FR2633389A1 - Gyroscope a laser a anneau - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un système d'excitation par radiofréquence d'un gyroscope à laser à anneau. Le système comprend une cavité résonnante 75 qui entoure une bobine hélicodale 72 attaquée à une radiofréquence élevée, comprise entre 5 et 150 MHz. Cette bobine entoure une branche 60 d'un gyroscope à laser à anneau, laquelle branche est entaillée et mise à découvert pour pouvoir être entourée de la cavité résonnante. On évite ainsi l'utilisation d'éléments de décharge d'énergie continue à haute puissance tels que des cathodes et des anodes, ainsi que les problèmes posés par l'étanchéité de ces cathodes et anodes. Domaine d'application : gyroscopes, etc.

Description

L'invention concerne les capteurs optiques de rotation, et l'invention a

trait plus particulièrement à des gyroscopes à laser à anneau, ou gyrolaser, ayant un

gain de milieu actif qui est excité par un signal radiofré-

quence émis par un résonateur hélicoïdal à l'intérieur

d'une cavité fermée.

Les gyroscopes à laser à anneau constituent une classe de capteurs optiques de rotation qui ont été développés pour offrir une alternative au gyroscope mécanique pour la mesure de rotation. Un gyroscope a laser

à anneau utilise l'effet Sagnac pour détecter une rotation.

Un gyroscope à laser à anneau de base, à deux modes, possède deux faisceaux lumineux indépendants tournant en sens contraire, qui se propagent dans une cavité optique annulaire. Ces deux faisceaux lumineux se propagent dans une boucle fermée avec des temps de parcours qui diffèrent en proportion directe de la vitesse de rotation de la boucle autour d'un axe perpendiculaire au plan de la boucle. Hormis le gyrolaser à anneau plan, d'autres géométries de trajet ont été utilisées; par exemple, un

gyroscope non plan a été décrit dans le brevet des Etats-

Unis d'Amérique N 4 482 249 qui indique un trajet lumineux non plan réalisant la séparation alternative de deux paires de faisceaux tournant en sens contraire. Ce gyroscope non plan est connu dans la littérature sous le nom de gyroscope

à laser à anneau à oscillateurs multiples.

Une autre alternative au gyroscope à laser à anneau à oscillateurs multiples est le gyroscope à laser à anneau à modes multiples et gain divisé et le procédé décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N 115 018, déposée le 28 octobre 1987, au nom de Graham Martin. Le gyroscope à laser à anneau à oscillateurs multiples et le laser à anneau à modes multiples et gain divisé présentent une géométrie non plane et au moins deux paires de modes de faisceaux lumineux se propageant en sens contraire pour mesurer une rotation par rapport a un système inertiel de référence. Ces gyroscopes non plans ont été développés pour éviter la nécessité d'un tremblement

mécanique. Le tremblement est nécessaire dans des gy-

roscopes plans pour empêcher des ondes se propageant en sens contraires de s'accrocher ou se verrouiller l'une a

l'autre à de faibles vitesses de rotation.

Jusqu'à présent, on mettait en oeuvre des gyrolasers à anneau en utilisant au moins une cathode

métallique recouverte de verre ou métallique à configura-

tion analogue à un dôme et au moins deux anodes s'étendant vers l'extérieur du corps monolithique en verre du gyrolaser à anneau pour exciter le milieu gazeux contenu à l'intérieur du gyroscope. Une décharge de courant continu était utilisée pour exciter le gaz contenu dans le trajet du gyrolaser à anneau entre les cathodes et chacune des anodes.

La figure 1 des dessins annexés et décrits ci-

après représente un gyrolaser à anneau plan, à excitation par courant continu, conforme à l'art antérieur. Le gyroscope 10 à laser à anneau est formé d'un corps monolithique en verre, par exemple en "Zerodur" qui est une marque commerciale de la firme Schott Glass Works Co., République fédérale d'Allemagne. Un verre similaire, pouvant être utilisé pour le gyrolaser 12 à anneau, est fabriqué sous la marque commerciale "CERVIT", vendu par la firme Owens-Illinois. Les deux matières sont des mélanges de verre et de céramique qui possèdent des coefficients de dilatation thermique opposés, établissant donc des variations dimensionnelles globales minimales sur une large

gamme de températures.

Un trajet optique carré 14 est défini à l'intérieur du gyroscope 10 par 4 branches 16, 18, 20 et 22. Un tronçon de branche S18A, 22 et 20A forme un segment du trajet optique qui devient luminescent du fait de la décharge d'énergie continue entre la cathode 24 et les anodes respectives 26 et 28. Pendant la fabrication, un mélange gazeux d'hélium et de deux isotropes de néon produit un milieu actif qui est excité le long du trajet de décharge d'énergie continue défini par les segments 18A, 22

et 20A.

Le gaz est placé dans la cavité pendant la fabrication au moyen de la queue 30 de remplissage traversant l'anode 26. La cathode est généralement à la masse, tandis que les potentiels des anodes sont élevés chacun à 1500 volts par l'utilisation d'une résistance régulatrice 32. A chaque angle du trajet 14, un miroir est placé pour réfléchir la lumière sur le pourtour du gyrolaser à anneau. Les miroirs 34, 36, 38 et 40 sont

montés sur le bâti 12. Une description plus détaillée du

fonctionnement du gyrolaser à anneau plan, ainsi que du mode particulier d'excitation par énergie continue, est également donnée dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique

N 4 115 004 et N 4 612 647.

En plus des exigences de régulation d'une tension élevée et d'un courant élevé, demandées pour une excitation par énergie continue, un certain nombre de problèmes sont associés à la fabrication et à la fiabilité des gyroscopes à laser à anneau à décharge d'énergie continue. Un problème primordial est celui de l'écoulement de Langmuir qui peut provoquer une polarisation et donc des imprécisions dans les capacités de détection de rotation du gyrolaser à anneau, à moins que le gyroscope soit équipé de deux trajets de décharge de courant équilibré. Une décharge entre une anode unique et une cathode amène les molécules se trouvant dans la cavité d'un laser à gaz à s'écouler dans un sens préféré. Cet écoulement donne naissance à une polarisation ou une imprécision dans la capacité de détection de rotation d'un gyroscope à laser à anneau, car chacun des modes, dans le sens des aiguilles d'une montre et en sens contraire, des faisceaux lumineux se propageant dans la cavité est influencé différemment par ce phénomène d'écoulement. Dans un mécanisme d'excitation par décharge à énergie continue, tel qu'illustré sur la figure 1, la seule manière de compenser le problème de polarisation est d'équilibrer exactement les courants et les longueurs des deux branches de décharge 18A et 20A dans chaque moitié de la zone de décharge. Il s'agit d'un processus difficile et coûteux. Les alimentations en énergie associées a une

excitation par énergie continue sont coûteuses et volumi-

neuses. Un potentiel de 3000 à 4000 volts est nécessaire pour déclencher le processus de décharge, et le maintien continu de la décharge exige une source de haute tension de 1500 volts. Les problèmes sont associés aux cathodes et anodes proprement dites, ces problèmes comprenant des fuites aux joints d'étanchéité et des durées de vie raccourcies. De plus, un phénomène connu sous le nom de pulvérisation cathodique apparaît et limite la durée de vie du système de décharge. La pulvérisation cathodique est caractérisée par la dégradation d'un revêtement d'oxyde de protection sur la face extérieure de la cathode pendant une bonne partie de sa vie. Le processus de décharge finit par attaquer le revêtement d'oxyde, mettant à découvert l'aluminium sous-jacent de la cathode. Une fois que cet aluminium est découvert, la durée de vie de la cathode s'abrège très rapidement et il en résulte une structure laser inopérante ou non utilisable. Cette pulvérisation cathodique est une grave limitation de la durée de vie d'un gyroscope à laser à anneau à gaz. De plus, la décharge présente des instabilités lorsque la décharge d'énergie continue est déclenchée initialement après le remplissage

des lasers à anneau avec un gaz pendant la fabrication.

Dans certaines plages de fonctionnement courant, des instabilités de la décharge du courant et de la tension apparaissent. Ces instabilités limitent les plages de courant et de pression gazeuse qui peuvent être utilisées avec un gyroscope à laser à anneau de décharge d'énergie continue. De plus, le processus de décharge d'énergie continue manque relativement d'efficacité dans la production d'électrons à haute énergie pour pomper le niveau d'énergie atomique du laser à gaz. Certains des problèmes associés à la décharge d'énergie continue dans un gyroscope à laser à anneau sont également décrits dans l'ouvrage Laser Applications, édité par Monte Ross, pages

133-200 (Academic Press, 1971).

En plus du fonctionnement du gyrolaser à anneau plan par décharge d'énergie continue tel que montré sur la figure 1, le fonctionnement des gyroscopes à laser à oscillateurs multiples, tels que décrits dans un article de Chow et collaborateurs, pages 918-936, IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. QE-16, N' 9, septembre 1980, est indiqué dans cet article. Dans les deux gyroscopes à laser à anneau à oscillateurs multiples non plans et à effet Zeeman, il est avantageux que le milieu actif n'interfère pas avec certains champs axialement uniformes nécessaires au fonctionnement de ces types de gyroscope à laser à anneau. De même qu'avec le gyroscope à laser à anneau plan, les procédés de décharge d'énergie continue ont posé des problèmes similaires dans des gyroscopes à laser à anneau à oscillateurs multiples. De la même manière, le gyroscope à laser à anneau à modes multiples et gain divisé, décrit

dans la demande N 115 018 précitée, confine avantageuse-

ment le milieu aqueux dans la zone o un champ magnétique uniforme est également appliqué. Ceci n'est pas réalisé

aisément avec une excitation par énergie continue.

Pour toutes les raisons précédentes, il est souhaitable de disposer d'un autre procédé d'excitation du

milieu à gain d'un gyroscope à laser à anneau.

Dans le passé, d'autres procédés d'excitation d'un milieu gazeux laser ont été essayes avec divers degrés de succès. Une excitation par radiofréquence d'un mélange d'hélium et de néon a été décrite dès 1961 dans Physical Review Letters, vol. 6, N 3, pages 106-110, dans un article de A. Javan. J.P. Goldsborough a décrit une excitation par induction radiofréquence d'un laser visible à onde continue dans le volume 8, N' 6 de Applied Physics

Letters (15 mars 1966), pages 137-139.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 3 772 611 décrit un tube capillaire 11 de type à anneau à excitation radiofréquence (figure 1) qui peut être d'une certaine utilité en tant que capteur d'une vitesse de rotation. Cependant, ce dernier brevet n'indique pas un

moyen efficace pour utiliser l'excitation radiofréquence.

Il fait également référence à "A Wave Guide Gas Laser" dans un article daté du ler septembre 1971, dans le volume 19 de Applied Physics Letters, N 5, pages 132-134. Dans cet article, Smith décrit un guide d'onde capillaire à

excitation par radiofréquence et tension continue com-

binées, contenant un mélange d'hélium et de néon gazeux.

Ces procédés d'excitation radiofréquence à couplage inductif étaient obligatoirement à haute énergie et engendraient des interférences et des parasites

électriques importants qui perturbaient les autres instru-

ments associés à la détection d'une rotation.

La demande de brevet britannique publiée le 19 juillet 1987 (GB 2 185 846A) décrit un laser à anneau qui est excité par une décharge électrique transversale opérant à une tension alternative à haute fréquence. Bien que ce mémoire revendique une plage d'excitation à basse tension, il décrit un fonctionnement par couplage capacitif avec le milieu gazeux dans une direction transversale au passage

entre les miroirs. L'utilisation de cette tension alterna-

tive à haute fréquence, excitée dans une direction transversale et couplée capacitivement au milieu actif, provoque une contamination des passages de la cavité du gyroscope à laser à anneau du fait du bombardement constant du milieu gazeux contre les parois et des puissances radiofréquences élevées nécessaires pour entraîner la décharge. Ceci s'oppose à une longue durée de vie en

fonctionnement d'un gyroscope à laser à anneau.

Par conséquent, bien que l'art antérieur auquel on s'est référé ci-dessus décrive des procédés d'excitation autres qu'une décharge d'énergie continue pour un laser gazeux et des gyroscopes à laser à anneau, ces autres solutions au problème de la décharge d'énergie continue

n'ont pas convenu.

L'invention concerne un gyroscope à laser à anneau à excitation radiofréquence comprenant une cavité résonnante fermée définissant un trajet optique fermé qui est rempli d'un milieu à gain. Le gyroscope à laser à anneau de l'invention comprend des moyens destinés à exciter le milieu gazeux, qui comprennent une cavité résonnante formée autour d'une bobine hélicoïdale pour l'application d'un signal radiofréquence afin d'exciter la décharge d'un milieu gazeux. Le signal à haute fréquence qui est communiqué par la cavité résonnante est dans la gamme de 5 MHz à 550 MHz. Des moyens résonnants destinés à appliquer un signal radiofréquence pour exciter une décharge du milieu gazeux devraient comprendre une bobine hélicoidale entourant une partie du trajet optique fermé, la bobine hélicoïdale étant logée à l'intérieur d'un blindage de résonateur conducteur fermé. Le long d'au moins une branche du corps monolithique diélectrique du gyroscope à laser à anneau, une partie du corps monolithique est entaillée afin de permettre à l'un des alésages tubulaires d'être entouré de l'enroulement hélicoïdal et enfermé dans un blindage de résonateur conducteur. Un oscillateur radiofréquence est couplé et connecté aux moyens résonnants pour appliquer un signal radiofréquence aux moyens

résonnants afin d'exciter le milieu à gain actif.

L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: - la figure 1 montre une configuration d'un gyrolaser à anneau plan a excitation par énergie continue selon l'art antérieur; - la figure 2 est une vue en plan de dessus d'un gyrolaser à anneau plan excité par radiofréquence conformément à l'invention; - la figure 3 est une vue en élévation latérale du gyroscope à laser à anneau plan a excitation par radiofréquence; - la figure 4 est une vue en perspective d'un

gyroscope à laser à anneau plan à excitation par radiofré-

quence; - la figure 5 est une vue en perspective avec arrachement partiel d'une variante de réalisation de

l'invention dans laquelle un gyrolaser à anneau à oscil-

lateurs multiples est excité par radiofréquence conformé-

ment à l'invention; - la figure 6 est une vue en perspective d'un gyroscope à laser à anneau à oscillateurs multiples montrant, en coupe partielle, la configuration du mécanisme d'excitation par radiofréquence utilisé par un gyroscope à

laser à anneau à modes multiples et gain divisé conformé-

ment à l'invention;

- la figure 7 est un schéma montrant l'élec-

trode de commande pour le système d'attaque d'excitation

par radiofréquence destiné à attaquer les moyens résona-

teurs conformément à l'invention; et - les figures 8A et 8B sont des graphiques montrant des résultats d'essais expérimentaux dérivés d'essais portant sur l'utilisation d'un gyroscope a laser à

anneau excité par radiofréquence.

Les figures 2, 3 et 4 représentent un gyroscope à laser à anneau plan excité par radiofréquence. Le gyroscope à laser à anneau est constitué d'un corps de verre 52 à faible dilatation thermique dans lequel un trajet optique est défini par des branches 54, 56, 58 et 60. Des miroirs 62, 64, 66 et 68 sont placés chacun à un angle. Pendant la fabrication, un gaz est introduit dans la

cavité définie par les branches au moyen du passage 70.

Au moins l'une des branches, à savoir la branche 60, est entaillée pour permettre le positionnement d'une bobine hélicoidale 72 qui est entourée d'un blindage 74 de cavité résonnante. La bobine 72 est attaquée par un oscillateur 76 à radiofréquence (figure 2) fonctionnant sous une tension d'environ 28 volts. L'oscillateur 76 à

radiofréquence peut être un oscillateur Colpitts modifié.

D'une façon générale, un signal compris entre 5 et 550 MHz est appliqué à la bobine. En enfermant complètement la bobine 72 dans un blindage ou écran 74 pour cavité de résonateur, on forme une cavité résonnante fermée qui sert à amplifier le signal produit à l'intérieur de cette cavité. Dans la forme préférée de réalisation, le blindage résonnant 74 doit être en matière conductrice à faible résistivité. La bobine hélicoidale 72 est avantageusement formée d'un fil de cuivre et le blindage du résonateur est formé d'un tube de cuivre pour constituer la cavité résonnante à radiofréquence. Le blindage pourrait être formé à partir d'autres métaux appliqués sur un substrat tubulaire tels que, à titre non limitatif, de l'or, de l'argent ou de l'aluminium. La cavité résonnante 75 enferme la partie du milieu à gain qui est excitée par la décharge à radiofréquence. En travaillant aux radiofréquences appropriées, on peut faire fonctionner la cavité à la manière d'un résonateur pleine onde, demi-onde ou quart

d'onde. Des lectures du champ électromagnétique à l'ex-

térieur du résonateur montrent que la cavité a localisé le champ électromagnétique. Tous signaux parasites ont été réduits pour minimiser tous effets indésirables du champ électromagnétique lointain sur le fonctionnement du gyroscope à laser à anneau ou sur les composants électroni- ques de mesure associés. Par conséquent, a la différence d'une excitation induite par radiofréquence, comme décrit dans l'art antérieur, l'utilisation d'une cavité résonnante permet l'optimisation d'une forte excitation avec une

faible puissance et des parasites radiofréquences minimaux.

Un résonateur hélicoidal enfermé, tel que celui

montré sur les figures 2 à 4, peut présenter un Q élevé.

L'ensemble à résonateur hélicoidal est formé d'une bobine 72 à l'intérieur du blindage 74 de résonateur, une extrémité de la bobine 72 étant reliée solidement au blindage 74. L'autre extrémité de la bobine 72 est un circuit ouvert, à l'exception d'un condensateur possible d'ajustage (non représenté). Dans cette configuration, l'ensemble à résonateur ressemble à un circuit LC; mais, au lieu d'être un dispositif à constantes localisées, son fonctionnement peut être décrit comme présentant une inductance, une capacité et une résistance réparties. Le résonateur doit être aligné convenablement pour un comportement optimal. Conformément à des techniques connues

dans l'art antérieur (voir W. W. MacAlpine et collabora-

teurs, "Coaxial Resonators with Helical Inner Conductor, Proceedinas of the IRE, décembre 1959, pages 2099-2105 à 2100), l'alignement de la bobine du résonateur peut être réalisé conformément aux équations suivantes: (1) Qu = 50D fo 1/2, o: Qu =Q à l'état déchargé; D = diamètre intérieur du blindage du résonateur; et

fo =fréquence de résonance (MHz).

(2) N = 1900 (fo D) tours o: N = nombre total d'enroulements fo = fréquence de résonance (MHz); et

D = diamètre intérieur du blindage du résonateur.

D'autres considérations de paramètres néces-

saires pour obtenir un fonctionnement optimal de la bobine radiofréquence ont été traitées dans l'art antérieur, comme

indiqué dans l'article de MACALPINE, précité.

La figure 5 montre une autre forme de réalisa-

tion du système d'excitation par radiofréquence de l'invention utilisé en association avec un gyroscope 82 à laser à anneau à oscillateurs multiples. De même qu'avec le gyroscope à laser à anneau plan, le bâti 84 est réalisé à partir d'une matière dielectrique monolithique ayant une faible dilatation thermique sur une large gamme de températures (entre 50 C et 150 C). Comme cela a été décrit dans l'art antérieur, cette forme de gyroscope à laser à anneau à oscillateurs multiples est placée en une configuration non plane pour produire une séparation réciproque entre des jeux de faisceaux de lumière polarisée circulairement à gauche et à droite (une explication plus détaillée peut être trouvée dans l'ouvrage Laser Handbook vol. 4, édité par M.L. Stitch, publié par North Holland, 1985, pages 230-332). Jusqu'à présent, le milieu actif du gyroscope à laser à anneau à oscillateurs multiples était excité par une décharge d'énergie continue entre une

cathode et au moins deux anodes. Une autre forme d'ex-

citation du gyroscope à laser à anneau à oscillateurs multiples est montrée sur la figure 5. L'une des quatre branches, située entre des miroirs 86 et 88, du gyroscope 82 à laser à anneau ou à oscillateurs multiples non plan est formée par une entaille du corps. Le passage 91 défini par la branche entre les miroirs 86 et 88 est intégré dans

le bâti 84 et est avantageusement un trajet cylindrique.

Une bobine hélicoidale radiofréquence 94 est enroulée autour de ce passage 91. La bobine 94 est avantageusement

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Le gyroscope à laser à anneau à modes multiples et gain divisé fonctionne avantageusement le mieux lorsque le milieu actif est contenu à l'intérieur de l'aimant permanent 116. Ceci est difficile à réaliser lorsque l'on utilise un mode d'excitation du milieu par décharge classique d'énergie continue. Le système d'excitation radiofréquence de l'invention offre une alternative

optimale à la décharge classique d'énergie continue.

En référence de nouveau à la figure 6, le trajet 104 de décharge dans le milieu actif est situé entre des miroirs 106 et 108. A l'intérieur du trajet ou passage 104, un milieu gazeux (avantageusement un mélange d'hélium et de neon) est excité par l'utilisation d'une bobine

hélicoidale radiofréquence qui applique un signal radiofré-

quence provenant d'un oscillateur radiofréquence (non représenté) à une cavité résonnante 110 formée entre la bobine hélicoidale 112 et le blindage 114 du résonateur à radiofréquence. Le blindage 114 peut être un blindage de cuivre qui entoure un fil de cuivre formant la bobine hélicoidale 112 à radiofréquence. Pour obtenir de faibles dimensions et une conception optimale, le blindage radiofréquence 114 peut être disposé le long du diamètre intérieur de l'aimant permanent 116 qui entoure aussi le

passage 110 du milieu.

En configurant le système d'excitation radiofréquence à l'intérieur de l'aimant permanent 116 comme montré sur la figure 6, on peut obtenir les résultats optimaux en ce qui concerne à la fois l'excitation du milieu actif 118 à l'intérieur du passage 110 et le confinement de ce milieu 110 à l'intérieur de la longueur 116 d'aimant permanent, facteur nécessaire pour obtenir un fonctionnement optimal d'un gyroscope à laser à anneau à modes multiples et gain divisé. Chaque signal joue alors un rôle différent. Le signal radiofréquence haut appliqué à la bobine hélicoïdale 112 est utilisé pour exciter le milieu entourée d'un blindage cylindrique 96 de résonateur radiofréquence. Sur la branche opposée 91, située entre des miroirs 90 et 92, se trouve le rotateur optique 97 (tel qu'un rotateur de Faraday) qui produit une séparation non réciproque entre des faisceaux de lumière se déplaçant dans le sens des aiguilles d'une montre et en sens contraire, à

l'intérieur de deux jeux de faisceaux polarisés circulaire-

ment à gauche et à droite, en présence d'un champ magnéti-

que uniforme.

On notera que le blindage 96 du résonateur radiofréquence réalise une bonne isolation pour tous les signaux générés à l'intérieur de la bobine hélicoïdale 94

et de la cavité 95 du résonateur. La cavité 95 du résona-

teur étant blindée, le blindage 96 du résonateur radiofré-

quence empêche toute interférence ou tout parasite radiofréquence d'affecter le circuit de détection ou toute

autre électronique.

En référence à la figure 6, il est représenté un gyroscope 100 a laser à anneau à modes multiples et gain divisé. Le b&ti 102 est en une matière diélectrique monolithique ayant un faible coefficient de dilatation thermique. Comme indiqué dans la demande N 115 018 précitée, le gyroscope à laser à anneau à modes multiples et gain divisé est également configuré en une forme non plane. Un aimant permanent puissant 116 est utilisé pour provoquer l'effet de gain divisé ou dédoublé, nécessaire pour faire fonctionner cette forme de gyroscope à laser à anneau. Lorsque le gyroscope à gain divisé est mis en oeuvre par l'utilisation d'une décharge d'énergie continue classique, un aimant permanent (non représenté) peut être placé sur une branche opposée au milieu à gain et sur la branche o se trouve la cathode. Cependant, ceci ne constitue pas le positionnement le plus souhaitable de l'aimant permanent dans le gyroscope à laser à anneau à

modes multiples et gain divisé.

actif 118. Le signal continu bas appliqué simultanément à la bobine 112 est utilisé pour le réglage fin du champ magnétique naissant de l'aimant permanent 116. Etant donné que l'aimant permanent 116 est avantageusement de forme cylindrique, le blindage 114 du résonateur radiofréquence peut être également de forme cylindrique concentrique à

l'intérieur de l'aimant permanent 116.

De cette manière, on obtient un gyroscope à laser à anneau à modes multiples et gain divisé, excité par radiofréquence, qui n'a pas besoin d'aimants indépendants à énergie continue placés sur une branche à l'écart du milieu actif 118, comme cela est nécessaire dans un gyroscope à laser à anneau à modes multiples et gain divisé, excité par

énergie continue.

La figure 7 montre l'électronique de commande

du système d'attaque à radiofréquence. Pour que l'excita-

tion par radiofréquence indiquée conformément à l'invention fonctionne de la façon la plus efficace, le système 150 à bobine et résonateur radiofréquence doit être régulé afin que le milieu excité soit maintenu à un niveau de puissance relativement constant tandis que le système du résonateur radiofréquence est maintenu à une fréquence relativement constante. La combinaison des composants électroniques montrés d'une façon générale dans la boucle 152 de commande de puissance règle la puissance appliquée au résonateur 150 à radiofréquence, tandis que la boucle 154 de commande de fréquence règle la fréquence du signal attaquant le

résonateur 150 à radiofréquence.

La boucle 152 de commande de puissance reçoit un signal d'entrée par l'intermédiaire de la photodiode 156, signal se présentant sous la forme d'une intensité lumineuse du milieu à gain 155. Ce signal est alors amplifié dans l'amplificateur 158 et appliqué en tant que signal de tension de sortie à l'amplificateur différentiel 160. Ce dernier compare le signal de tension à un signal de référence. Si le signal de la tension de fonctionnement est plus haut ou plus bas que le signal de référence, un signal de sortie résultant d'une réjection en mode commun de l'amplificateur différentiel 160 produit un signal d'erreur appliqué en entrée à l'intégrateur 162. Ce dernier produit alors un signal de sortie qui commande l'atténuateur électronique 164 pour ajuster la tension d'alimentation

appliquée au résonateur radiofréquence.

L'atténuateur électronique 164 applique un signal de sortie à l'amplificateur radiofréquence 166 qui transmet son signal de sortie au coupleur radiofréquence 168. Le signal de sortie résultant en 170 élève ouabaisse la puissance appliquée à la bobine radiofréquence 172 à l'intérieur du résonateur radiofréquence 150. De plus, la fréquence du résonateur 150 est contrôlée par le coupleur radiofréquence 168 et est détectée par un détecteur modulateur d'amplitude 174. Le signal de sortie du détecteur 174 de la boucle 154 de commande de fréquence est

ensuite amplifié par le préamplificateur 176.

Le signal de sortie du préamplificateur 176 est ensuite appliqué à la boucle 180 à blocage de phase. Cette boucle 180 est constituée d'un détecteur synchrone 178, d'un intégrateur 179 et d'un oscillateur local 177 (il s'agit d'une configuration connue pour une boucle à blocage de phase analogique). La boucle 180 à blocage de phase se bloque sur une fréquence déterminée par l'oscillateur local 177 et le signal de sortie de la boucle 180 est alors

appliqué à un amplificateur de sommation 182. L'amplifica-

teur de sommation 182 ajuste alors la tension appliquée à

l'oscillateur 184 commandé en tension.

L'oscillateur 184 commandé en tension réalise un réglage de sortie sur l'atténuateur électronique 164 qui, lui-même, comme décrit précédemment, effectue un réglage de fréquence par l'intermédiaire du coupleur radiofréquence 168, lequel réglage porte sur la fréquence

du signal appliqué à la bobine 172 du résonateur radiofré-

quence 150. De cette manière, on maintient la commande et

la constance de la puissance et de la fréquence.

Si l'on souhaite faire fonctionner le gyroscope à laser à anneau à une résonance à pleine onde, on peut emprisonner le milieu a gain 155 à l'intérieur de'la bobine 172 du résonateur radiofréquence 150. Le positionnement de ce milieu à gain 155 peut être commandé par l'électronique montrée sur la figure 7; mais il ne s'agit que d'une forme de réalisation permettant d'atteindre ce but. Il est généralement connu qu'un système d'asservissement numérique ou autrement hybride, analogique et numérique, peut également être utilisé pour régler la puissance et la

fréquence du résonateur radiofréquence 150.

Les figures 8A et 8B montrent les résultats d'essai d'excitation radiofréquence pour un gyroscope à laser à anneau plan. Lorsqu'une excitation radiofréquence est appliquée au gyroscope à laser à anneau, les courbes et 192 de la figure A montrent que la puissance optimale est obtenue au centre de la fréquence d'accord du

résonateur radiofréquence, en 189 et 191, respectivement.

La courbe 190 est montrée à 29 décibels, désignés par i milliwatt (dBm) ou 0,75 watt, tandis que la courbe 192 montre une entrée de 30 dBm ou de 1 watt. Dans chaque cas, on peut voir que lorsque l'on décale le résonateur de la fréquence centrale de seulement 3 MHz au-dessous ou 6 MHz au-dessus, l'excitation chute notablement. La figure 8A montre donc l'aptitude au réglage fin du gyroscope à excitation radiofréquence. La figure 8B montre que la puissance croît relativement linéairement. Lorsque la puissance et la tension d'entrée sont élevées de 27 volts à 32 volts, les courbes 194 et 196 montrent que la puissance

de sortie du laser linéaire croit d'une manière sensible-

ment linéaire. La courbe 194 présente le signal de 200 MHz avec 31 tours, tandis que la courbe 196 présente un signal de 112 MHz avec 55 tours. On peut donc voir sur la figure 8B qu'il existe une relation linéaire entre les puissances d'entrée et de sortie qui est régulière et produit un rendement optimal élevé pour l'excitation du milieu à gain dans le gyroscope à laser à anneau. Bien qu'une forme préférée de réalisation du système d'excitation radiofréquence pour diverses formes de

réalisation de gyroscope à laser à anneau ait été représen-

tée, il est évident que d'autres configurations de résonateur peuvent être utilisées. Ces configurations pourraient également produire en sortie une faible puissance avec un rendement élevé, d'une manière simple et

en évitant tous les inconvénients des dispositifs classi-

ques et antérieurs d'excitation d'un milieu par décharge

d'énergie continue.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au gyroscope décrit et représenté

sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Gyroscope a laser à anneau comprenant une cavité résonnante (75) définissant un trajet optique fermé qui renferme un milieu a gain (80), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (72, 74) de résonance à cavité fermée (75) pour appliquer un signal radiofréquence destiné à

exciter une décharge du milieu à gain.

2. Gyroscope selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de résonance à cavité fermée destinés à appliquer un signal radiofréquence comprennent en outre une bobine hélicoidale (72) entourant une partie du trajet optique fermé et logée à l'intérieur d'un blindage (74) de résonateur conducteur fermé, afin de produire une décharge du milieu à gain du gyroscope à laser

à anneau.

3. Gyroscope selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un corps monolithique (84) en matière diélectrique présentant plusieurs alésages tubulaires reliés bout à bout en une configuration polygonale définissant ledit trajet optique fermé, au moins un côté du corps étant entaillé pour permettre à au moins l'un des alésages tubulaires d'être entouré de ladite bobine hélicoïdale (94) et enfermé dans un blindage conducteur et fermé (96) de résonateur, afin qu'une décharge du milieu à gain du gyroscope à laser à anneau

soit produite.

4. Gyroscope selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un oscillateur radiofréquence (150) est connecté aux moyens à résonance pour appliquer un

signal radiofréquence au résonateur.

5. Gyroscope selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'oscillateur radiofréquence produit

un signal radiofréquence dans la gamme de 5 à 550 MHz.

6. Gyroscope à laser à anneau comprenant une cavité résonnante (75) définissant un trajet optique fermé qui renferme un milieu à gain (80), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (72, 74) de résonance pleine onde destinés à appliquer un signal radiofréquence à pleine onde

pour exciter une décharge du milieu à gain.

7. Gyroscope à laser à anneau comprenant une cavité résonnante (75) définissant un trajet optique fermé qui renferme un milieu à gain (80), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de résonance (72, 74) destinés à appliquer un signal radiofréquence demi-onde pour exciter

une décharge du milieu à gain.

8. Gyroscope à laser a anneau comprenant une cavité résonnante (75) définissant un trajet optique fermé qui renferme un milieu à gain (80), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de résonance (72, 74) destinés à appliquer un signal radiofréquence quart d'onde pour

exciter une décharge du milieu à gain.

9. Gyroscope à laser à anneau à modes multiples et gain divisé, comprenant un cavité résonnante définissant un trajet optique fermé non plan (110) qui renferme un milieu à gain (118), caractérisé en ce qu'il comporte un -trajet optique ayant au moins quatre branches, au moins l'une (104) des branches du trajet optique étant réalisée par entaillage et mise à découvert, sur toute sa largeur, d'un bâti (102) du gyroscope à laser à anneau, la branche à

découvert comportant une bobine hélicoïdale à radiofré-

quence (112) enroulée sur sa longueur et entourée d'un

blindage résonnant fermé (114) formant une cavité réson-

nante autour de la bobine hélicoïdale, un aimant permanent (116) entourant le blindage du résonateur, la bobine et le blindage du résonateur étant concentriques et se trouvant à l'intérieur de l'aimant permanent afin de produire un gyroscope (100) à laser à anneau à modes multiples, gain divisé et excitation par radiofréquence, dans lequel un aimant permanent nécessaire à l'obtention d'un gain divisé dans le gyroscope est disposé le long du même axe que les moyens d'excitation du résonateur afin que le milieu actif qui apparaît soit confiné a la longueur dudit aimant permanent.

10. Gyroscope selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens destinés à réguler l'oscillateur radiofréquence pour appliquer à la bobine hélicoïdale un signal radiofréquence dans une gamme prédéterminée, les moyens de régulation comprenant des moyens (154) de réglage de fréquence qui comprennent en outre les moyens (168, 174, 176) de couplage par détection de fréquence et amplification, connectés à un moyen (180) à boucle à blocage de phase qui commande la régulation de la fréquence appliquée par ledit oscillateur radiofréquence à la bobine hélicoïdale, et des moyens (152) destinés à régler la puissance appliquée aux moyens à résonateur, comprenant un moyen (156) de photodétection connecté à un moyen (160) de comparaison de signaux, le moyen de comparaison de signaux ajustant un moyen atténuateur (164)

en référence à un niveau optimal et prédéterminé d'alimen-

tation en énergie.