FR2562342A1 - Laser en anneau, en particulier pour gyroscope a laser en anneau - Google Patents

Abstract

GYROSCOPE A LASER EN ANNEAU COMPRENANT TROIS MIROIRS D'ANGLE ET UN TUBE A DECHARGE GAZEUSE 3, QUI EST DISPOSE DANS UNE ENCOCHE DU BLOC SUPPORT. LE TUBE A DECHARGE GAZEUSE EST FIXE AU BLOC SUPPORT DE FACON QU'IL SOIT DEPLACABLE PAR L'INTERMEDIAIRE D'AU MOINS UNE COMMANDE DE REGLAGE EN CERAMIQUE PIEZO-ELECTRIQUE RADIALEMENT DANS LE PLAN DE LA TRAJECTOIRE DE RAYONNEMENT. L'AMPLITUDE DE MODULATION DE LA PARTIE DE RAYONNEMENT DECOUPLEE EST MESUREE PAR L'INTERMEDIAIRE D'UN CIRCUIT 18, 22 ET EST TRADUITE POUR LA COMMANDE DE REGLAGE 20 EN UN SIGNAL DE REGULATION DE HAUTE TENSION SUBORDONNE A L'AMPLITUDE DE MODULATION. PARMI LES COMMANDES DE REGLAGE, DEUX SONT DISPOSEES DE FACON APPROPRIEE 15, 16 DANS LE SENS DE LA LONGUEUR DU TUBE A DECHARGE GAZEUSE A L'ECART L'UNE DE L'AUTRE, ET SONT AUSSI PILOTABLES INDEPENDAMMENT L'UNE DE L'AUTRE. LE TUBE A DECHARGE GAZEUSE PEUT AINSI, PAR DEPLACEMENT DE LA TRAJECTOIRE DE RAYONNEMENT PAR SUITE DE DILATATIONS THERMIQUES DU BLOC SUPPORT, ETRE MAINTENU EN PERMANENCE EN POSITION COAXIALE PRECISE AVEC LE RAYONNEMENT TRAVERSANT.

Description

L'invention oncerne un laser en anneau, en parti-

culier pour gyrosctat - à laser en anneau comprenant un bloc support 1 de haute tabilité mécanique et thermique, avec trois miroirs d'angle, parmi lesquels un est formé de façon qu'il soit réglable et un autre comme miroir de découplage partiellement transparent, derrière lequel est disposé au

moins un photo-détecteur dans le trajet du rayonnement dé-

couplé de l'un des trains d'ondes circulant, et un tube à décharge gazeuse comune milieu d'amplification optique, qui

est disposé dans une encoche du bloc support.

Le facteur d'échelle du gyroscope à laser est L.i

et dépend ainsi des mesures géométriques F = surface d'an-

neau laser et L = longueur de la cavité résonante.

La longueur de la cavité résonante a la plus grande

influence sur le facteur d'échelle. Pour optimiser la lon-

gueur de la cavité -ésonante qui dépend de la longueur d'onde / et pour la stabilité de la longueur de la cavité résonante, il est connu d'équiper un des miroirs d'angle

avec une commande de réglage par l'intermédiaire de laquel-

le un mouvement de translation perpendiculaire au plan de miroir soit en direction de l'axe des miroirs eàt transmis

à ce miroir, au nive.au des miroirs concaves. Dans une com-

mande de régulation de type connu, les intensités de rayon-

nement des parties de rayonnement découplées des deux trains d'ondes circulant sont mesurées en permanence par

un photo-détecteur. Les signaux de sortie des photo-détec-

teurs sont totalisés et en relation avec le signal somme, un amplificateur de haute tension est piloté, depuis lequel le signal de régula-i.on est transmis au régulateur formé comme une commande piezo- électrique (DE-OS 30 09 796 =

GB 2071905 = US 4432646 = US 35 81 227).

Pour arriver à des modifications de dimensions aussi faibles que possible, le bloc support d'un laser en anneau

est construit en général en vitrocéramique de grande sta.

bilité mécanique et thermique. Malgré des coefficients de dilatation thermique extrêmement faibles, le bloc support

est déformé par des variations de températures. C'est pour-

quoi, les performna-es du laser en anneau se modifient.

Ceci conduit, entre autre, à une torsion des miroirs et

ainsi à un décalage du trajet du rayonnement. Un tel déca-

lage angulaire du miroir peut aussi êtra compensé par un

déplacement du firoir parallèlement à lui-même. Il en ré-

sulte alors un autre circuit de rayonnement pour lequel il y a alors lieu d'optimiser la longueur de la cavité réso- nante.

Il est connu, dans un laser en anneau, en compen-

sation de ce décalage du rayonnement, de disposer un des

miroirs d'angle de façon qu'il puisse être déplacé paral-

lèlement à lui-même aussi bien que basculé autour d'un axe

s'étendant normalement au plan de rayonnement. La régula-

tion du miroir y est pilotée par l'intermédiaire d'un cir-

cuit, dans lequel, comme signal d'entrée, la partie de rayonnement découplée d'un des trains d'ondes circulant est mesurée dans son intensité. Par l'emploi de signaux de références distincts, on extrait de ce signal le signal de

commande pour le transmettre au régulateur du miroir dé-

plaçable (US-PS 4 113 387).

Dans tous les lasers en anneau connus, on néglige le fait que, en raison du déplacement de miroir, on rétablit certes la longueur de cavité de résonance optimale, mais que le trajet du rayonnement qui s'y produit, ne traverse plus le milieu laser, ici, le tube à décharge gazeuse, de

la meilleure façon. Le rendement utile en est ainsi amoin-

dri.

Le but de l'invention est de créer un laser en an-

neau comprenant un bloc support 1 de haute stabilité méca-

nique et thermique avec trois miroirs d'angle, parmi les-

quels un est formé de façon qu'il soit réglable et un autre

comme miroir de découplage partiellement transparent, der-

rière lequel est disposé au moins un photo-détecteur dans le trajet du rayonnement découplé de l'un des trains d'ondes

circulant, et un tube à décharge gazeuse comme milieu d'am-

plification optique, qui est disposé dans une encoche du bloc support, réalisé de sorte que, même en cas de décalages

de trajectoire de faisceau, une puissance optimale soit ob-

tenue, par la régulation de la longueur de la cavité réso-

nante du milieu laser.

Ce but est atteint, selon l'invention, en fixant au

b:lc suSort le t.-_ décharge gazeuse déplagable radia-

- È ';ci. A " f.a.S progation du rayonnement par 1I

intermdare d'au ioins un dispositif de réglage en céra-

micue piezo-électriaue, et en prévoyant un circuit au moyen duquel l'amplitude de modulation de la partie de faisceau

découplé est mesurée, et est convertie en un signal de ré-

gula tion de haute tension dépendant de l'amplitude de mo-

dulation pour-le régulateur.

Par la solution conforme à l'invention du problème

posé, on n'obtient pas seulement une adaptation de la po-

sition du tube à décharge gazeuse à toutes les trajec-

toires de faisceau. On peut aussi compenser les dilatations thermiques du tube à décharge gazeuse lui-même, de façon simple de sorte que la possibilité subsiste, sans dommage pour la qualité, d'utiliser des tubes à décharge gazeuse en verres d'appareillage normaux et d'arriver ainsi à d'importants avantages de technique de fabrication et par conséquent à une substantielle réduction des coûts pour un laser en anneau. L'inconvénient décisif d'utiliser

des tubes à décharge gazeuse en verre d'appareillage clas-

sique, à savoir le fort coefficient de dilatation thermique,

est facilement compensé.

Les caractéristiques de l'invention définies dans

les revendications subordonnées ressortiront de la descrip-

tion qui va suivre.

L'invention est illustrée à titre d'exemple dans les dessins et décrite ci-dessous en détail en référence aux dessins. La Fig. 1 montre schématiquement un laser en anneau de type connu avec un miroir d'angle réglable et un circuit pour la compensation de modifications de la longueur de la

cavité résonante.

La Fig. 2 montre schématiquement un décalage de faisceau, comme il s'en produit par une compensation de la longueur de la cavité résonante par l'intermédiaire d'un

mouvement de translation de l'un des miroirs d'angle.

La Fig. 3 montre un laser en anneau selon l'inven-

tion dans une première forme de réalisation.

La Fig. 4 montre une autre forme de réalisation d'un

laser en anneau selon l'invention.

La Fig..e laser en anneau de type connu avec un bloc suprort 1, qui est habituellement constitué par une vitro-céramique à haute stabilité thermique et mécanique. Le bloc support 1 est doté d'un côté d'une encoche 2, dans laquelle est disposé séparément un tube à

décharge gazeuse He-Ne 3, en verre d'appareillage usuel.

La trajectoire des rayons 4 est illustrée en trais pleins.

Elle traverse axialement le tube à décharge gazeuse 3. Pour

utilisation comme gyroscope à laser en anneau, le bloc sup-

port 1 peut, en plus, être doté d'un oscillateur de type

usuel 5.

Le bloc support est équipé de trois miroirs d'angle 7, 8 et 9, parmi lesquels le miroir d'angle 9 est réalisé

sous la forme d'un miroir concave. Le miroir 8 est partiel-

lement transparent. Par son intermédiaire, des fractions de rayonnement des trains d'ondes circulant dans le même

sens sont découplées. Des photo-diodes 10 et lo' sont ali-

mentées par ces parties de rayonnement. Leurs signaux de

sortie sont transmis à un sommateur 11. Son signal de sor-

tie est transmis à un amplificateur de haute tension 12, duquel un signal de régulation est transmis à un dispositif de réglage piezo-électrique 13, au moyen duquel le miroir

9 peut être déplacé parallèlement à lui-même.

Il ressort de la Fig. 2 que les miroirs d'angle 7 et 8 ont été déplacés de leur position d'origine illustrée en

traits pleins par suite de déformations du bloc support 1.

Une modification de la longueur de la cavité résonante ainsi causée est compensée par un mouvement de translation du miroir 9 par l'intermédiaire du régulateur 13. Il s'ensuit

alors le parcours de rayonnement 6 illustré en pointillés.

Par le déplacement de rayonnement illustré d'une façon ex-

gérée pour des raisons de clarté, se produit également un déplacement angulaire du trajet de rayonnement à travers le tube de décharge gazeuse 3, de sorte que celui-ci ne donne

plus son rendement optimal.

Pour remédier à ce désavantage, comme illustré en Fig. 3 et conformément à l'invention, le tube de décharge gazeuse 3 inséré dans l'encoche 2 du bloc support 1 est fixé sur le bloc s Dport 1 au moyen de deux dispositifs de régulation piezo-é.ctriques 15, 16 disposés à l'écart l'un de l'autre. Ces dipositifs de régulation dans la forme de réalisation selon la Fig. 3 sont montés en parallèle. La fraction de rayonnement 21, découplée au moyen du miroir 8 du train d'ondes circulant dans le sens des aiguilles d'une montre, frappe une photo-diode 18. Le signal de sortie de celle-ci est amplifié dans un amplificateur 22 et transmis à un circuit 20 dans lequel l'amplitude de modulation est mesurée et traduite en une grandeur de commande pour les dispositifs piezo-électriques 15, 16. Ce circuit peut être

un circuit de type connu, commne on en connait à titre d'.

exemple par le brevet GB-PS 1 534 998.

Le signal de réglage est transmis de façon habitu-

elle à un amplificateur de haute tension 22', qui délivre

le signal de réglage pour les régulateurs 15 et 16.

Un circuit, comme illustré sur la Fig. 3 rend pos-

sible de façon simple une compensation de la dilatation

thermique radiale du tube à décharge gazeuse par un dépla-

cement du tube à décharge gazeuse 3 parallèlement à -lui-

même, radial et proportionnel à la dilatation thermique.

Le circuit permet aussi, malgré les coefficients de dila-

tation thermique différents du matériau qui constitue le bloc support 1, et du verre qui constitue le tube à décharge gazeuse, de garantir un alignement très précis du tube à

décharge gazeuse sur la trajectoire de rayonnement.

Dans la forme de réalisation selon la Fig. 4, les mêmes éléments sont dotés des mêmes signes de référence et

sur ce point référence peut être faite à la description de

la forme de réalisation selon la Fig. 3, les deux commandes de réglage 15 et 16 pour le tube à décharge gazeuse 3 peuvent être toujours pilotées séparément. De cette façon, outre un déplacement parallèle, un déplacement angulaire de

l'axe longitudinal du tube dans le plan du trajet de rayon-

nement est possible. Le signal de sort e amplifié du photo-

détecteur 18 est transmis ici, à nouveau, à travers un am-

plificateur 19 à un circuit 20 au moyen duquel l'amplifi-

cation de modulation est mesurée et est traduite en une

première grandeur de régulation pour l'organe piezo-élec-

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trique. Le signal de sortie est transmis à un circuit 23 dans lequel sont disposés deux amplificateurs de haute tension pilotables séparément. Un pilotage identique des amplificateurs de haute tension produit un déplacement du tube parallèle à lui-même. Les amplificateurs de haute

tension peuvent être, au moyen d'un analyseur de commuta-

tion, pilotés tour à tour. Cet analyseur de commutation peut être pilotable par l'intermédiaire d'un circuit 24

pour optimiser la puissance de sortie du laser, comme il-

lustré schématiquement dans le dessin. Grace à un tel cir-

cuit, le tube à décharge gazeuse peut être positionné au mieux entre les miroirs 7 et 8 aussi bien radialement que

faisant un angle par rapport au trajet de rayonnement.

2 17ENDI CATIONS

- LaLcr ^n an: eau-c mpZ-enant un bloc support 1 de hIaute stabi..icé mé(. anique et thermique avec trois miroirs d'angle, parmi lesquels un est formé de façon qu'il soit réglable et un autre comme miroir de découplage partiel- lement transparent, derrière lequel est disposé au moins un photo-détecteur dans le trajet du rayonnement 4 de la partie de rayonnement découplé de l'un des trains d'ondes circulant, et un tube à décharge gazeuse 3 comme milèu d'amplification optique, qui est disposé dans une encoche 2 du bloc support, caractérisé en ce que le tube à décharge gazeuse 3 est fixé au bloc support de façon qu'il puisse être déplacé au moyen d'au moins un régulateur en céramique piezo-électrique et radialement dans le plan du trajet du rayonnement 4, et en ce qu'il est prévu un circuit au moyen

duquel l'amplitude de modulation de la partie de rayonne-

ment découplée est mesurée et est traduite en un signal de régulation de haute tension pour le régulateur, ce signal

étant subordonné à l'amplitude de modulation.

2. Laser en anneau selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que le tube à décharge gazeuse est en plus dé-

plaçable dans le plan de la trajectoire de rayonnement de

façon qu'il fasse un angle avec cette trajectoire.

3. Laser en anneau selon les revendications 1 ou 2,

caractérisé en ce qu'il est prévu deux commandes de réglage disposées dans le sens de la longueur du tube à décharge

gazeuse à l'écart l'une de l'autre.

4. Laser en anneau selon les revendications 2 et 3,

caractérisé en ce que les deux commandes de réglage sont

pilotables indépendamment l'une de l'autre.