FR2475220A1 - Phase modulation detector for two laser beams - comprises beam splitters providing inputs to differential amplifiers for Doppler velocity meters and Sagnac gyroscopes - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention se rapporte en général à la détection de signaux de modulation différentielle entre deux faisceaux primaires cohérents d'ondes électromagnétiques, typiquement lumineuses, par interférence entre les deux faisceaux primaires. The invention generally relates to the detection of differential modulation signals between two coherent primary beams of electromagnetic waves, typically light waves, by interference between the two primary beams.
lorsqu'un phénomène physique intervient sur le traJet d'un faisceau d'ondes électromagnétiques, typiquement lumi refuses, pour induire une modulation corrélative de ces ondes, la détermination des paramètres de modulation permet la mesure du phénomène à travers les relations, supposées connues, entre les paramètres du phénomène et ceux de la modulation, On prend ici la modulation dans un sens large incluant le résultat de toute modification de paramètres qui définissent l'onde électromagnétique, considérée en un point de l'espace, amplitude, fréquence phase, polarisation. when a physical phenomenon intervenes on the path of a beam of electromagnetic waves, typically lumi refused, to induce a correlative modulation of these waves, the determination of the modulation parameters allows the measurement of the phenomenon through the relationships, supposedly known, between the parameters of the phenomenon and those of the modulation, We take here the modulation in a broad sense including the result of any modification of parameters which define the electromagnetic wave, considered at a point in space, amplitude, frequency phase, polarization .
Par ailleurs, comme modulation de phase et de fréquence sont indissociables en leurs effets, on ne les distinguera qu'en référence à leur cause directe. Parmi les phénomènes qui induisent une modulation des ondes électromagnétiques on peut citer les effets Doppler et Fizeau, induisant une modulation de fréquence (ou de phase) respectivement par diffusion réflective sur des objets et par entraînement par un flllide transparentS animés d'une vitesse relative suivant la direction du trajet des ondes, et l'effet Sagnac, induisant une modulation de phase par rotation d'un milieu bransparent autour d'un axe perpendiculaire à un plan de propagation du faisceau.En raison de la faible profondeur de modulation induite par ces phénomènes, les paramètres de modulation ne peuvent être pratiquement mesurés que par interférence entre faisceaux d'ondes cohérents porteurs de modulations différentes, l'interférence des faisceaux faisant apparaître un signal différentiel de modulation. Dans la pratique, on fera interférer deux faisceaux convergents qui seront dits faisceaux primaires en amont du point de convergence origine des interférences. Ou bien la modulation n'affectera qu'un seul des deux faisceaux, et l'autre servira de référence, ou la modulation affectera les deux faisceaux en opposition, en sorte de doubler le signal différentiel de mod@lation. Furthermore, as phase and frequency modulation are inseparable in their effects, they can only be distinguished by reference to their direct cause. Among the phenomena which induce a modulation of the electromagnetic waves one can cite the Doppler and Fizeau effects, inducing a frequency (or phase) modulation respectively by reflective diffusion on objects and by entrainment by a transparent flllide animated with a relative speed according to the direction of the wave path, and the Sagnac effect, inducing phase modulation by rotation of a bransparent medium around an axis perpendicular to a beam propagation plane. Due to the shallow modulation depth induced by these phenomena, the modulation parameters can only be practically measured by interference between beams of coherent waves carrying different modulations, the interference of the beams causing a differential modulation signal to appear. In practice, two convergent beams will be made to interfere which will be called primary beams upstream from the point of convergence which is the origin of the interference. Either the modulation will affect only one of the two beams, and the other will serve as a reference, or the modulation will affect the two beams in opposition, so as to double the differential mod @ lation signal.
Pour obtenir @ @ohérence des deux fiscaux primai res à leur origine (avant modulation) il est de pratique constante de les river d'une source unique à cohérence spatio-temporelle, typiquement un laser cohérent,
La détection hétrodyne des faisceaux interférants, sensible aux termes en différence de fréquence des fals- ceaux, mais non aux termes en fréquences de ces faisceaux présente une grande sensibilité au signal utile, et e3t en outre relativement insensible aux bruits non corrélés avec les ondes incidentes.To obtain @ @ consistency of the two primary taxes at their origin (before modulation) it is a constant practice to supply them with a single source with spatio-temporal coherence, typically a coherent laser,
Heterodyne detection of the interfering beams, sensitive to the frequency difference terms of the beams, but not to the frequency terms of these beams, exhibits great sensitivity to the useful signal, and is moreover relatively insensitive to noise not correlated with the incident waves. .
Toutefois, lorsqu'un des faisceaux primaires est nettement plus intense que l'antre, le bruit propre de ce faisceau (bruit engendre par le laser) se transpose à la détection hétérodyne, ce qui dégrade fâcheusement le rapport signal bruit du signal détecté. On connaît des montages, dits de détection avec balance hétérodyne qui comportant un moyen semi-réflecteur où convergent les faisceaux primaires et adapté à séparer ces faisceaux en deux faisceaux secondaires comprenant chacun une composante de chaque faisceau primaire, la composante d'un faisceau primaire dans un faisceau secondaire et celle de l'autre faisceau primaire dans l'autre faisceau secondaire ayant subi une variation de phase de 900 dans le me sens et un ensemble de détection avec deux détecteurs d'ondes recevant chacun un des faisceaux secondaires respectivement et couplets à un amplificateur différentiel délivrant ainsi le signal de modulation. On comprendra que selon cette disposition les systèmes d'interférence des deux faisceaux secondaires sont en opposition de phase, ainsi que les signaux détectés appliqués aux entrées de l'amplificateur différentiel0
Le signal de sortie utile est donc doublé en amplitude et quadruplé en puissance.Les bruits non corrélés entre eux voient leur puissance s'additionner dans l'amplificateur de sorte que le rapport signal bruit est amélioré de 3 dB par le montage. De plus, si le bruit propre d'un faisceau primaire est prépondérant, les signaux de bruits entraînés par les composantes de ce faisceau dans les deux faisceaux secondaires sont corrélés entre eux et se compensent dans l'amplificateur différentiel, de sorte que dans ce cas on peut obtenir une amélioration de 10 à 13 dB sur le rapport signal bruit par rapport à un montage à un seul détecteur.However, when one of the primary beams is clearly more intense than the antrum, the natural noise of this beam (noise generated by the laser) transposes to heterodyne detection, which annoyingly degrades the signal-to-noise ratio of the detected signal. There are known assemblies, known as detection with heterodyne balance which comprising a semi-reflective means where the primary beams converge and adapted to separate these beams into two secondary beams each comprising a component of each primary beam, the component of a primary beam in a secondary beam and that of the other primary beam in the other secondary beam having undergone a phase variation of 900 in the same direction and a detection assembly with two wave detectors each receiving one of the secondary beams respectively and couplets to a differential amplifier thus delivering the modulation signal. It will be understood that according to this arrangement the interference systems of the two secondary beams are in phase opposition, as well as the detected signals applied to the inputs of the differential amplifier0
The useful output signal is therefore doubled in amplitude and quadrupled in power. Noises that are not correlated with each other see their power add up in the amplifier so that the signal-to-noise ratio is improved by 3 dB during editing. In addition, if the natural noise of a primary beam is predominant, the noise signals entrained by the components of this beam in the two secondary beams are correlated with each other and compensate for each other in the differential amplifier, so that in this case an improvement of 10 to 13 dB can be obtained on the signal to noise ratio compared to a mounting with a single detector.
Les signaux délivrés par les systèmes de détection hétérodynes en soi ne contiennent qu'une information de fréquence, différence entre les fréquences des faisceaux primaires, sans donner d'information sur le sens de la différence, autrement dit de la phase relative d'une onde par rapport à l'autre.Or la connaissance de cette phase relative est utile notamment pour des mesures de vitesses, la phase étant indicative du sens de la vitesse par rapport à la direction de propagation du faisceau, et devient indispensable si la mesure interférométrique vise la détermination d'une variation de marche de faisceau, qui s'obtient par intégration de la vitesse, et n'a de signification que Si le signe de la phase instantanée est pris en comptez
On utilise fréquemment, pour lever l'indétermination du signe de la phase en détection hétérodyne un artifice consistant à décaler d'une valeur connue la fréquence de l'un des faisceaux primaires, à l'aide par exemple de ré- seaux tournants ou de dispositifs transducteurs optoélectriques et optoacoustiques.On trouvera la description de telles dispositions notamment dans la littérature technique relative à la vélocimétrie Doppler. Grâce au décalage initial de fréquences d'un des faisceaux, le décalage introduit par le phénomène étudié vient s'ajouter ou se retrancher du décalage initial. Toutefois les fluctuations de fréquence dues au dispositif décaleur se traduisent par un affaiblissement du rapport signal bruit, et introduisent une zone d'incertitude au voisinage du zéro de décalage de fréquence dû au phénomène étudié, avec pour corollaire une dérive de l'origine des variations de marche déterminées par intégration.On peut certes restreindre l'étendue de la zone d'incertitude en contrôlant la valeur instantanée du décalage systématique introduit, et en utilisant cette valeur instantanée comme terme correctif pour le décalage mesuré, grâce à des dispositifs électroniques nécessairement complexes. Mais de toute façon cette disposition ne permet d'atteindre la phase qu'à travers sa dérivée par rapport au-temps, la fréquence.The signals delivered by the heterodyne detection systems per se contain only frequency information, difference between the frequencies of the primary beams, without giving information on the direction of the difference, in other words of the relative phase of a wave. Now, knowing this relative phase is useful in particular for speed measurements, the phase being indicative of the direction of the speed relative to the direction of propagation of the beam, and becomes essential if the interferometric measurement is aimed determining a variation in beam path, which is obtained by integrating the speed, and has meaning only if the sign of the instantaneous phase is taken into account
Frequently, to remove the indeterminacy of the sign of the phase in heterodyne detection, an artifice consisting in shifting the frequency of one of the primary beams by a known value, using for example rotating networks or optoelectric and optoacoustic transducer devices. The description of such arrangements can be found in particular in the technical literature relating to Doppler velocimetry. Thanks to the initial frequency offset of one of the beams, the offset introduced by the studied phenomenon is added to or subtracted from the initial offset. However, the frequency fluctuations due to the shifting device result in a weakening of the signal-to-noise ratio, and introduce an area of uncertainty in the vicinity of the zero frequency offset due to the phenomenon studied, with the corollary being a drift in the origin of the variations. We can certainly limit the extent of the uncertainty zone by controlling the instantaneous value of the systematic offset introduced, and using this instantaneous value as a corrective term for the measured offset, thanks to necessarily complex electronic devices. . But in any case this arrangement only allows the phase to be reached through its derivative with respect to time, frequency.
On connaît par ailleurs des dispositifs interférométriques qui permettent de déterminer la phase relative de deux faisceaux cohérents. On peut par exemple faire tomber les deux faisceaux rendus colinéaires, l'un étant en polarisation circulaire et l'autre en polarisation linéaire, sur un réflecteur sélectif en polarisation, tel quJun cube optique avec un plan de coupe passant par les diagonales parallèles de deux faces opposées, et orienté de telle sorte que les faisceaux colinéaires entrent dans ce cube perpendiculairement à une face formant dièdre à 450 avec le plan de coupe, et que le plan de polarisation du faisceau polarisé linéairement soit parallèle à une diagonale de la face d'entrée (dans ce montage le cube est dit polariseur)0
On obtient ainsi un faisceau réfléchi par le plan de coupe, et un faisceau transmis sortant par la face opposée à la face d'entrée, ces deux faisceaux étant en quadrature de phase, en sorte que la détection de ces faisceaux donne des signaux respectivement proportionnels aux cosinus directeurs de l'angle de phase, sinus et cosinus. Par des dis-positions soignées, on peut apprécier des différences de phase de l'ordre du degré, correspondant à des différences de marche de 2 à 3 millièmes de longueur d'onde.Interferometric devices are also known which make it possible to determine the relative phase of two coherent beams. One can for example drop the two beams made collinear, one being in circular polarization and the other in linear polarization, on a selective reflector in polarization, such as an optical cube with a cutting plane passing through the parallel diagonals of two opposite faces, and oriented so that the collinear beams enter this cube perpendicular to a dihedral face at 450 with the section plane, and that the plane of polarization of the linearly polarized beam is parallel to a diagonal of the face of input (in this assembly the cube is said to be polarizer) 0
This gives a beam reflected by the cutting plane, and a transmitted beam exiting from the face opposite the input face, these two beams being in phase quadrature, so that the detection of these beams gives respectively proportional signals to the guiding cosines of the phase angle, sine and cosine. By careful arrangements, we can appreciate phase differences of the order of a degree, corresponding to differences in walking of 2 to 3 thousandths of a wavelength.
Toutefois la précision des déterminations de pliasse exige que le rapport signal bruit soit assez élevé, avec pour corollaire que les puissances des faisceaux incidents soient équilibrées, étant donné que la puissance de bruit propre à chaque faisceau incident pasae également dans les deux faisceaux sortants, de sorte que si un des faisceaux est nettement plus puissant que l'autre, le rapport signal bruit se détériore en fonction de la racine carrée du rapport des puissances des faisceaux incidents.Si les conditions d'observation du phénomène conduisent à utiliser deux faisceaux primaires de puissances nettement différentes, l'équilibrage des faisceaux pour la détection nécessite une atténuation da faisceau le plus puissant, et le signal détecté est atténué corrélativementO
Il apparaissait donc que les deux procédés de détection, détection avec balance hétérodyne et détection en quadrature de phase possédaient leurs avantages propre, sensibilité ou précision, de sorte que s'imposait un choix entre l'un ou l'autre procédé, en sacrifiant soit la précision, soit la sensibilité, suivant que l'une ou l'autre de ces qualités était jugée de moindre importanceO
Or dans le cadre de la présente intention, il a été découvert qu'il était possible de surmonter l'apparente incompatibilité de la détection en quadrature de phase et de la détection avec balance hétérodyne, afin de bénéficier de la précision de la mesure de phase en quadrature, et de l'amélioration du rapport signal bruit apportée par la détection avec balance hétérodyne, pour l'ensemble des mesures.However, the accuracy of the bend determinations requires that the signal-to-noise ratio be high enough, with the corollary that the powers of the incident beams are balanced, since the noise power specific to each incident beam also passes through the two outgoing beams, so that if one of the beams is clearly more powerful than the other, the signal-to-noise ratio deteriorates as a function of the square root of the ratio of the powers of the incident beams. If the observation conditions of the phenomenon lead to the use of two primary beams of markedly different powers, balancing the beams for detection requires attenuation of the strongest beam, and the detected signal is correlatively attenuated
It therefore appeared that the two detection methods, detection with heterodyne balance and detection in phase quadrature had their own advantages, sensitivity or precision, so that a choice was necessary between one or the other method, by sacrificing either precision, or sensitivity, depending on whether one or the other of these qualities was judged to be of less importance
However, in the context of the present intention, it was discovered that it was possible to overcome the apparent incompatibility of the detection in phase quadrature and of the detection with heterodyne balance, in order to benefit from the accuracy of the phase measurement. in quadrature, and the improvement in the signal-to-noise ratio provided by detection with heterodyne balance, for all of the measurements.
A cet effet l'invention propose un dispositif de détection de signal différentiel de modulation entre deux faisceaux primaires cohérents d'ondes électromagnétiques, colaportarlt un moyen semi-réflecteur où convergent les faisceaux primaires et adapté à séparer ces faisceaux en deux faisceaux secondaires comprenant chacun une composante de caque faisceau primaire, la composante d'un faisceau primaire dans un faisceau secondaire, et celle de l'autre faisceau primaire dans l'autre faisceau secondaire ayant subi une variation de phase de 900 dans le même sens, et un ensemble de détection avec deux détecteurs d'ondes recevant chacun un des faisceaux secondaires respectivement et couplés à un amplificateur différentiel délivrant ainsi le signal de modulation, dispositif fournissant une information de phase différentielle sous forme de cosinus directeurs, caractérisé en ce outil comporte deux filtres polariseurs insérés respectivement sur le trajet des faisceaux primaires et confèrent au falsceau-traversant l'un une polarisation circulaire et l'autre une polarisation recti ligne orientée à 450 d'un axe optique du moyen semi-réflecteur, deux moyens réflecteurs sélectifs insérés respective ment sur les trajets des faisceaux secondaires et adaptés à divise le faisceau secondaire reçu en deux faisceaux tertiaires en quadrature de phase, l'un transmis et l'autre réfléchi, et deux ensembles de détection recevant l'un des faisceaux tertiaires transmis et l'autre les faisceaux tertiaires réfléchis issus respectivement de l'un et l'autre des moyens réflecteurs sélectifs et un moyen de comparaison entre les signaux délivrés par les deux ensembles de détection extrayant les cosinus directeurs0
Les filtres polariseurs confièrent aux faisceaux primaires les paramètres de polarisation convenables pour une détection an quadrature de phase, le moyen semi-réflecteur fournit, à partir de ces faisceaux primaires deux faisceaux secondaires convenant pour une détection avec balance hétérodyne.Mais cette détection avec balance hétérodyne n'est effectuée qu'après que les moyens réflecteurs sélectifs aient divisé chacun des faisceaux secondaires en deux faisceaux tertiaires en quadrature de phase, et est appliquée à l'une et l'autre des paires de faisceaux tertiaires issus respectivement de chacun des faisceaux secondaires.Ainsi les deux ensembles de détection fournisaent chacun un sn- gnal issu d'une détection avec balance hétérodyne, avec un bon rapport signal bruit, tandis que la comparaison des deux signaux fournit l'inQormat7 cn sur la phase avec la précision inhérente à la détection quadratique, opérant sur des signaux modulés (faisceaux) à faible niveau de bruit0
En disposition préférée les ondes électromagnétiques seront des ondes lumineuses en faisceaux primaires dérivés d'un faisceau émis par un laser0
De préférence le moyen semi-réfléchissant, prévu pour deux faisceaux primaires orthogonaux, comporte un plan de réflexion orienté en sorte que sa normale soit bissectrice extérieure de l'angle droit formé par les faisceaux, l'axe optique étant la normale commune aux deux faisceaux primairas.Le plan de réflexion peut être la surface d'une lame semi-réfléchissante recouverte d'un dép8t semi-transparant, cu un plan de coupe d'un cube optique passant par les diagonales parallèles de deux faces opposées du cube; un tel plan de coupe réfléchit les composantes polarisées parallèlement à l'axe optique défini précédemment, et transmet les composantes polarisées perpendiculaires à cet axe optique, et est semi-réflecteur pour une orientation convenable de la polarisation de l'onde incidente.To this end, the invention provides a device for detecting a differential modulation signal between two coherent primary beams of electromagnetic waves, colaportarlt a semi-reflective means where the primary beams converge and adapted to separate these beams into two secondary beams each comprising a component of each primary beam, the component of a primary beam in a secondary beam, and that of the other primary beam in the other secondary beam having undergone a phase variation of 900 in the same direction, and a detection assembly with two wave detectors each receiving one of the secondary beams respectively and coupled to a differential amplifier thus delivering the modulation signal, device providing differential phase information in the form of guiding cosines, characterized in this tool comprises two polarizing filters inserted respectively on the path of the primary beams and give the fals one crossing a circular polarization and the other a straight line polarization oriented at 450 from an optical axis of the semi-reflecting means, two selective reflecting means inserted respectively on the paths of the secondary beams and adapted to divide the beam secondary received in two tertiary beams in phase quadrature, one transmitted and the other reflected, and two detection assemblies receiving one of the tertiary beams transmitted and the other the reflected tertiary beams respectively from one and the other other selective reflector means and a means of comparison between the signals delivered by the two detection assemblies extracting the guiding cosines
The polarizing filters give the primary beams the polarization parameters suitable for phase quadrature detection, the semi-reflective means provides, from these primary beams two secondary beams suitable for detection with heterodyne balance, but this detection with heterodyne balance is carried out only after the selective reflecting means have divided each of the secondary beams into two tertiary beams in phase quadrature, and is applied to one and the other of the pairs of tertiary beams originating respectively from each of the secondary beams .Thus the two detection sets each provide a signal from a detection with heterodyne balance, with a good signal-to-noise ratio, while the comparison of the two signals provides the inQormat7 cn on the phase with the inherent precision of the quadratic detection, operating on modulated signals (beams) with low noise level0
In preferred arrangement the electromagnetic waves will be light waves in primary beams derived from a beam emitted by a laser.
Preferably, the semi-reflecting means, provided for two primary orthogonal beams, comprises a reflection plane oriented so that its normal is bisecting the right angle formed by the beams, the optical axis being the normal common to the two beams. The plane of reflection may be the surface of a semi-reflecting plate covered with a semi-transparent layer, or a section plane of an optical cube passing through the parallel diagonals of two opposite faces of the cube; such a section plane reflects the polarized components parallel to the optical axis defined above, and transmits the polarized components perpendicular to this optical axis, and is semi-reflective for a suitable orientation of the polarization of the incident wave.
De préférence les filtres polariseurs sont des lames demi-onde ou quart d'onde, à la longueur d'onde du faisceau de laser. Les propriétés de telles lames pour modifier l'état de polarisation d'un faisceau, en fonction de l'orientation d'une direction privilégiée de la lame par rapport aux directions de polarisation du faisceau, sont bien connues d'un homme du métier,
Les moyens de réflexion sélectifs sont de préférence des cubes optiques avec un plan de coupe passant par deux diagonales parallèles de deux faces opposées du cube, que l'on oriente par rapport au faisceau secondaire incident et ses directions de polarisation, cette orientation consistant à la mise en parallèle des axes optiques de ces cubes et du moyen semi-réflecteur0
Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, an référence aux dessins annexés dans lesquels s
les figures 1A et 1B représentent des montages de l'état de la technique pour une détection avec balance hétérodyne, utilisant respectivement une lame semi-réfléchissante et un cube optique semi-réflecteur ;
la figure 2 représente un montage de l'état de la technique pour une détection en quadrature de phase ;
la figure 3 représente un montage de détection selon l'invention
la figure 4 représente schématiquement un montage de vélocimétrie Doppler ;
la figure 5 représente schématiquement un gyromètre à effet Sagnac.Preferably the polarizing filters are half-wave or quarter-wave plates, at the wavelength of the laser beam. The properties of such blades for modifying the polarization state of a beam, as a function of the orientation of a preferred direction of the blade with respect to the directions of polarization of the beam, are well known to a person skilled in the art,
The selective reflection means are preferably optical cubes with a cutting plane passing through two parallel diagonals of two opposite faces of the cube, which are oriented relative to the incident secondary beam and its directions of polarization, this orientation consisting in the paralleling the optical axes of these cubes and the semi-reflective means0
The characteristics and advantages of the invention will become apparent from the description which follows, by way of example, with reference to the accompanying drawings in which s
FIGS. 1A and 1B represent arrangements of the state of the art for detection with a heterodyne balance, using respectively a semi-reflecting plate and a semi-reflecting optical cube;
FIG. 2 represents an assembly of the state of the art for a detection in phase quadrature;
FIG. 3 represents a detection arrangement according to the invention
FIG. 4 schematically represents a Doppler velocimetry assembly;
FIG. 5 diagrammatically represents a Sagnac effect gyrometer.
Selon la disposition représentée figure 1A, deux faisceaux cohérents primaires 1 et 2, issus d'un même faisceau laser polarisé et ayant reçu une modulation, tombent ortho gonaux sur une lame semi-réfléchissante 3, dont la normale est située dans le meme plan que les faisceaux 1 et 2 et constitue la bissectrice extérieure de l'angle droit formé par ces faisceaux. La densité superficielle du dépôt 4 métal lique semi-réfléchissant couvrant la lame est telle que les composantes transmise et réfléchie de chaque faisceau sont sensiblerent égales. Il résulte de la disposition angulaire que les faisceaux secondaires 4 et 5 comportent chacun une composante transmis d'un des faisceaux et une composante réfléchie de l'autre.Ces faisceaux secondaires 4 et 5 tombent respectivement sur deux détecteurs photoélectriques 6 et 7, branchés en sortie aux deux entrées, directe et in- verseuse d'un amplificateur différentiel 8 dont la sortie est référencée 9. According to the arrangement represented in FIG. 1A, two primary coherent beams 1 and 2, coming from the same polarized laser beam and having received a modulation, fall ortho gonales on a semi-reflecting plate 3, the normal of which is located in the same plane as beams 1 and 2 and constitutes the external bisector of the right angle formed by these beams. The surface density of the semi-reflective metallic deposit 4 covering the plate is such that the transmitted and reflected components of each beam are substantially equal. It follows from the angular arrangement that the secondary beams 4 and 5 each comprise a component transmitted from one of the beams and a reflected component from the other. These secondary beams 4 and 5 fall respectively on two photoelectric detectors 6 and 7, connected in output at the two inputs, direct and inverting from a differential amplifier 8 whose output is referenced 9.
Cosse une réflexion apporte un déphasage de 900 à l'onde réfléchie par rapport à l'onde transmise, loi faisceaux 4 et 5 sont sièges de systèmes d'interférence en opposition de phase0
En effet si l'on appelle @@ la pulsation moyenne des ondes dans les faisceaux, et ;; la pulsation différentielle les élongations des ondes dans las faisceaux 1 et 2 "ex- priment, avec une origine arbitraire des tempe par les équations s
Indeed if we call @@ the mean pulsation of the waves in the beams, and ;; the differential pulsation the elongations of the waves in the beams 1 and 2 "express, with an arbitrary origin of the temples by the equations s
Les élongations dans les faisceaux secondaires s'expriment alors par
Les courants de sortie des détecteurs photoélectriques 6 et 7 sont sensiblement proportionnels aux puissances lumineuses incidentes, et ne comportent pas de termes à fréquence correspondant aux fréquences lumineuses. Les signaux détectés sont donc au premier ordre de la forme :
et donc en opposition de phase à la fréquence de modulation différentielle. En sortie 9 de l'amplificateur différence tiel 8 la tension de signal sera donc proportionnelle à 2 sin St.Les signaux parasites détectés en phase sont annulés en sortie 9. Les puissances des signaux non corrélés, tels que les bruits, s'ajoutent en sortie 9, de sorte que les signaux utiles étant doublés en tension, donc quadru ples en puissance, le rapport signal bruit est amélioré de 3 dS par rapport à une détection hétérodyne classique.De plus des bruits propres au faisceau le plus intense, tels que résultant de battement de mcdes ou de bruits de plasma du laser source, parviennent corrélés aux deux détecteurs, de sorte qu'expérimentalement on constate des gains de rapport de signal bruit qui sont couramment de 10 à 13 dB0
Le montage représenté figure 1B se distingue du précèdent en ce que la lame semi-réfléchissante 3 est remplacée par un cube optique 13 qui comporte un plan de coupe 13a passant par deux diagonales parallèles de deux faces opposées. Ce plan de coupe diagonal constitue une discontinuité d'indice, l'indice dans le pian étant inférieur à l'indice de la matière à transparence optique dont est formé le cube.Les ondes polarisées dans un plan d'incidence sur le plan de coupe (plan comprenant l'axe du faisceau incident et la normale au plan de coupe au point d'incidence) sont transmises sans réflexion sur le plan de coupe, tandis que les ondes polarisées perpendiculairement à ce plan dtincidence sont réfléchies sans transmission. On appellera ci-après axe optique d'un cube à plan diagonal de coupe l'axe situé dans le plan de coupe et perpendiculaire aux faces opposées du cube dont les diagonales sont situées dans le plan de coupe,
Les faisceaux primaires 11 et 12 sont orthogonaux entre eux et dirigés perpendiculairement aux faces d'incidence sur le cube.Les faisceaux 11 et 12 sont polarisées linéament dns deux plans, orthogonaux entre eux et orientés symétriquement à 450 de l'axe optique du tube, Les faisceaux secondaires sortants 14 et 15 sont le siège de systèmes d'interférence en opposition de phase, analogues à ceux des faisceaux 4 et 5 dans la figure 1A, de sorte que les signaux de sortie des détecteurs 16 et 17, et celui de l'amplificateur différentiel 18 sur la sortie 19 correspondent on tous points aux signaux de sortie des détecteurs 6 et 7 et de l'amplificateur 8 de la figure Iko
Le montage représenté figure 2 est destine à une détection en quadrature de phase.The output currents of the photoelectric detectors 6 and 7 are substantially proportional to the incident light powers, and do not include frequency terms corresponding to the light frequencies. The detected signals are therefore in the first order of the form:
and therefore in phase opposition to the differential modulation frequency. At output 9 of the differential difference amplifier 8 the signal voltage will therefore be proportional to 2 sin St. The spurious signals detected in phase are canceled at output 9. The powers of the uncorrelated signals, such as noise, are added in output 9, so that the useful signals being doubled in voltage, therefore quadrupled in power, the signal to noise ratio is improved by 3 dS compared to a conventional heterodyne detection. In addition to the noises specific to the most intense beam, such as resulting from beat of mcdes or plasma noises from the source laser, arrive correlated to the two detectors, so that experimentally there are gains in signal-to-noise ratio which are commonly 10 to 13 dB0
The assembly shown in FIG. 1B differs from the previous one in that the semi-reflecting plate 3 is replaced by an optical cube 13 which has a cutting plane 13a passing through two parallel diagonals of two opposite faces. This diagonal section plane constitutes an index discontinuity, the index in the plane being less than the index of the optical transparency material from which the cube is formed. The waves polarized in a plane of incidence on the section plane (plane comprising the axis of the incident beam and the normal to the section plane at the point of incidence) are transmitted without reflection on the section plane, while the waves polarized perpendicular to this plane of incidence are reflected without transmission. The optical axis of a cube with a diagonal cutting plane will hereinafter be called the axis located in the cutting plane and perpendicular to the opposite faces of the cube whose diagonals are located in the cutting plane,
The primary beams 11 and 12 are orthogonal to each other and directed perpendicular to the faces of incidence on the cube. The beams 11 and 12 are linearly polarized in two planes, orthogonal to each other and oriented symmetrically at 450 from the optical axis of the tube, The outgoing secondary beams 14 and 15 are the seat of interference systems in phase opposition, similar to those of the beams 4 and 5 in FIG. 1A, so that the output signals of the detectors 16 and 17, and that of the differential amplifier 18 on output 19 correspond on all points to the output signals of detectors 6 and 7 and of amplifier 8 of figure Iko
The assembly shown in Figure 2 is intended for detection in phase quadrature.
Le faisceau 21 est constitué par la superposition colinéaire de deux faisceaux cohérents avec une modulation différentielle. L'un de ces faisceaux est polarisé circuclairement et l'autre linéairement. le faisceau composite 21 tombe normalement sur une face d'un cube optique 22, avec un plan de coupe diagonal 22a, qui passe par une ara te de la face d'incidence. L'axe optique du cube 22 est orienté à 450 du plan de polarisation du faisceau incident qui est à polarisation linéaire0 Le faisceau transmis 23, et le faisceau réfléchi 24, orthogonaux, comportent l'un et l'autre des composantes issues des faisceaux incidents colirse- aires dans le faisceau compcsite 21.En raison des propriétés de réflexion sélective en fonction de la direction de polarisation du plan de coupe 22a, mentionnées préeédemment, les signaux délivrés par les détecteurs 25 et 26 recevant respectivement les faisceaux transmis 23 et réfléchi 24, sont respectivement proportionnels au cosinus et au sinus de l'angle de phase de la modulation différentielle entre les faisceaux incidents, Ces cosinus et sinus seront dits ensembles cosinus directeurs de l'angle de phase, par référence aux cosinus directeurs d'un vecteur. la quadrature de phase des signaux détectés pourrait aisément se démontrer par un calcul analogue au calcul des équations (1) à (3)0
Bien entendu, si la phase différentielle varie, il apparaît une fréquence différentielle, dérivée de la phase différentielle, qui affectera les deux signaux de sortie des détecteurs 25 et 26, ces signaux restant en quadrature0
Si l'on remarqua que la détection en balance hétérodyne de la figure 1B, et la détection en quadrature de la figure 2 ne se distinguant que par l'orientation des faisceaux primaires, respectivement orthogonaux et colinéaires, il apparaît que ces modes de détection constituent une al tarnatlve exclusive, chaque terme de l'alternateur comportant ses avantages spécifiques, qui semblent inconciliables dans l'état de la technique0
Selon la forme de réalisation choisie et représentée figure 3, deux faisceaux primaires de lumière eohérente 31 et 32 orthogonaux convergent sur le plan diagonal de coupe d?uxl cube optique 37. les faisceaux 31 et 32 sont à polari atlon linéaire, mais sur le trajet du faisceau 31 on a dispose une lame quart d'onde 33 avec son axe à 450 du plan do polarisation du faisceau, de sorte que le faisceau 35 convergeant de la lame soit polarisé circulairement.Sur le trajet du faisceau 32, une lame demi-onde 34, convenablement erientée, confère au faisceau émergeant 36 une polariration linéaire à 450 de l'axe optique du cube 37. Suivant la terminologie usuelle les lames quart d'onde et demionde sont des lames qui apportent des déphasages respecti @ement de 900 et 1800, pour une longueur d'onde choisie, entre deux composantes à polarisations orthogonales dont l'une est parallèle a' l'axe optique de la lame.The beam 21 is formed by the collinear superposition of two coherent beams with differential modulation. One of these beams is circularly polarized and the other linearly. the composite beam 21 normally falls on one face of an optical cube 22, with a diagonal section plane 22a, which passes through a edge of the incidence face. The optical axis of the cube 22 is oriented at 450 from the plane of polarization of the incident beam which is linearly polarized. The transmitted beam 23, and the reflected beam 24, orthogonal, both include components from the incident beams. Cross-lines in the compact beam 21. Due to the properties of selective reflection as a function of the direction of polarization of the cutting plane 22a, mentioned previously, the signals delivered by the detectors 25 and 26 receiving respectively the transmitted beams 23 and reflected 24 , are respectively proportional to the cosine and the sine of the phase angle of the differential modulation between the incident beams, These cosines and sines will be called sets cosine directors of the phase angle, by reference to the cosines directors of a vector. the phase quadrature of the detected signals could easily be demonstrated by a calculation analogous to the calculation of equations (1) to (3) 0
Of course, if the differential phase varies, a differential frequency appears, derived from the differential phase, which will affect the two output signals from detectors 25 and 26, these signals remaining in quadrature0
If it was noted that the detection in heterodyne balance of FIG. 1B, and the detection in quadrature of FIG. 2 being distinguished only by the orientation of the primary beams, respectively orthogonal and collinear, it appears that these modes of detection constitute an exclusive tariff, each term of the alternator including its specific advantages, which seem irreconcilable in the state of the art0
According to the embodiment chosen and shown in FIG. 3, two primary beams of eoherent light 31 and 32 orthogonal converge on the diagonal sectional plane of an optical cube 37. the beams 31 and 32 are of linear polari atlon, but on the path of the beam 31 we have a quarter wave plate 33 with its axis at 450 of the plane of polarization of the beam, so that the beam 35 converging from the blade is circularly polarized. On the path of the beam 32, a half blade wave 34, suitably oriented, gives the emerging beam 36 a linear polarization at 450 from the optical axis of the cube 37. According to the usual terminology the quarter-wave and half-wave blades are blades which bring phase shifts respecti @ 900 and 1800, for a chosen wavelength, between two components with orthogonal polarizations, one of which is parallel to the optical axis of the blade.
les faisceaux secondaires 38 et 39, qui correspondent respectivement aux faisceaux 14 et 15 de la figure 1B, les dispositions des faisceaux primaires 35 et 36 étant identiques à celles des faisceaux 11 et 12 de cette figure 1B, forment donc des systèmes d'interférence en opposition de phase. Les faisceaux 38 et 39 tombent respectivement sur des cubes optiques à plan diagonal de coupe 40 et 41, qui donnent naissance à des faisceaux tertiaires transmis et réfléchi. Les faisceaux transmis tombent respectivement sur les détecteurs 42 et 45, et les faisceaux réfléchis sur les détecteurs 44 et 43. La disposition relative des cubes 40 et 41 par rapport respectivement aux faisceaux 38 et 39 est identique à celle du cube 22 par rapport au faisceau 21 de la figure 2.Aussi les faisceaux tertiaires sortant de chacun des cubes 40 et 41 sont en quadrature de phase, tandis qu'ils sont en opposition de phase avec le faisceau tertiaire homologue sortant de l'autre cube, les détecteurs 44 et 43 sont branchés-à l'entrée dBun amplifi- cateur différentiel 46, et les détecteurs 42 et 45 à lgen- trée d'un amplificateur différentiel 47. Ainsi les signaux sur les sorties 48 et 49 des amplificateurs respectifs 46 et 47 sont obtenus l'un et l'autre par détection avec balance hétérodyne, les signaux aux deux entrées des amplifi- cateurs différentiels étant en opposition de phase, tandis que ces signaux de sortie sont en quadrature et respectivement proportionnels aux cosinus directeurs de la phase de modulation différentielle
En envoyant ces signaux de sortie a un appareillage électronique d'exploitation (non représenté) on pour traire par des processus connus, toutes les informations relatives aux différences de m@rche entre faisceaux primaires.Notamment la comparaison entre les signaux d'entrées, compte tenu du signe de lny élongation fournit une déter- mination de la différence de marche avec une résolution inférieure à une longueur d'onde, le comptage réversible des alternances du signal cosinus, le signe du signal sinus correspondant donnant alors l'information sur le sens du comptage, donne une information sur la variation par no- bre entier de longueurs d'onde, et la détermination de la fréquence d'un signal d'entrée fournit une mesure de la vitesse de différence de marche en valeur absolue, tandis que la comparaison des signaux d'entrée fournit l'informa- tion sur le signe de cette vitesse0
On va décrire maintenant des applications du dispositif de détection selon l'invention.the secondary beams 38 and 39, which respectively correspond to the beams 14 and 15 of FIG. 1B, the arrangements of the primary beams 35 and 36 being identical to those of the beams 11 and 12 of this FIG. 1B, therefore form interference systems in phase opposition. The beams 38 and 39 respectively fall on optical cubes with a diagonal section plane 40 and 41, which give rise to tertiary beams transmitted and reflected. The transmitted beams fall respectively on the detectors 42 and 45, and the reflected beams on the detectors 44 and 43. The relative arrangement of the cubes 40 and 41 with respect to the beams 38 and 39 respectively is identical to that of the cube 22 with respect to the beam 21 of FIG. 2. Also the tertiary beams leaving each of the cubes 40 and 41 are in phase quadrature, while they are in phase opposition with the homologous tertiary beam leaving the other cube, the detectors 44 and 43 are connected to the input dBun differential amplifier 46, and the detectors 42 and 45 to the input of a differential amplifier 47. Thus the signals on the outputs 48 and 49 of the respective amplifiers 46 and 47 are obtained. one and the other by detection with heterodyne balance, the signals at the two inputs of the differential amplifiers being in phase opposition, while these output signals are in quadrature and respectively proportional to the cosi bare directors of the differential modulation phase
By sending these output signals to an electronic operating device (not shown), it is possible to process, by known processes, all the information relating to the differences in operation between primary beams. In particular the comparison between the input signals, counts given the sign of elongation provides a determination of the path difference with a resolution less than a wavelength, the reversible counting of the alternations of the cosine signal, the sign of the corresponding sine signal then giving information on the direction of counting, gives information on the variation per integer number of wavelengths, and the determination of the frequency of an input signal provides a measure of the speed of difference in path in absolute value, while the comparison of input signals provides information on the sign of this speed0
We will now describe applications of the detection device according to the invention.
Le vélocimètre Doppler représenté figure 4 comporte un laser 50 fonctionnant en mode TEM oui émet un faisceau cohérent 51 à polarisation linéaire dans le plan de figure0
Une lame demi-onde 52 est disposée sur le trajet du faisceau 51, et son axe optique est orientable par rotation de la lame autour de l'axe du faisceau, en sorte de faire tourner le plan de polarisation du faisceau émergeant 51a d'un angle réglable, autrement dit de régler les amplitudes relatives des composantes du faisceau 51a polarisées ras- pectivement dans le plan de figure, et perpendiculairement à ce plan. Le faisceau 51a tombe sur un cube 53 à plan diagonal de coupe avec son axe optique perpendiculaire au plan de figure.La composante du faisceau 51a polarisée dans le plan de figure donne naissance au faisceau transmis 51b, tandis que la composante du faisceau 51a polarisée perpendiculairement au plan de figure forme le faisceau réfléchi 51c. Ainsi le réglage d'orientation de la lame demi-onde 52 dose le rapport d'intensité entre le faisceau transmis 51b qui sera utilisé comme faisceau de mesure, et le faisceau réfléchi 51c qui sera utilisé comme faisceau de réfé rance0
Le faisceau transmis 51b traverse, sans réflexion, un cube optique 54 à plan diagonal de coupe d'axe optique normal ou plan de figure, et pénètre dans un canal de transmission qui comporte notamment une lame quart d'onde 55a ayant son axe optique à 450 du plan de polarisation du faisceau, de sorte que le faisceau émergeant est polarisé circulairement.En outre le canal 55 focalise le faisceau en un point de mesure 56 où ce faisceau sera rétrodiffusé par des déments dont on veut mesurer la vitesse suivant l'axe du faisceau. Le faisceau rétodiffué est affecté d'un effet Doppler représentatif de la vitesse à mesurer, et de plus est polarisé avec un moment de polarisation circulaire inversé par rapport au faisceau incident. Ce faisceau rétrodiffusé revient à travers le canal 55 où la lame quart d'onde BDa lui confère une polarisation linéaire perpendiculaire au plan de figure, de sorte qu'il se réfléchit sur le plan de coupe du cube 54 pour donner le faisceau 51do
Ce faisceau 51d traverse une lame demi-onde 57 orientée de sorte que le plan de polarisation du faisceau émergeant ait tourné de 450 autour de l'axe du faisceau avant de tomber sur un cube optique 60 à plan diagonal de coupe,
Par ailleurs le faisceau 51c s'est réfléchi sur un prisme à réflexion totale 58 pour venir converger avec le faisceau ,ld sur le plan de coupe du cube 60, après avoir traversa une lame quart d'onde 59 avc son axe optique à 450 du plan de figure, en sorte d'être polarisé circulairement à son incidence sur le cube 60. Ce cube 60, conjointement avec des cubes à plan diagonal de coupe 61 et 63, quatre détecteurs photoélectriques 65 à 68 et deux amplificateurs différentiels 69 et 7C constituent un dispositif de détection en quadrature de phase avec balance hétérodyne, conforme au dispositif décrit en référence à la figure 3o
Toutefois on remarquera que les détecteurs 65 et 68 sont précédés de prismes à réflexion totale 64 et 62, de façon que leurs axes de visée soient parallèles à ceux des détecteurs 66 et 67, mais cette disposition accessoire n'a pour but que de donner plus d'accessibilité aux détecteurs0
On ne s'-tendrq pas sur les processus de mesure de vitesses par effet Doppler, qui font l'objet de nombreuses publications, ni sur l'exploitation, à travers l'appareillage électronique de mesuré 71 attaqué par les sorties des amplificateurs différentiels 69 et 70, des décalages
Doppler induits par les réflexions au point de mesure 56.The Doppler velocimeter represented in FIG. 4 includes a laser 50 operating in TEM mode yes emits a coherent beam 51 with linear polarization in the plane of FIG.
A half-wave plate 52 is disposed on the path of the beam 51, and its optical axis is orientable by rotation of the plate around the axis of the beam, so as to rotate the plane of polarization of the emerging beam 51a by adjustable angle, in other words to adjust the relative amplitudes of the components of the beam 51a polarized respectively in the plane of the figure, and perpendicular to this plane. The beam 51a falls on a cube 53 with a diagonal sectional plane with its optical axis perpendicular to the plane of the figure. The component of the beam 51a polarized in the plane of figure gives rise to the transmitted beam 51b, while the component of the beam 51a polarized perpendicularly in the figure plane forms the reflected beam 51c. Thus the orientation adjustment of the half-wave plate 52 doses the intensity ratio between the transmitted beam 51b which will be used as the measurement beam, and the reflected beam 51c which will be used as the reference beam 0
The transmitted beam 51b crosses, without reflection, an optical cube 54 with a diagonal plane of section of normal optical axis or plane of figure, and enters a transmission channel which comprises in particular a quarter wave plate 55a having its optical axis at 450 of the plane of polarization of the beam, so that the emerging beam is circularly polarized. In addition the channel 55 focuses the beam at a measurement point 56 where this beam will be backscattered by dementias whose speed is to be measured along the axis of the beam. The backscattered beam is affected by a Doppler effect representative of the speed to be measured, and moreover is polarized with a moment of circular polarization reversed with respect to the incident beam. This backscattered beam returns through the channel 55 where the quarter-wave plate BDa gives it a linear polarization perpendicular to the plane of the figure, so that it is reflected on the section plane of the cube 54 to give the beam 51do
This beam 51d passes through a half-wave plate 57 oriented so that the plane of polarization of the emerging beam has rotated 450 around the axis of the beam before falling on an optical cube 60 with a diagonal plane of section,
Furthermore the beam 51c is reflected on a prism with total reflection 58 to come to converge with the beam, ld on the section plane of the cube 60, after having crossed a quarter wave plate 59 avc its optical axis at 450 of figure plane, so as to be circularly polarized at its incidence on the cube 60. This cube 60, together with cubes with diagonal plane of cut 61 and 63, four photoelectric detectors 65 to 68 and two differential amplifiers 69 and 7C constitute a quadrature phase detection device with heterodyne balance, in accordance with the device described with reference to FIG. 3o
However, it will be noted that the detectors 65 and 68 are preceded by total reflection prisms 64 and 62, so that their viewing axes are parallel to those of the detectors 66 and 67, but this accessory arrangement is only intended to give more accessibility to detectors0
We do not tendrq on the speed measurement processes by Doppler effect, which are the subject of numerous publications, nor on the exploitation, through the electronic measuring equipment 71 attacked by the outputs of the differential amplifiers 69 and 70, offsets
Doppler induced by reflections at the measurement point 56.
I1 est toutefois à remarquer que le dispositif qui vient d'être décrit donne la composante de vitesse suivant l'axa du faisceau de mesure avec son signe, même pour de faibles vitesses de l'élément réflecteur, c'est-à-dire dans des conditions où les appareils de l'état de la technique sont imprécis,
La figure 5 représente un gyromètre à effet Sagnac, ou gyroscope optique, destiné à mettre en évidence des rotations d'une plate-forme de mesure autour d'un axe (perpendiculaire au plan de figure)0 On connaît l'impor- tance, en navigation aux instruments, de la connaissance des attitudes d'un véhicula par rapport à des axes de ré- férences fixes ; problème auquel les gyroscopes à inertie classiques apportant des solutions imparfaites, en raison des dérives notamment,
Un laser 80 délivre un faisceau 80a à polarisation linéaire, qu'une lame demi-onde 81 oriente à 450 du plan de figure, et que le cube optique 82 à plan diagonal de coupe divise en deux faisceaux divisionnaires 80b et 80c, orthogonaui et à pciarisation respectivement perpendiculaire et parallèle au plan de figure. Ces faisceaux pénètrent aux deu@ extrémités 83a et 83b respectivement d'une fibre optique 83 spiralée dans le plan de figure.Les faisceaux 80b et 80@ émengent de la fibre optique 83 par les extrémités 83b et 83a respectivement, affectés l'un et l'autre d'un dé@alage par effet Sagnac, en sens inverse.It should however be noted that the device which has just been described gives the speed component along the axis of the measurement beam with its sign, even for low speeds of the reflective element, that is to say in conditions where the devices of the state of the art are imprecise,
FIG. 5 represents a Sagnac effect gyrometer, or optical gyroscope, intended to highlight rotations of a measurement platform around an axis (perpendicular to the plane of the figure) 0 We know the importance, in instrument navigation, knowledge of the attitudes of a vehicle with respect to fixed reference axes; problem to which conventional inertia gyroscopes providing imperfect solutions, in particular due to drifts,
A laser 80 delivers a beam 80a with linear polarization, which a half-wave plate 81 directs at 450 from the plane of the figure, and that the optical cube 82 with diagonal plane of section divides into two division beams 80b and 80c, orthogonaui and pciarisation respectively perpendicular and parallel to the plane of the figure. These beams penetrate at the two ends 83a and 83b respectively of an optical fiber 83 spiraled in the plane of the figure. The beams 80b and 80 @ emerge from the optical fiber 83 by the ends 83b and 83a respectively, affected one and l other of a shift by Sagnac effect, in opposite direction.
L@ fibr@ optique 83 étant prévue pour ne pas introduire de retation sens@ble du plan de polarisation des ondes qui s'@ pro@agent, le @ube 8@ @éunit les deux faIsceaux divi @i@nnaires @mergeant@ en @@linéarité (80d), le faisceau @@@ étant chag@e foi@ transmis et le faisceau 80b étant chaque foi@ réfléch@. Un cube optique 84 à plan diagonal @e @oupe découple les deux faisceaux 80d en réfléchissant @'un et tra@@@@ttant l'autre.Une lame demi-onde 86 fait @@@rner de @@@ le plan de polarisation du faisceau réflé chi@ qui est er@lite réfl@chi orth@gonalement par un pris- me @@ @éfle@i@n to@ale pour tomber sur un cube optique @9 à pla@ diagonal de c@@pe. De son côté le faisceau trans- @@s par le cube 84 est dévié orthogonalement par un prisme 35 à réflexion totale, traver@e une lame quart d'onde 87 convenablement orientée qui lui confère une polarisation circulaire avant son incidence sur le cube 89.Le cube 89, @cnjointe@@nt avec des cubes optiques à plan diagonal de coupe 90 et 91, quatre détecteurs photoélectriques 92 à ).r, et deux. amplificateurs différentiels 96 et 97, consti t@ent un dispositif de détection en quadrature avec balan e hétérodyne conforme à celui qui est décrit en référence à la figure 3. Le dispositif électronique d'exploitation 98 reçoit donc deux signaux représentatifs des cosinus directeurs (sinus et cosinus) de la phase différentielle induite par effet Sagnac dans la fibre optique 83, lorsque cette fibre suint une rotation autour de son axe par rapport E des axes de référence fixes dans l'espace.Bien entendu tout le dispositif de gyroscope optique accompagne la fibre optique dans sa rotation*
les différences de marche des faisceaux circulant en sens Inverse dans la fibre optique 83 sont prises en compte avec une précision de l'ordre de quelques millièmes de longueur d'onde par l'appareillage électronique d'exploitation 98, tandis que par comptage et d comptage des alternances de l'un des signaux d'entrée an dépendance du signe de l'autre signal, l'indétermination en nombre entier de longueur d'onde de différence de marche est levée,
Il est clair que la conception de la disposition des circuits de l'appareillage électronique 98, qui sort du cadre de la présente invention, est à la portée d'un homme du métier, et fait partie de l'état de la technique au moins dans son concept général.Since the optical fiber 83 is designed so as not to introduce a meaningful retation of the plane of polarization of the waves which is proacting, the @ube 8 @ @ unites the two divisive beams @ merging @ en @@ linearity (80d), the beam @@@ being chag @ e faith @ transmitted and the beam 80b being each faith @ reflected @. An optical cube 84 with a diagonal plane @e @oupe decouples the two beams 80d by reflecting @ 'one and tra @ @@@@ while the other. A half-wave plate 86 makes @@@ rner of @@@ the plane of polarization of the reflected beam chi @ which is er @ lite ref @ chi orth @ gonally by a prism @@ @ éfle @ i @ n to @ ale to fall on an optical cube @ 9 to pla @ diagonal of c @@ pe . On its side the beam trans- @@ s by the cube 84 is deflected orthogonally by a prism 35 with total reflection, crossing @ e a quarter wave plate 87 suitably oriented which gives it a circular polarization before its incidence on the cube 89 .Cube 89, @ cnjointe @@ nt with diagonal sectional optical cubes 90 and 91, four photoelectric detectors 92 to) .r, and two. differential amplifiers 96 and 97, constitute a quadrature detection device with heterodyne balan e conforming to that which is described with reference to FIG. 3. The electronic operating device 98 therefore receives two signals representative of the guiding cosines (sine and cosine) of the differential phase induced by Sagnac effect in the optical fiber 83, when this fiber follows a rotation around its axis with respect to E fixed reference axes in space. Of course the whole optical gyroscope device accompanies the optical fiber in its rotation *
the differences in the path of the beams flowing in the opposite direction in the optical fiber 83 are taken into account with an accuracy of the order of a few thousandths of a wavelength by the operating electronic equipment 98, while by counting and d counting of the half-waves of one of the input signals depending on the sign of the other signal, the indeterminacy in whole number of wavelength of the path difference is lifted,
It is clear that the design of the arrangement of the circuits of the electronic apparatus 98, which is outside the scope of the present invention, is within the reach of those skilled in the art, and is part of the state of the art at least. in its general concept.
Par ailleurs il est évident que la présente invention, bien que décrite dans des réalisations faisant appel à des composants et technique de l'optique de lumière cohérente issue d'un faisceau émis par un laser, est transposable immédiatement dans la technique des micro-ondes hertziennes guidées. En effet les optiques des ondes lumineuses cono-'- rentes et des micro-ondes hertziennes s'expriment dans un formalisme unitaire, de sorte que la correspondance entre composants utilisés dans l'une ou l'autre des techniques pour engendrer des ondes polarisées, modifier les paramètres de polarisation ou réfléchir sélectivement des ondes suivant leurs paramètres de polarisation apparaîtra évidente à l'homme du métier0
En outre la présente description n'a fait référence qu'à deux applications particulières de l'invention, mais il est clair que le cadre de la présente invention ne sau- rait être restreint à ces applications. Furthermore, it is obvious that the present invention, although described in embodiments using components and technique of coherent light optics from a beam emitted by a laser, is immediately transposable in the microwave technique. guided hertzians. Indeed, the optics of the concentric light waves and of the microwave are expressed in a unitary formalism, so that the correspondence between components used in one or the other of the techniques to generate polarized waves, modifying the polarization parameters or selectively reflecting waves according to their polarization parameters will be obvious to a person skilled in the art
Furthermore, the present description has only referred to two particular applications of the invention, but it is clear that the scope of the present invention cannot be limited to these applications.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8002225A FR2475220A1 (en) | 1980-02-01 | 1980-02-01 | Phase modulation detector for two laser beams - comprises beam splitters providing inputs to differential amplifiers for Doppler velocity meters and Sagnac gyroscopes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8002225A FR2475220A1 (en) | 1980-02-01 | 1980-02-01 | Phase modulation detector for two laser beams - comprises beam splitters providing inputs to differential amplifiers for Doppler velocity meters and Sagnac gyroscopes |
Publications (2)
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| FR2475220B1 FR2475220B1 (en) | 1982-12-03 |
Family
ID=9238105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| FR8002225A Granted FR2475220A1 (en) | 1980-02-01 | 1980-02-01 | Phase modulation detector for two laser beams - comprises beam splitters providing inputs to differential amplifiers for Doppler velocity meters and Sagnac gyroscopes |
Country Status (1)
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|---|---|
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2526938A1 (en) * | 1982-05-12 | 1983-11-18 | Hitachi Cable | FIBER OPTIC LASER GYROSCOPE |
| EP0096416A2 (en) * | 1982-06-09 | 1983-12-21 | Sumitomo Electric Industries Limited | Optical fiber gyro |
| EP0113889A2 (en) * | 1982-12-18 | 1984-07-25 | Alcatel N.V. | Rotation speed measuring apparatus |
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-
1980
- 1980-02-01 FR FR8002225A patent/FR2475220A1/en active Granted
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2475220B1 (en) | 1982-12-03 |
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