signal de commande. [0031] Les moyens d'ajustement de la deuxième valeur de puissance et/ou du rapport cyclique permettent d'ajuster la modulation de façon optimale selon l'application envisagée.
[0032] Selon un mode de réalisation, la première valeur de puissance est la valeur maximale de la puissance du signal lumineux modulé.
[0033] Préférentiellement, la deuxième valeur de puissance est la valeur de puissance minimale du signal lumineux modulé.
[0034] Selon un mode de réalisation, le générateur comporte une boucle d'asservissement délivrant un signal d'asservissement représentatif de la différence entre la première valeur et la puissance moyenne du signal lumineux modulé multipliée par le gain, les moyens de modulation étant commandés par le signal d'asservissement.
[0035] Une boucle d'asservissement permet avantageusement de s'affranchir d'un réglage manuel du générateur. En outre, la précision de la modulation est améliorée puisque la boucle d'asservissement permet un ajustement dynamique de la modulation.
[0036] Selon un mode de réalisation, la boucle d'asservissement comporte un photodétecteur configuré pour recevoir une partie au moins du signal lumineux modulé et pour délivrer un premier signal représentatif de la puissance du signal lumineux, un premier filtre configuré pour délivrer un deuxième signal égal à la valeur moyenne du premier signal multipliée par le gain, un deuxième filtre configuré pour délivrer un troisième signal égal à la première valeur, un module d'asservissement configuré pour comparer le deuxième signal et le troisième signal et pour délivrer le signal d'asservissement représentatif de la différence entre le deuxième signal et le troisième signal.
[0037] Selon un mode de réalisation, la source primaire de lumière comprend un photodétecteur intégré.
[0038] Le générateur gagne ainsi en compacité, par rapport à un générateur comportant un photodétecteur distinct de la source primaire de lumière
[0039] Selon un mode de réalisation, les moyens de modulation sont adaptés pour moduler l'alimentation électrique de la source primaire de lumière.
[0040] Selon un mode de réalisation, les moyens de modulation comprennent un modulateur optique situé en aval de la source primaire de lumière. [0041] Selon un autre aspect, il est proposé une méthode pour moduler un signal lumineux émis par une source primaire de lumière présentant quatre modes longitudinaux ou moins, comportant une étape de modulation du signal lumineux par un signal de commande de type carré ou créneau dont le rapport cyclique est inférieur ou égal à 50% de façon que le signal lumineux modulé soit périodique et présente :
- en un premier point du signal, une première valeur de puissance égale au produit de sa puissance moyenne par une constante comprise entre 1,6 et 2,4,
- en un deuxième point du signal, une deuxième valeur de puissance différente de la première valeur de puissance et non nulle.
[0042] Selon un mode de mise en oeuvre, le rapport cyclique du signal de commande est strictement inférieur à 50%.
[0043] Selon un mode de réalisation, le gain est égal à 2.
[0044] Selon un mode de mise en oeuvre, l'étape de modulation comporte un ajustement de la deuxième valeur de puissance du signal lumineux.
[0045] Selon un mode de mise en oeuvre, l'étape de modulation comporte un ajustement de la valeur du rapport cyclique du signal lumineux.
[0046] Selon un mode de mise en oeuvre, l'étape de modulation comporte un asservissement de la modulation par un signal d'asservissement représentatif de la différence entre la première valeur et la puissance moyenne du signal lumineux multipliée par le gain.
[0047] Selon un mode de mise en oeuvre, l'étape de modulation comporte une modulation de l'alimentation électrique de la source primaire de lumière.
[0048] Selon un mode de mise en oeuvre, l'étape de modulation comporte une modulation optique du signal lumineux émis par la source primaire de lumière.
[0049] Selon un mode de mise en oeuvre, la méthode comporte un asservissement de la modulation par un signal de synchronisation extérieur.
[0050] Selon un autre aspect, il est proposé un dispositif de mesure interférométrique comportant un générateur de signal lumineux modulé selon l'invention.
[0051] Selon un mode de réalisation, le dispositif de mesure interférométrique est un gyromètre à fibre optique. [0052] Les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
Brève description des figures
[0053] De plus, diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description annexée effectuée en référence aux dessins qui illustrent des formes, non limitatives, de réalisation de l'invention et où :
[0054] la figure 1, décrite précédemment, illustre une architecture classique d'un gyromètre à fibre optique,
[0055] la figure 2 est un diagramme fonctionnel illustrant un générateur de signal lumineux modulé selon un mode de réalisation de l'invention,
[0056] la figure 3 est un chronogramme illustrant la puissance de sortie du signal lumineux modulé d'un générateur selon l'invention ainsi que la valeur du signal de commande de la modulation,
[0057] la figure 4 illustre une variante de réalisation du générateur de signal lumineux selon l'invention, dans laquelle le générateur comporte une boucle d'asservissement de la puissance minimale du signal lumineux,
[0058] la figure 5 illustre une variante de réalisation du générateur de signal lumineux selon l'invention, dans laquelle le générateur comporte une boucle d'asservissement du rapport cyclique,
[0059] la figure 6 illustre une variante de réalisation du générateur de signal lumineux selon l'invention, dans laquelle le générateur comporte un modulateur optique.
[0060] la figure 7 illustre un gyromètre à fibre optique comportant un générateur de signal lumineux modulé selon l'invention,
[0061] Il est à noter que sur ces figures les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différentes variantes peuvent présenter les mêmes références. [0062] Diverses autres modifications peuvent être apportées à l'invention dans le cadre des revendications annexées.
Description détaillée
[0063] Le générateur 1 de signal lumineux modulé illustré sur la figure 2 comporte une source primaire de lumière 2 configurée pour générer un signal lumineux présentant un seul mode longitudinal. La source primaire 2 est ici alimentée par une source de courant 3 et délivre un signal lumineux Smod modulé par des moyens de modulation 4, ou circuit de modulation, de façon à présenter une première valeur de puissance, ou valeur haute, et une deuxième valeur de puissance, ou valeur basse.
[0064] Dans cet exemple, la source primaire de lumière 2 est une diode laser intégrée de type DFB, comportant classiquement une jonction PN, un guide d'onde et une cavité optique de résonnance comportant un réseau de Bragg. Une diode de type DFB est configurée pour délivrer un signal lumineux monofréquence.
[0065] La source de courant 3 comporte ici un module d'alimentation en tension 7 délivrant, au niveau d'une borne intermédiaire d'alimentation 8, une tension intermédiaire et un circuit de conversion tension-courant 9 délivrant, au niveau d'une borne principale d'alimentation 10, le courant d'alimentation le à la source primaire de lumière 2.
[0066] Le module d'alimentation en tension 7 comporte une première borne d'alimentation 11 configurée pour délivrer une première tension d'alimentation VI, par exemple ici 3 volts, une deuxième borne d'alimentation 12 configurée pour délivrer une deuxième tension d'alimentation V2, pouvant prendre ici par exemple toute valeur comprise entre 0 et 1 volt, et un interrupteur bidirectionnel 13 couplé entre les deux bornes d'alimentation 11, 12 et la borne intermédiaire 8.
[0067] L'interrupteur bidirectionnel 13 est configuré pour être soit dans une première configuration dans laquelle le circuit de conversion courant-tension 9 est couplé à la première borne d'alimentation 11, soit dans une deuxième configuration dans laquelle le circuit de conversion 9 est couplé à la deuxième borne d'alimentation 12. Par exemple, l'interrupteur bidirectionnel 13 est ici un circuit intégré à semi-conducteur. L'interrupteur bidirectionnel 13 est commandé électriquement par un signal de commande 50, ou signal de commande de la modulation. [0068] Les moyens de modulation 4 sont ici configurés pour régler les paramètres de la modulation, c'est-à-dire ici la valeur de la deuxième tension d'alimentation V2 et donc la deuxième valeur de puissance, et sont configurés pour régler le rapport cyclique par la commande de l'interrupteur bidirectionnel 13.
[0069] Les moyens de modulation 4 sont ici configurés pour délivrer le signal de commande 50, qui commande ici l'interrupteur bidirectionnel 13 et qui est un signal carré pouvant être soit dans un état haut, soit dans un état bas. Par exemple ici, les moyens de modulation 4 comportent une interface de communication 60, par exemple un connecteur ou un bornier, permettant de recevoir le signal de commande 50 depuis l'extérieur, par exemple depuis des moyens de commande centralisés MC d'un interféromètre auquel le générateur de signal lumineux 1 est couplé.
[0070] Les moyens de commande MC du gyromètre sont configurés pour délivrer le premier signal de commande 50 ayant ici un rapport cyclique fixe inférieur à 50%, par exemple 47%.
[0071] L'interrupteur bidirectionnel 13 est configuré pour être dans sa première configuration lorsque le signal de commande 50 est dans l'état haut et dans sa deuxième configuration lorsque le signal de commande 50 est dans l'état bas.
[0072] Les moyens de modulation 4 comportent des moyens d'ajustement 61 de la valeur de la deuxième tension d'alimentation V2. Par exemple, les moyens d'ajustement 61 comprennent un potentiomètre réglable mécaniquement de façon à ajuster la valeur de la deuxième tension d'alimentation entre 0 volt et 1 volts. Sur la figure 2, l'action des moyens d'ajustement 61 sur la deuxième tension V2 est symbolisée par une flèche référencée 51.
[0073] Ainsi, en faisant varier de façon périodique la tension délivrée par la borne intermédiaire d'alimentation 8, le signal de commande 50 module la valeur de l'intensité du courant d'alimentation le et donc la valeur de la puissance du signal lumineux modulé Smod émis par la source primaire de lumière 2.
[0074] Le signal lumineux modulé Smod émis par la source primaire de lumière 2 présente donc la première valeur de puissance, par exemple ici égale à 2mW, lorsque la source primaire de lumière est alimentée par la première tension VI, et la deuxième valeur de puissance inférieure à la première valeur de puissance lorsque la source primaire de lumière 2 est alimentée par la deuxième tension V2. La deuxième valeur de puissance est ajustable par l'ajustement de la deuxième tension V 2. Puisqu'aucune des deux tensions VI et V 2 n'est nulle, aucune des deux valeurs de puissance du signal modulé n'est nulle et le signal lumineux modulé Smod ne présente pas d'extinction.
[0075] Ici, les fonctions de transfert de la source de courant B et de la source primaire de lumière 2 sont telles que le signal lumineux modulé Smod est déformé et ne présente pas un rapport cyclique identique à celui du signal de commande 50. En particulier, le signal modulé Smod est déformé de façon qu'il n'est pas un signal carré ; il est donc difficile d'en déterminer un rapport cyclique.
[0076] Le générateur 1 comporte en outre un photodétecteur 24 configuré pour recevoir une partie du signal lumineux modulé Smod et pour délivrer un signal de mesure Sm représentatif de la puissance du signal lumineux modulé Smod. Ici, le photodétecteur est une photodiode intégrée.
[0077] Ici, le photodétecteur 24 est intégré au fond de la cavité de la diode laser et reçoit toute la puissance du signal lumineux émise de ce côté. En variante, le photodétecteur peut être situé à l'extérieur de la diode laser 2, en aval de la diode laser 2 relativement au sens de propagation du signal lumineux de façon à recevoir une partie de la puissance optique du signal lumineux, par exemple 5%.
[0078] La deuxième valeur de puissance peut donc ici être ajustée, notamment en fonction de la valeur du signal de mesure et d'opérations effectuées sur celui-ci.
[0079] La figure 3 est un chronogramme représentant l'évolution de la valeur du signal de commande 50 et de la valeur de la puissance du signal lumineux modulé Smod délivré par le générateur de signal lumineux 1, ou puissance de sortie Ps. Le signal de commande 50 est ici un signal carré présentant un rapport cyclique de 47%.
[0080] Le signal lumineux modulé Smod est ici substantiellement déformé par rapport au signal de commande 50. Cette déformation est notamment due à l'architecture du générateur de signal lumineux 1, aux matériaux employés et aux conditions dans lesquelles la génération du signal modulé Smod est mise en oeuvre. Le signal lumineux modulé Smod ne présente pas d'extinction ou, en d'autres termes, présente un état bas (ou minimal) non nul. [0081] Ici, compte tenu de la forme du signal modulé Smod, la puissance moyenne <P> du signal Smod est égale à lmW. Ici, l'égalité PMes - a<P> =0 est respectée. Le générateur de signal lumineux 1 permet donc avantageusement de réduire l'effet Kerr.
[0082] Dans la variante de réalisation illustrée sur la figure 4, le générateur de signal lumineux 1 comporte une boucle d'asservissement comportant un module d'asservissement 15 configurée pour délivrer un signal d'asservissement Sas permettant d'ajuster la valeur de la deuxième tension d'alimentation V2.
[0083] Le module d'asservissement 15 est ici configuré pour délivrer un signal d'asservissement Sas représentatif de l'intégration de la différence entre la puissance du signal modulé Smod présentant la première valeur de puissance et la valeur moyenne du signal lumineux modulé Smod multiplié par le gain, ici égal à 2.
[0084] Ici, les moyens d'ajustement 61 comportent un potentiomètre analogique commandé par le signal d'asservissement Sas et sont configurés pour asservir la valeur de la deuxième tension d'alimentation V2 sur l'annulation de la différence entre la puissance du signal modulé Smod présentant la première valeur de puissance et la valeur moyenne du signal lumineux modulé Smod multiplié par le gain .
[0085] Le module d'asservissement 15 comporte une première branche 16 et une deuxième branche 17 chacune configurée pour recevoir un premier signal, ici le signal de mesure Sm. Le module d'asservissement 15 comporte en outre un soustracteur 18 comportant une première entrée couplée à la première branche 16, une deuxième entrée couplée à la deuxième branche 17 et un intégrateur 19.
[0086] La première branche 16 est configurée pour réaliser des opérations sur le signal de mesure Sm de façon à délivrer à la première entrée du soustracteur 18 un deuxième signal
52 dont la valeur est représentative de la moyenne de la puissance du signal modulé Smod multipliée par le gain, ici égal à 2. Par exemple ici, la première branche comporte un filtre passe-bas 20 et un amplificateur 21 présentant le gain, couplés en série entre le photodétecteur 24 et le soustracteur 18.
[0087] La deuxième branche 17 est configurée pour réaliser une opération sur le signal de mesure Sm de façon à délivrer à la deuxième entrée du soustracteur 18 un troisième signal
53 dont la valeur est représentative de la valeur maximale de puissance du signal modulé Smod. Par exemple ici, la deuxième branche 17 comporte un détecteur de crête 22 qui comporte classiquement un circuit résistif-capacitif et au moins une diode.
[0088] Le soustracteur 18 est ici configuré pour établir la différence des valeurs des signaux S2, S3 issus des première et deuxième branche 16, 17 et pour délivrer un quatrième signal S4 représentatif de ce cette différence. Par exemple ici, le soustracteur 18 comporte un amplificateur différentiel.
[0089] Le quatrième signal S4 est transmis à l'intégrateur 19 qui intègre le quatrième signal S4 de façon à générer le signal d'asservissement Sas commandant la valeur de la deuxième tension d'alimentation V2.
[0090] En variante, comme l'illustre la figure 5, il serait possible que le module d'asservissement 15 soit configuré pour asservir la valeur du rapport cyclique du signal de commande 50, la valeur de la deuxième tension d'alimentation V2 étant constante ou ajustable manuellement.
[0091] Selon ce mode de réalisation, les moyens de modulation 4 comportent un module d'ajustement 62 du rapport cyclique, couplé entre l'interface de communication 60 et l'interrupteur bidirectionnel 13, commandé par le signal d'asservissement Sas et configuré pour ajuster le rapport cyclique du signal de commande 50 et pour délivrer un signal de commande ajusté.
[0092] Par exemple, le module d'ajustement 62 comporte un circuit RC, un additionneur et une bascule de Schmitt.
[0093] Dans un autre mode de réalisation, le module d'ajustement 62 n'est pas asservi mais permet d'ajuster manuellement la valeur du rapport cyclique. Par exemple, le module d'ajustement comporte un potentiomètre.
[0094] Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 6, le générateur de signal lumineux 1 ne comporte pas de moyens de modulation électronique, mais des moyens de modulation optiques 25 situés en aval de la source primaire de lumière 2 relativement au sens de propagation du signal lumineux émis par la source 2. Les moyens de modulation optique 25 comportent ici un modulateur optique d'intensité configuré pour moduler le signal lumineux généré par la source primaire de lumière 2 de façon à produire le signal lumineux modulé Smod. Ici, le modulateur optique 25 est un modulateur de type Mach Zehnder. Il convient de noter que dans ce mode de réalisation, le photodétecteur 24 n'est pas intégré dans la cavité de la diode laser 2 mais réalisé par un composant distinct. Par exemple, 5% de la puissance du signal lumineux modulé Smod est ici dirigée vers le photodétecteur 24.
[0095] La source de courant B ne comporte pas ici d'interrupteur bidirectionnel et le courant fourni le est de valeur constante. Par exemple, la borne intermédiaire d'alimentation 8 est configurée pour délivrer la première tension d'alimentation VI.
[0096] Ici, le signal d'asservissement Sas est transmis aux moyens de commandes qui sont dans cet exemple adaptés à ajuster le rapport cyclique et/ou la deuxième valeur de puissance du signal lumineux.
[0097] La figure 7 illustre un dispositif de mesure interférométrique lb, ici un gyromètre à fibre optique, comportant
- un interféra mètre de Sagnac 3b, dans lequel se propagent un premier signal lumineux et un deuxième signal lumineux contra-propagatifs, ledit interféra mètre de Sagnac 3b comprenant
- un port d'entrée/sortie 4b recevant, dans un sens aller 5b, un signal lumineux d'entrée,
- un séparateur optique 6b connecté, d'une part audit port d'entrée 4b et, d'autre part, à un premier bras 7b et à un deuxième bras 8b dudit interféra mètre de Sagnac,
- une boucle de fibre optique 9b dont une première extrémité est couplée au premier bras 7b et une deuxième extrémité est couplée au deuxième bras 8b, configurée pour qu'une rotation du gyromètre dans le plan de la figure 7 engendre un déphasage entre les signaux contra-propagatifs se propageant dans la boucle,
- le port d'entrée/sortie 4b transmettant, dans un sens retour 10b opposé au sens aller 5b, un signal lumineux de sortie présentant une puissance lumineuse de sortie qui est fonction du déphasage entre les deux signaux contra-propagatifs,
- un photodétecteur 11b, configuré pour recevoir ladite puissance lumineuse de sortie et pour délivrer un signal électrique représentatif de la puissance lumineuse de sortie,
- un coupleur optique 12b qui couple, dans le sens aller 5b, la source lumineuse audit port d'entrée/sortie 4b, et dans ledit sens retour, le port d'entrée/sortie 4b au photodétecteur 11b, un générateur de signal lumineux 2b selon l'invention,
- les moyens de commande MC notamment configurés pour délivrer un signal de commande Sx faisant ici office de signal de synchronisation, dont les caractéristiques sont calculées par les moyens de commande MC en fonction notamment du temps de circulation de la lumière dans le capteur 9b. Ainsi la génération du signal lumineux modulé se fait de façon synchronisée avec le fonctionnement du gyromètre. Les moyens de commandes MC sont en outre configurés pour réaliser, de façon synchronisée, des opérations de modulation de phase et de puissance des signaux lumineux circulant dans le gyromètre lb, notamment au niveau du séparateur optique 6b.
[0098] Dans ce dispositif, les conséquences de l'effet Kerr sont fortement réduites grâce à la présence du générateur selon l'invention.
[0099] L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment en lien avec les figures 1 à 7.
[0100] Notamment, il a été décrit précédemment un générateur comportant une source primaire de lumière qui est une diode laser de type DFB. Toutefois, l'invention est compatible avec tout type de source lumineuse présentant un nombre de modes inférieur à quatre. Préférentiellement, l'invention est compatible avec une source de lumière monofréquence ou dont le fonctionnement s'apparente à un fonctionnement monofréquence. Par exemple, les diodes laser de type Fabry Pérot, qui émettent sur très peu de modes en laissant des modes secondaires beaucoup moins puissants, sont compatibles avec l'invention.
[0101] En outre, la valeur de 47% du rapport cyclique du signal de commande 50 décrit précédemment n'est pas limitative, le signal de commande pouvant présenter tout rapport cyclique inférieur ou égal à 50%.
[0102] La puissance maximale du signal lumineux modulé Smod peut prendre préférentiellement toute valeur comprise entre 0.5mW et 20mW, en fonction de la configuration de la source primaire de lumière et de la valeur de la première tension d'alimentation VI. La puissance minimale dépend de la valeur de la puissance maximale et du rapport cyclique, et s'obtient alors par l'ajustement de la deuxième tension d'alimentation conformément à ce qui a été décrit précédemment.

Claims

Revendications
1. Générateur d'un signal lumineux modulé (Smod) anti-Kerr comportant une source laser primaire de lumière (2) présentant quatre modes longitudinaux ou moins et configurée pour générer un signal lumineux, et des moyens de modulation (4) du signal lumineux configurés pour moduler la puissance du signal lumineux par un signal de commande (50) de type carré ou créneau dont le rapport cyclique est inférieur ou égal à 50% et qui sont adaptés pour que le signal lumineux modulé (Smod) soit périodique et présente :
- en un premier point du signal (Smod), une première valeur de puissance (PMes) égale au produit de sa puissance moyenne (<P>) par un gain compris entre 1,6 et 2,4,
- en un deuxième point du signal (Smod), une deuxième valeur de puissance (Pmin) non nulle et différente de la première valeur de puissance (PMes).
2. Générateur selon la revendication 1, dans lequel le rapport cyclique du signal de commande (50) est strictement inférieur à 50%.
B. Générateur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la source de lumière (2) est une diode laser.
4. Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le gain est égal à 2.
5. Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les moyens de modulation (4) comportent des moyens d'ajustement (61) de la deuxième valeur de puissance (Pmin) du signal lumineux.
6. Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les moyens de modulation (4) comportent des moyens d'ajustement (62) du rapport cyclique du signal de commande (50).
7. Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la première valeur de puissance (PMes) est la valeur maximale de la puissance du signal lumineux modulé (Smod).
8. Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant un module d'asservissement (15) délivrant un signal d'asservissement (Sas) représentatif de la différence entre la première valeur (PMes) et la puissance moyenne (<P>) du signal lumineux modulé (Smod) multipliée par le gain, les moyens de modulation (4) étant commandés par le signal d'asservissement (Sas) pour créer une boucle d'asservissement.
9. Générateur selon la revendication 8, dans lequel le module d'asservissement (15) comporte un photodétecteur (24) configuré pour recevoir une partie au moins du signal lumineux modulé (Smod) et pour délivrer un premier signal (Sm) représentatif de la puissance du signal lumineux modulé (Smod), un premier filtre (20 , 21) configuré pour délivrer un deuxième signal (S2) égal à la valeur moyenne du premier signal (Sm) multipliée par le gain, un deuxième filtre (22) configuré pour délivrer un troisième signal (SB) égal à la première valeur, un module d'asservissement (18, 19) configuré pour déterminer la différence entre le deuxième signal (S2) et le troisième signal (S3) et pour délivrer le signal d'asservissement (Sas) représentatif de la différence entre le deuxième signal (S2) et le troisième signal (S3).
10. Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la source primaire de lumière (2) comprend une photodiode intégrée.
11. Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel les moyens de modulation (4) sont adaptés pour moduler l'alimentation électrique (le) de la source primaire de lumière.
12. Générateur selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel les moyens de modulation comprennent un modulateur optique (25) situé en aval de la source primaire de lumière (2).
13. Méthode pour moduler un signal lumineux émis par une source primaire de lumière (2) présentant quatre modes longitudinaux ou moins, comportant une étape de modulation du signal lumineux par un signal de commande de type carré ou créneau dont le rapport cyclique est inférieur ou égal à 50% de façon que le signal lumineux modulé (Smod) soit périodique et présente :
- en un premier point du signal (Smod), une première valeur de puissance (PMes) égale au produit de sa puissance moyenne (<P>) par une constante comprise entre 1,6 et 2,4,
- en un deuxième point du signal , une deuxième valeur de puissance (Pmin) différente de la première valeur de puissance (PMes) et non nulle.
14. Méthode selon la revendication 13, dans laquelle le rapport cyclique du signal de commande est strictement inférieur à 50%.
15. Méthode selon la revendication 13 ou 14, dans laquelle le gain est égal à 2.
16. Méthode selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, dans laquelle l'étape de modulation comporte un ajustement de la valeur de la deuxième valeur de puissance (Pmin) du signal lumineux.
17. Méthode selon l'une quelconque des revendications 13 à 16, dans laquelle l'étape de modulation comporte un ajustement de la valeur du rapport cyclique du signal lumineux modulé (Smod).
18. Méthode selon l'une quelconque des revendications 13 à 17, dans laquelle l'étape de modulation comporte un asservissement de la modulation par un signal d'asservissement (Sas) représentatif de la différence entre la première valeur de puissance (PMes) et la puissance moyenne du signal lumineux multipliée par le gain.
19. Méthode selon l'une quelconque des revendications 13 à 18, dans laquelle l'étape de modulation comporte une modulation de l'alimentation électrique de la source primaire de lumière.
20. Méthode selon l'une quelconque des revendications 13 à 18, dans laquelle l'étape de modulation comporte une modulation optique du signal lumineux émis par la source primaire de lumière.
21. Dispositif de mesure interférométrique comportant un générateur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12.
22. Dispositif de mesure interférométrique selon la revendication 21, le dispositif étant un gyromètre à fibre optique.
EP22713554.8A 2021-03-04 2022-03-03 Générateur d'un signal lumineux modulé anti-effet kerr, dispositif de mesure interférométrique comportant un tel générateur et méthode de modulation d'un signal lumineux Pending EP4302051A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2102118A FR3120453B1 (fr) 2021-03-04 2021-03-04 Générateur d’un signal lumineux modulé anti-effet Kerr, dispositif de mesure interférométrique comportant un tel générateur et méthode de modulation d’un signal lumineux
PCT/EP2022/055460 WO2022184855A1 (fr) 2021-03-04 2022-03-03 Générateur d'un signal lumineux modulé anti-effet kerr, dispositif de mesure interférométrique comportant un tel générateur et méthode de modulation d'un signal lumineux

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4302051A1 true EP4302051A1 (fr) 2024-01-10

Family

ID=76375154

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP22713554.8A Pending EP4302051A1 (fr) 2021-03-04 2022-03-03 Générateur d'un signal lumineux modulé anti-effet kerr, dispositif de mesure interférométrique comportant un tel générateur et méthode de modulation d'un signal lumineux

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20240159537A1 (fr)
EP (1) EP4302051A1 (fr)
FR (1) FR3120453B1 (fr)
WO (1) WO2022184855A1 (fr)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0109394B1 (fr) * 1982-05-25 1987-10-14 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Interferometre avec compensation de l'effet de kerr
US4773759B1 (en) * 1984-01-23 1996-08-06 Univ Leland Stanford Junior Interferometer with Kerr effect compensation
FR2660996B1 (fr) * 1990-04-17 1992-08-07 Photonetics Dispositif de mesure a fibre optique, gyrometre, centrale de navigation et de stabilisation, capteur de courant.

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022184855A1 (fr) 2022-09-09
US20240159537A1 (en) 2024-05-16
FR3120453A1 (fr) 2022-09-09
FR3120453B1 (fr) 2023-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FR3002654A1 (fr) Modulateur optique avec correction de polarisation automatique
EP3472558B1 (fr) Système de mesure et gyromètre comportant un tel système
EP3111167A1 (fr) Dispositif de mesure interférométrique
EP0859268A1 (fr) Convertisseur de longueur d&#39;onde de signaux optiques binaires
EP3520182A1 (fr) Systeme laser avec retroaction optique
WO2017051119A1 (fr) Systeme de mesure et capteur de temperature et/ou de deformation par analyse de retroreflexion brillouin.
FR3050025A1 (fr) Gyrometre optique resonant compact a trois frequences
US11032008B2 (en) Optical transmitter and method of controlling optical transmitter
EP1782027B1 (fr) Dispositif de mesure de profil d&#39;impulsions
FR2532418A1 (fr) Gyroscopes a laser en anneau
EP2817590B1 (fr) Dispositif de mesure à fibre optique, gyromètre, centrale de navigation et de stabilisation inertielle
EP4302051A1 (fr) Générateur d&#39;un signal lumineux modulé anti-effet kerr, dispositif de mesure interférométrique comportant un tel générateur et méthode de modulation d&#39;un signal lumineux
EP0915540B1 (fr) Dispositif d&#39;émission optique à composant intégré comportant au moins une section laser et une section de modulation
CA3026312A1 (fr) Module d&#39;affinement spectral, dispositif a raie spectrale affinee et procede afferent
Shoman et al. Stable and reduced-linewidth laser through active cancellation of reflections without a magneto-optic isolator
CA2266058A1 (fr) Dispositif de mise en forme de signaux optiques binaires
FR2752068A1 (fr) Systeme d&#39;amplification optique ayant plusieurs unites de derivation et procede d&#39;amplification optique
WO2022184860A1 (fr) Procédé de réduction de l&#39;effet kerr dans un dispositif de mesure interférométrique et un dispositif de mesure interférométrique configuré pour mettre en oeuvre ce procédé
WO2022189660A1 (fr) Dispositif de conversion d&#39;un signal photonique, lidar et procédé associés
EP3598068A1 (fr) Dispositif à résonateur optique annulaire
WO2024200954A1 (fr) Caracterisation du comportement non-lineaire d&#39;un guide d&#39;onde
EP0795778A1 (fr) Dispositif optique non-linéaire de traitement de signaux optiques
WO2023280992A1 (fr) Interféromètre à fibre optique basé sur une source laser monofréquence et procédé d&#39;interférométrie corrigés des réflexions parasites
FR2816455A1 (fr) Dispositif de controle de longueurs d&#39;onde et source de lumiere de stabilisation de longueurs d&#39;onde
FR2643730A1 (fr) Dispositif opto-electronique a codage spectral de la lumiere, et ses applications

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20231003

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)