FR2563623A1 - Gyroscope a laser a couches minces en boucle ouverte - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE LES GYROSCOPES A LASER. ELLE SE RAPPORTE A UN GYROSCOPE COMPRENANT UN LASER 14 ET UN RESONATEUR ANNULAIRE 10. DES COUPLEURS D'ENTREE 32, 34 INJECTENT LA LUMIERE DANS LE RESONATEUR ET UN COUPLEUR DE SORTIE 38 ALIMENTE DES DETECTEURS 40, 62. LA FREQUENCE DU LASER 14 EST BALAYEE PAR PAS DE PART ET D'AUTRE DE LA FREQUENCE DE RESONANCE DU RESONATEUR, A L'AIDE DES SIGNAUX D'UN PREMIER DETECTEUR 40, ET LES SIGNAUX D'UN SECOND DETECTEUR 62 SONT UTILISES POUR LA DETERMINATION DE LA VITESSE ANGULAIRE DU GYROSCOPE. APPLICATION A LA REALISATION DE GYROSCOPES A LASER.
Description
2,563623
La présente invention concerne la détection de la vitesse angulaire et plus précisément un gyroscope
à laser en boucle ouverte.
Les gyroscopes à laser fonctionnent en général par disposition d'un laser destiné à injecter des faisceaux lumineux se propageant en sens inverses dans un résonateur annulaire. Lorsque la fréquence de la lumière injectée est telle qu'un nombre entier de longueurs d'onde est délimité
à l'intérieur du résonateur, l'anneau est en résonance.
Lorsque l'anneau a une vitesse angulaire, la longueur du trajet apparent pour un rayonnement se propageant dans le sens de rotation est plus grande que celle du rayonnement se propageant dans l'autre sens. Le changement de longueur
apparente du trajet perturbe la condition de résonance.
Cette condition peut être rétablie par modification de la fréquence de la lumière injectée dans l'anneau. Le changement de fréquence nécessaire au rétablissement de la résonance est donc une mesure de la vitesse angulaire
de l'anneau.
Dans les gyroscopes à laser en boucle fermée, la fréquence de la lumière injectée dans l'anneau est modifiée, souvent à l'aide de dispositifs de décalage de fréquence de type acousto-optique, afin que l'anneau reste à la résonance. Ces gyroscopes sont dits en boucle fermée car la fréquence injectée est modifiée de manière que le résonateur reste à la résonance pendant la rotation de l'anneau. Un tel gyroscope à laser en boucle fermée est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 326 803. En plus du laser et du résonateur en anneau, ce gyroscope a deux circuits de décalage dé fréquence pour son fonctionnement si bien que son coût et sa complexité
sont accrus.
L'invention concerne un gyroscope à laser en boucle ouverte qui supprime la nécessité de l'utilisation
V5 de circuits de décalage de fréquence.
Elle concerne aussi un gyroscope à laser à couches minces qui est plus simple et nettement moins coûteux que
les gyroscopes de type connu.
Elle concerne aussi un gyroscope à laser qui
peut être réalisé par la technologie des couches minces.
Le gyroscope à laser en boucle ouverte selon
l'invention comporte un laser et un résonateur annulaire.
Un appareil est destiné à coupler les faisceaux lumineux provenant du laser et se propageant en sens inverses dans le résonateur. La fréquence du laser est balayée de part et d'autre de la fréquence de résonance du résonateur par pas superposés à un niveau continu, et l'intensité de la lumière de l'un des faisceaux se propageant en sens inverses est détectée pendant ces pas. Un appareil est destiné à déterminer la différence d'intensité de la lumière détectée pendant ces pas. Un circuit électronique sensible à cette différence est utilisé pour la modification du
niveau continu des pas afin que la différence soit annulée.
L'intensité lumineuse dans l'autre des faisceaux est alors détectée pendant les pas, et la différence d'intensité est déterminée pour ce faisceau. Cette différence est
représentative de la vitesse de rotation du gyroscope.
Dans un premier mode de réalisation préféré, un premier et un second coupleur d'entrée à guide d'onde sont destinés à coupler les faisceaux qui se propagent en sens inverses du laser au résonateur. Dans ce mode
de réalisation, un appareil est destiné à détecter l'inten-
sité de la lumière dans l'un des coupleurs d'entrée, pendant les pas. La différence d'intensité est déterminée et un circuit électronique, commandé par la différence, est destiné à modifier le niveau continu des pas afin qu'il
fasse passer cette différence à une valeur nulle. L'inten-
sité de la lumière dans l'autre des coupleurs d'entrée
est aussi détectée pendant les pas et la différence d'inten-
i Lo e; t. ieP)selntat Livw de la vitLesse de rotation du gyros-
cope.
D'autres caractéristiques et avantages de l'inven-
tion ressortiront mieux de la description qui va suivre,
faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un graphique fréquence-intensité d'un résonateur annulaire, la figure 2 représente graphiquement la technique de balayage du laser, décrite dans le présent mémoire, la figure 2A est schéma illustrant un procédé d'obtention d'une différence d'intensité, utilisé avec la technique décrite en référence à la figure 2, la figure 3 est un schéma d'un mode de réalisation de gyroscope à laser selon l'invention, la figure 4 est un schéma d'un gyroscope à laser destiné à un fonctionnement inverse, la figure 5 est un schéma d'un gyroscope à laser destiné à fonctionner à la fois directement et en inverse, la figure 6 est un schéma d'une réalisation matérielle des gyroscopes a laser décrits dans le présent mémoire,
la figure 7 est un mode de réalisation de gyros-
cope à laser mettant en oeuvre un commutateur, la figure 8 est un schéma d'un mode de réalisation de gyroscope à laser ne nécessistant pas la normalisation d'intensité, et la figure 9 est un schéma d'un autre mode de réalisation de gyroscope à laser en boucle ouverte ayant
un commutateur-coupleur électro-optique.
On considère d'abord, en référence aux figures 1 à 3, le fonctionnement du gyroscope à laser tel que décrit et revendiqué dans le présent mémoire. L'intensité de la lumière, dans un resonateur annulaire 10 représenté sur la figure 3, dépend de la fréquence de la lumière par rapport à la frequence de résonance du résonateur 10 f0 et de la largeur de raie gamma du résonateuro Comme l'indique la figure 1, l'intensité maximale 10 apparaît lorsque la frJqience de la lumière se propageant dans le résonateur 10 a une fréquence f0 ' Lorsque la fréquence s'zcarte de la fréquence de resonance f0 l'intensité diminue assez fortement. En particulier, à proximité de
la résonance, la relation entre l'intensité dans le résona-
teur 10 et l'intensité à l'entrée est donnée par la relation o= -1 Ii 1 + 4/r2 (f-f0) Gamma est la largeur de raie, c'est-à-dire la largeur
de la courbe de la figure 1 pour une intensité I=Io/2.
La dérivé de I par rapport à la fréquence est donnée par dI 8 f-f0 df r2 (1+4/r2 (f-f0)2)2 La pente maximale correspond au point qui se trouve aux 3/4 de l'énergie, c'est-à-dire d 3 /3 dfl 3/4 Io 4r Ainsi, au point correspondant aux 3/4 de l'énergie, pour lequel la pente est maximale, de. faibles modifications de la fréquence provoquent des modifications importantes de l'intensité de la lumière dans le résonateur 10. Cette
sensibilité de l'intensité au:< faibles variations de fré-
quence peut être utilisée pour la réalisation d'un gyroscope
a laser en boucle ouverte.
La technique d'utilisation des changements d'in-
tensité pour de petits changements de fréquence est mainte-
nant décrite en référence à la figure 2. Comme sur la figure 1, la courbe 12 indique la variation d'intensité de la lumière dans le résonateur 10 en fonction de la fréquence. Lorsque la fréquence d'un laser tel qu'un laser 14 de la figure 3, varie comme indiqué par la courbe 16 de la figure 2, l'intensité de la lumière dans le résonateur annulaire 10 varie. En particulier, le laser 14 travaille à une fréquence inférieure à la fréquence f0 pendant l'intervalle de temps T1 et à une fréquence supérieure à f0 pendant l'intervalle T2, l'alternance se poursuivant au cours du temps comme représenté. Les pas en alternance
de la courbe 16 ont un niveau continu indiqué par le déca-
lage de la figure 2. Pendant les temps T1 au cours desquels
le laser fonctionne à une fréquence inférieure f0, l'inten-
sité résultante dans le résonateur 10 est déterminée par l'intersection de droites 18 avec la courbe 12 qui se trouvent en un point 20. De même, pendant les invervalles
de temps T2, l'intensité dans le résonateur 10 est détermi-
ne par l'intersection d'une droite 22 avec la courbe 12, en un point 24. Ainsi, pendant l'intervalle de temps
T1, l'intensité dans le résonateur 10 a une valeur représen-
tée par le point 20, et pendant la période T2, l'intensité a une valeur indiquée par le point 24. Lorsque le niveau continu de la courbe 16, c'est-à-dire le décalage indiqué sur la figure 2, est ramené vers zéro par modification des fréquences du laser au-dessus et au-dessous de fo, le point 20 se déplace vers le haut, vers l'emplacement
26, et le point 24 vers le bas, vers l'emplacement 28.
Etant donné la symétrie de la courbe 12, les points 26
et 28 se trouvent à la même intensité.
Une description d'un gyroscope à laser 30 (figure
3) montre comment les principes précédents sont mis en oeuvre dans un gyroscope à laser. Le gyroscope 30 a un résonateur 10 à guide d'onde et le laser 14 qui est de
préférence une diode laser à arséniure de gallium et d'alu-
minium. Le signal de sortie de la diode 14 se déplace
le long d'un coupleur 32 d'entrée à guide d'onde. Ce cou-
pleur 32 est placé très près d'un second coupleur d'entrée 34 à guide d'onde. Etant donné le mécanisme de couplage par ondes évanescentes, la lumière qui se propage dans le guide 32 est couplée au guide 34. Les guides d'onde 32 et 34 sont disposés de manière que la moitié environ d'énergie lumineuse de la diode 14 se propage dans le coupleur 32 et la moitié dans le coupleur 34. Etant donné le partage égal de l'énergie, les coupleurs 32 et 34 peuvent
être considérés comme couplés par un coupleur de 3 dB.
On considère maintenant la lumière se propageant dans le coupleur 34. Toujours par le mécanisme du couplage par ondes evanescentes, la lumière se propageant dans le coupleur 34 est couplée au résonateur 10 à guide d'onde à l'emplacement 36. Cette lumière se propage dans le sens
des aiguilles d'une montre dans le résonateur 10. Un cou-
pleur 38 de sortie est aussi couplé au résonateur 10 de manière que la lumière se propageant dans le sens des
aiguilles d'une montre dans celui-ci soit couplée au cou-
pleur 38 de sortie et soit détectée par un détecteur 40.
Il est important de se rappeler que le laser 14 fonctionne par variation de sa fréquence au-dessus et au-dessous de la fréquence de résonance f0 du résonateur comme indiqué sur la figure 2. Ainsi, pendant le temps T1, le détecteur 40 détecte l'intensité de la lumière dans le résonateur lorsque le laser 14 travaille au-dessous de la fréquence de résonance f0. De même pendant le temps T2, le détecteur 40 détecte l'intensité dans le résonateur alors que la fréquence du laser est supérieure à f0. Comme l'indique la figure 2A, le signal de sortie du détecteur est commuté vers un élément 42 d'échantillonnage et de maintien pendant le temps T1 par un commutateur 44 et est commuté dans l'élément 46 d'échantillonnage et de maintien pendant le temps T2, et la différence entre les deux signaux est calculée par un circuit 48. Le signal de sortie de circuit 48 constitue un premier signal d'entrée
(figure 3) d'un amplificateur 52 d'asservissement.
L'autre entrée 54 des l'amplificateur 52 provient de la sortie d'un détecteur 56 qui contrôle l'intensité de la diode 14. De cette manière, le signal 50 est normalisé
par rapport au signal de sortie de la diode laser 14.
Le signal de l'amplificateur 52 d'asservissement est ainsi un signal normalisé 58 qui est utilisé pour la variation du niveau continu des pas alternatifs représentés par
la courbe 16 de la figure 2.
Lorsque le gyroscope 30 à laser a une vitesse angulaire qui se trouve dans le plan de la figure 3, la longueur apparente du résonateur 10 varie' à cause de la vitesse de rotation. Le changement de longueur du trajet perturbe donc la condition de résonance et l'écarte de f0' Le schéma de commande décrit précédemment modifie alors le niveau continu des pas de la courbe 16 afin que les points 20 et 24 (figure 2) viennent en coïncidence
par rapport à la nouvelle fréquence de résonance. On consi-
dère maintenant la lumière se propageant dans le coupleur
32 d'entrée. Elle est couplée au résonateur 10 à un emplace-
ment 60 et se propage dans le résonateur 10 dans le sens contraire des aiguilles d'une montre. La lumière tournant dans le sens contraire des aiguilles d'une montre est couplée au coupleur 38 de sortie et elle est détectée par un détecteur 62. Etant donné la rotation du gyroscope ,1es conditions de résonance sont différentes, pour
ce faisceau se propageant dans le sens contraire des aiguil-
les d'une montre, si bien que la vitesse de rotation peut être déterminée. Le signal du détecteur 62 est échantillonné de la même manière que représenté sur la figure 2A et il parvient à une entrée 64 d'un second amplificateur 66 d'asservissement. Une autre entrée 68 de l'amplificateur 66 transmet le signal de sortie du détecteur 56. Le signal de- sortie de l'amplificateur 66 d'asservissement est ainsi un signal différence normalisée indiquant la différence d'intensité du faisceau se propageant dans le sens contraire
des aiguilles d'une montre, pendant les temps T1 et T2.
Cette différence est représentative de la vitesse angulaire
du gyroscope 30.
Comme l'indique la figure 3, la diode 14 à laser est montée sur un dispositif thermoélectrique 70, par
exemple un dispositif à refroidissement à effet Peltier.
Ce dispositif 70 comporte un appareil de mesure de la
température de la diode 14 et ce signal mesuré de tempéra-
ture est transmis à l'entrée d'un amplificateur 72 d'asser-
vissement qui travaille en boucle fermée de manière qu'il
maintienne la diode 14 à températeur constante. Cet asser-
vissement de température est nécessaire afin que la diode 14 ne puisse pas s'écarter du mode longitudinal ("saut
de mode").
Il faut se rappeler que le démodulateur représenté sur la figure 2A peut être réalisé d'une autre manière, par exemple numériquement à l'aide d'un convertisseur tension-fréquence piloté par le signal du détecteur. Dans ce cas, le signal de sortie tension-fréquence est compté dans un compteurdécompteur qui compte pendant le temps T1 et décompte pendant le temps T2. Le nombre résultant
est transmis et constitue le signal intégré d'erreur.
Le gyroscope 30 à laser à trois coupleurs représenté
sur la figure 3, présente l'avantage, par rapport au gyros-
cope connu à deux coupleurs, de ne pas comporter de disposi- tif de décalage de fréquence entre le laser et le coupleur d'entrée, si bien que le problème de la cavité ou de la boucle résonnante couplée au laser ne se pose pas. Ainsi,
l'arrangement assure l'isolement.
Le gyroscope 30 à laser de la figure 3 peut être considéré comme "direct" en ce qu'il utilise les signaux émis de Fabry-Perot au niveau des détecteurs 40 et 62, ces signaux croissant jusqu'à une valeur maximale à la résonance comme indiqué sur les figures 1 et 2. Lorsque les signaux détectés par les détecteurs 40 et 62 augmentent jusqu'à une valeur maximale à la résonance, l'intensité lumineuse dans les coupleurs 32 et 34 d'entrée diminue jusqu'à une valeur minimale puisque, à la résonance, la totalité pratiquement de l'énergie lumineuse se trouve dans le résonateur 10. Ce fait suggère un fonctionnement "inverse" qui est maintenant décrit en référence à la figure 4. Un gyroscope 80 à laser à couches minces en boucle ouverte comporte un résonateur annulaire 82 à guide d'onde et une diode laser 84. Deux coupleurs d'entrée 86 et 88 sont destinés à coupler l'énergie lumineuse de
la diode 84 au résonateur 82. Comme dans le mode de réalisa-
tion de la figure 3, les coupleurs 86 et 88 sont réalisés de manière que la moitié environ de l'énergie de la diode 84 -se propage dans le coupleur 86 et l'autre moitié dans le coupleur 88. Les deux coupleurs sont *positionnés par rapport au résonateur 82 de manière que la lumière soit couplée vers le résonateur. Le coupleur 88 d'entrée aboutit
à un détecteur 90 et le coupleur 86 à un détecteur 92.
La diode 84 est montée sur un dispositif themoélectrique
94 destiné à régler la température de la diode laser.
Un détecteur 96 est destiné à contrôler le signal de la diode laser 84 afin., qu'il puisse être normalisé comme
dans 1(, mó)odo dc ré'alisation de la figure 3.
[,o1rs du ionetio nn(,ment, la diode laser 84 fonc-
t iornl d(, la m(',tnw manièro etagée que les modes de réalisa-
t:ion décrits en reference aux figures 2 et 3. Cependant, ) dans ce cas, le signal de sortie du détecteur 90 est utilisé pour la modification du niveau continu du signal de sortie d(, la diode 84. Evidemînent, le signal du détecteur 90 st l'invrs( de la forme d'onde 12 représentée sur la iqurle 2. Ainsi, lorsque les conditions de résonance sont' satiifaits dans le résonateur 82, le détecteur 90 indique
un minimum. Iorsque le gyroscope a ainsi une vitesse angu-
lair,, un ampl]ificateur 98 d'asservissement règle le niveau continu (les changements de pas en fréquence afin que le faisceau se propageant dans le sens des aiguilles d'une
1') montre resto accordé à la fréquence de resonance de l'an-
n(eau. le détecteur 92 voit alors un signal qui est représen-
tatif de la vitesse angulaire du gyroscope 80. Il faut
noter qlut, le mode de réalisation de la figure 4 ne néces-
:;ite pas de coupleur de sortie, comme celui de la figure3
2 t il (,s;t donc plus simple et de fabrication moins coQteuse.
la figure 5 représente un mode de réalisation de I 'invention qui combine les gyroscopes de types "direct" et "inverse" des figures 3 et 4. Comme les signaux "direct" et "inverse" apparaissent indépendamment, ils peuvent :tr(e combinés afin que la sensibilité du gyroscope 100 a laser soit accrue. Ainsi, ce mode de réalisation élimine la necessité d'utilisation d'un détecteur pour la détection
du signal de sortie cdu laser en vue de la normalisation.
C(, mode de réalisation elimine aussi les signaux parasites
() d vitesse dus aux fluctuations différentieiles d'intensité.
leô qyroscope 100 a une diode laser 102 montée sur un dispo-
sitiú thermoélectrique 104. Ce dernier est commandé par un amplificateur d'asservissement en température qui porte a reference gqtnrale 106. La diode 102 émet de la lumière
qlui se propage dans des coupleurs 108 et 110 de sortie.
Ceux-ci sont destines à coupler la lumière dans le résona-
teur 112. Les coupleurs 108 et 110 se terminent par des 1 (0 c(et(cteurs 114 et 116 respectivwment. Un coupleur 118
de sortie( aboutit à des détecteurs 120 et 122.
Le fonctionnement du gyroscope 100 a laser est
maintenant décrit. La lumière qui se propage dans le cou-
pleur 108 d'entrée est couplée par ondes évanescentes dans le résonateur 112, avec formation d'un faisceau se propageant dans le sens des aiguilles d'une montre. Ce faisceau est couplé au coupleur 118 de sortie et il est détecté par le détecteur 120. Le signal de sortie de ce
dernier est comparé à celui du détecteur 114 qui est sensi-
ble à l'énergie lumineuse du coupleur 108 d'entrée. Un amplificateur 124 d'asservissement crée un signal d'erreur destiné à régler le niveau continu des pas de fréquence de la diode 102 de la même manière que décrit en référence au mode de réalisation de la figure 3. Ainsi, le niveau continu de la forme d'onde à gradins ou pas du signal
de sortie du laser est accordé sur la résonance du résona-
teur 112. Le signal de sortie du détecteur 122, sensible à un faisceau se propageant dans le sens contraire des aiguilles d'une montre, est comparé au signal de sortie du détecteur 116 dans un amplificateur opérationnel 126 dont le signal de sortie est représentatif de la vitesse angulaire du gyroscope 100. Ce dernier a une plus grande sensibilité et supprime la nécessité de l'utilisation
d'un détecteur de normalisation.
Dans les modes de réalisation de gyroscopes à laser des figures 3, 4 et 5, la sensibilité maximale est obtenue lorsque les pas ou oscillations de fréquence du laser entre crêtes est égale à la largeur de la raie du résonateur aux points de puissance 3/4 représentés sur la figure 1, et elle est donnée par les équations suivantes: dIl 3 /3 df d dIl 3 / d df 2r dû nô ' d 2 nXI' Dans ces équations, d désigne le diamètre du résonateur, n l'indice efficace de réfraction du résonateur, X la 1 1 longueur d'onde et D la vitesse angulaire. Les calculs
montrent qu'un résonateur de 25,4 mm peut avoir une résolu-
tion, limitée par le bruit de grenaille, de 0,1 /s avec une puissance de 1 milliwatt à une longueur d'onde de 800 nm. La largeur de raie d'un tel résonateur est d'environ MHz. Dans un tel gyroscope, la sensibilité sur la vitesse angulaire est di d = 1,1 x 10 / s d2
Dans le cas d'une vitesse angulaire de +1000 /s, le change-
ment d'intensité est d'environ 0,01, soit un faible écart sur la courbe de sortie. Au point de puissance 3/4,la largeur de la résonance de l'anneau est de 24 MHz si bien que l'oscillation de courant nécessaire à l'entrée d'une dliode laser est de l'ordre de 0,016 milliampères, valeur possible. La figure 6 est une construction possible des
gyroscopes à laser à couches minces décrit précédemment.
Un gyroscope 150 comporte une plaque 152 de verre consti-
tuant un substrat. Cette plaque 152 a par exemple une
épaisseur de 3,2 mm, mais elle peut aussi être plus- mince.
Le gyroscope 150 a un résonateur 154, un coupleur éventuel 156 à guide d'onde de sortie et des coupleurs 158 et 160 à guide d'onde d'entrée. Tous ces guides d'ondes sont en polymère réticulé photochimiquement, ayant subi une implantation ionique ou un échange d'ions (argent dans du verre). Ces guides d'ondes ont par exemple une profondeur de 1 à 2 pm et une largeur de 5 à 10 Bm à une longueur d'onde de 0,84 pm. La configuration du gyroscope 150 est avantageuse car seul un bord 162 doit être poli pour le montage des éléments. Un laser 164 est de préférence une diode d'airseniure de gallium eL d'aluminium. Un laser au phosphore et à l'arséniure de gallium et d'indium peut aussi être utilisé afin qu'il travaille à 1,3 pm. Des détecteurs directs 166 et 168 et des détecteurs inverses
et 172 sont aussi montés sur le bord poli unique 162.
Ces détecteurs sont de préférence des détecteurs au silicium dans le cas d'une utilisation à 0,84 pm, et il faut noter que d'autres détecteurs peuvent être utilisés lorsque de plus grandes longueurs d'onde sont utilisées. Tous les éléments électroniques sont ainsi disposés ensemble sur un seul bord poli 162, facilitant le montage et permet-
tant la formation d'un gyroscope à laser de coût relative-
ment faible.
La figure 7 représente un autre mode de réalisa-
tion de gyroscope à laser à couches minces. Un gyroscope
200 comporte un résonateur annulaire 202 et un laser 204.
Des coupleurs 206 et 208 sont disposés afin qu'ils couplent
l'énergie vers le résonateur 202 et à partir de celui-ci.
Un commutateur électro-optique 210 est destiné à coupler sélectivement la lumière du laser 204 à l'un ou l'autre des coupleurs 206 et 208. Ainsi, toute l'énergie du laser 204 est transmise à l'un ou l'autre des coupleurs et non
la moitié comme dans les modes de réalisation qui précèdent.
Le fonctionnement du gyroscope 200 est décrit maintenant. On suppose que le commutateur électro-optique 210 est dans un état tel que la lumière du laser 204 est transmise au coupleur 208. Cette lumière est alors couplée au résonateur 202 afin- qu'un faisceau se propageant dans
le sens contraire des aiguilles d'une montre soit formé.
Ce faisceau est alors couplé dans le coupleur 206 et détecté par un détecteur direct 212. Le signal inverse peut être
détecté par un détecteur 214. De même, lorsque le commuta-
teur 210 est dans l'autre état, la lumière est transmise du coupleur 206 au- résonateur avec création d'un faisceau
se propageant dans le sens des aiguilles d'une montre.
Ce faisceau est couplé au coupleur 208 et détecté par un détecteur direct 216. Un détecteur inverse 218 est aussi disposé. Les signaux de sortie de ces détecteurs sont utilisés pour la détermination de la vitesse angulaire comme décrit précédemment en référence aux autres modes
de réalisation.
La figure 8 représente un autre mode de réalisa-
tion de gyroscope à laser en boucle ouverte à couches minces destiné à fonctionner en "inverse". Un gyroscope 300
à laser a une substrat 302 de verre qui comporte un résona-
teur annulaire 304 à guide d'onde et des coupleurs d'entrée 306 et 308. Des détecteurs 310 et 312 sont sensibles à l'intensité de la lumière dans les guides d'ondes 306 et 308. Une diode laser 314 est destinée à injecter de l'énergie dans les coupleurs 306 et 308. Le gyroscope 300 travaille de la même manière que le gyroscope "inverse"
de la figure 4. Un commutateur électro-optique ou un répar-
titeur 316 de 3 dB transmettent l'énergie du laser 314
aux coupleurs 306 et 308.
La figure 9 représente un autre mode de réalisa-
tion de gyroscope à laser à couches minces en boucle ouver-
te. Un tel gyroscope 400 comprend un résonateur annulaire 402 à guide d'onde et un coupleur d'entrée 404. Celui-ci
aboutit à des détecteurs 406 et 408 et un commutateur.
électro-optique 410 commute la lumière provenant d'une diode 412 à l'un ou l'autre côté du coupleur 404. Ainsi dans un état, le commutateur 410 dirige la lumière du laser 412 dans la partie droite du coupleur 404. Cette lumière est couplée au résonateur 402 et forme un faisceau lumineux se propageant dans le sens des aiguilles d'une montre. Lorsque le commutateur est dans l'aute état, un faisceau se propageant dans le sens contraire des aiguilles
d'une montre est injecté dans le résonateur 402. Les détec-
teurs "inverses" 406 et 408 sont utilisés pour la détermina-
tion de la vitesse angulaire du gyroscope 400 comme décrit
précédemment en référence à la figure 4. Ce mode de fonc-
tionnement est avantageux de plusieurs manière. D'abord, le laser est isolé contre toutes réactions de la lumière qui circule et ensuite, les détecteurs sont isolés de
la lumière rétrodiffusée.
Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. Ainsi, les gyroscopes à laser en boucle ouverte et à couches minces, sensibles aux rotations angulaires, mettent en oeuvre une technique originale de balayage de fréquence d'une diode laser de part et d'autre de la
fréquence de résonance d'un résonateur annulaire et utili-
sent des techniques de démodulation pour la détermination des vitesses angulaires. Ces gyroscopes suppriment toute
utilisation nécessaire de dispositifs de décalage de fré-
quence qui sont connus dans les gyroscopes à laser en boucle fermée. Ainsi, l'invention concerne un gyroscope à laser nettement plus simple et moins coûteux que les gyroscopes connus. Les modes de réalisation destinés à fonctionner en "inverse" suppriment la nécessité d'un
coupleur de sortie.
Claims (12)
1. Gyroscope à laser en boucle ouverte, carac-
térisé en ce qu'il comporte: un laser (14), un résonateur annulaire (10), un dispositif (32, 34) destiné à coupler des faisceaux lumineux se propageant en sens inverses dans le résonateur, à partir du laser, un dispositif (52) destiné à balayer la fréquence du laser de part et d'autre de la fréquence de résonance du résonateur, par pas superposés à un niveau continu, un dispositif (40) de détection de l'intensité de la lumière de l'un des faisceaux se propageant en sens inverses, pendant les pas, un dipositif de détermination d'une première difference d'intensité de la lumière détectée pendant les pas,
un dispositif (52) sensible à la première diffé-
rence d'intensité de lumière détectée et destiné à modifier le niveau continu des pas afin qu'il annule la première difference, un dispositif (62) de détection de l'intensité de la lumière dans l'autre des faisceaux se propageant en sens inverses pendant les pas, et un dispositif (66) destiné à déterminer une seconde différence d'intensité pendant les pas de lumière dans l'autre faisceau se propageant en sens inverses, cette seconde différence étant représentative de la vitesse
de rotation du gyroscope.
2. Gyroscope selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de détermination de la première et de la seconde différence d'intensité de la lumière détectée pendant les pas comprend une paire d'éléments
d'échantillonnage et de maintien.
3. Gyroscope selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif destiné à déterminer la première et la seconde différence d'intensité de la lumière détectée pendant les pas comporte un convertisseur tension-fréquence piloté par le signal du détecteur, le signal de sortie
tension-fréquence étant compté dans un compteur-décompteur.
4. Gyroscope selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux coupleurs d'entrée (32, 34)
et un coupleur de sortie (38).
5. Gyroscope selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un substrat ayant un seul bord poli destiné au montage du laser et au montage des détecteurs
de l'intensité de la lumière dans les faisceaux se propa-
geant en sens inverses.
6. Gyroscope selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pas ont une dimension égale à la largeur d'une raie du résonateur aux points correspondant au 3/4
de la puissance.
7. Gyroscope selon la revendication 1, caractérisé en ce que le laser (14) est une diode à l'arséniure de
gallium et d'aluminium.
8. Gyroscope selon la revendication 1, caractérisé
en ce que les détecteurs sont des détecteurs au silicium.
9. Gyroscope selon la revendication 1, caractérisé en ce que le laser (14) est un laser au phosphore-et à
l'arséniure de gallium et d'indium. -
10. Gyroscope selon la revendication 1, caracté-
risé en ce qu'il comporte un dispositif thermoélectrique
(70) destiné à réglerla température du laser.
11. Gyroscope à laser en boucle ouverte, caracté-
risé en ce qu'il comprend: un laser (84), un résonateur annulaire (82), un premier et un second coupleur d'entrée (86, 88)
guide d'onde de coup)iag des faisceaux lumineux se propa-
geant en sens inverses dans le résonateur, à partir du laser, un dispositif de balayage de la fréquence du laser de part et d'autre de la fréquence de résonance du resonateur, par pas superposés à un niveau continu, un dispositif (92) de détection de l'intensité de la lumière dans l'un des coupleurs d'entrée pendant les pas, un dispositif (98) de détermination d'une première différence d'intensité de la lumière détectée dans un premier découpleur pendant les pas, un dispositif sensible à la première différence et destiné à modifier le niveau continu des pas afin qu'il annule la première différence, un dispositif (90) de détection de l'intensité de la lumière dans l'autre des coupleurs d'entrée pendant les pas, et un dispositif de détermination d'une seconde différence d'intensité de la lumière dans l'autre des coupleurs d'entrée pendant les pas, la seconde différence
étant représentative de la vitesse de rotation du gyroscope.
12. Gyroscope à laser en boucle ouverte, caracté-
rise en ce qu'il comprend: un laser (102), un résonateur annulaire (112), un premier et un second coupleur d'entrée (108,
) à guide d'onde destinés à coupler des faisceaux lumi-
neux provenant du laser et se propageant en sens inverses dans le résonateur, un coupleur de sortie (118), un dispositif de balayage de la fréquence du laser de part et d'autre de la fréquence de résonance du résonateur par pas superposes a un niveau continu,
un dispositif (114, 120) de détection de l'inten-
sité lumineuse dans l'un des coupleurs d'entrée pendant les pas et de détection de l'intensité de la lumière dans le coupleur de sortie, un dispositif de détermination d'une première différence d'intensité de la lumière détectée dans l'un des coupleurs d'entrée et dans le coupleur de sortie pendant les pas, un dispositif (124) commandé par la première différence et destiné à modifier le niveau continu des pas afin que la première différence soit annulée, un dispositif (116, 122) de détection d'intensité de la lumière dans l'autre des coupleurs d'entrée pendant les pas et de détermination de l'intensité de la lumière dans le coupleur de sortie, et un dispositif (126) de détermination d'une seconde différence d'intensité de la lumière dans l'autre des coupleurs d'entrée et dans le coupleur de sortie pendant les pas, la seconde différence étant représentative de
la vitesse de rotation du gyroscope.
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|---|---|---|---|---|
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| US4661964A (en) * | 1985-10-02 | 1987-04-28 | Northrop Corporation | Resonant waveguide laser gyro with a switched source |
| DE3712815A1 (de) * | 1987-04-15 | 1988-11-10 | Bodenseewerk Geraetetech | Messvorrichtung mit einem laser und einem ringresonator |
| EP0393968A3 (fr) * | 1989-04-19 | 1992-08-05 | British Aerospace Public Limited Company | Gyroscope à interféromètre à fibre optique du type résonateur |
| DE3926312A1 (de) * | 1989-08-09 | 1991-02-14 | Messerschmitt Boelkow Blohm | Faserkreisel vom sagnac-typ |
| DE3926313A1 (de) * | 1989-08-09 | 1991-02-14 | Messerschmitt Boelkow Blohm | Faserkreisel vom sagnac-typ |
| DE3928715C2 (de) * | 1989-08-30 | 1993-12-02 | Deutsche Aerospace | Faserkreisel |
| US5022760A (en) * | 1990-03-22 | 1991-06-11 | Northrop Corporation | Compound resonator for improving optic gyro scale factor |
| US5123027A (en) * | 1990-06-13 | 1992-06-16 | Northrop Corporation | Regenerative passive resonator |
| DE4115166C2 (de) * | 1991-05-10 | 1994-11-03 | Bodenseewerk Geraetetech | Faserringresonator |
| US5325174A (en) * | 1992-06-23 | 1994-06-28 | Northrop Corporation | Integrated optic gyro with one Bragg transducer |
| US5390021A (en) * | 1993-03-08 | 1995-02-14 | Japan Aviation Electronics Industry Limited | Optical ring resonator gyro using coherent light modulated by a rectangular signal having its period divided into four intervals |
| US5872877A (en) * | 1997-02-04 | 1999-02-16 | Intellisense Corporation | Passive resonant optical microfabricated inertial sensor and method using same |
| US8274659B2 (en) * | 2010-08-30 | 2012-09-25 | Honeywell International Inc. | Resonator fiber optic gyroscopes with reduced rotation rate instability from back reflections |
| JP5338796B2 (ja) * | 2010-12-07 | 2013-11-13 | 株式会社デンソー | 光ジャイロ |
| FR3084148A1 (fr) * | 2018-07-19 | 2020-01-24 | Stmicroelectronics S.R.L. | Dispositif a resonateur optique annulaire |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0007827A1 (fr) * | 1978-07-21 | 1980-02-06 | Thomson-Csf | Gyromètre à laser |
| EP0026066A2 (fr) * | 1979-09-20 | 1981-04-01 | Northrop Corporation | Laser en anneau à couche mince |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3890047A (en) * | 1969-02-25 | 1975-06-17 | United Aircraft Corp | Differential laser gyro employing reflection polarization anisotropy |
| DE3138317A1 (de) * | 1981-09-25 | 1983-04-14 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Lichtwellenleiter-ringinterferometer mit einer einrichtung zur bildung eines quotientensignals |
| CA1230663A (fr) * | 1982-04-28 | 1987-12-22 | Kenichi Yoshida | Gyroscope a fibres optiques |
| US4429573A (en) * | 1982-06-29 | 1984-02-07 | Walker Clifford G | Common resonator passive laser accelerometer and gyro |
-
1984
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-
1985
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0007827A1 (fr) * | 1978-07-21 | 1980-02-06 | Thomson-Csf | Gyromètre à laser |
| EP0026066A2 (fr) * | 1979-09-20 | 1981-04-01 | Northrop Corporation | Laser en anneau à couche mince |
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