FR2636133A1 - Gyroscope a laser en anneau et miroir magnetique pour ce gyroscope - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un gyroscope à laser constitué par un ensemble unitaire hermétique de miroirs. Le gyroscope comprend un bloc gyroscopique 11 comportant des trous 11a, 11b, 11c définissant au moins partiellement un trajet de faisceau laser fermé situé dans un plan, plusieurs miroirs 20, 22, 24 dont chacun est contacté par le bloc à l'intersection des trous pour former une cavité optique fermée, et des moyens pour produire des faisceaux de laser à contre-rotation à l'intérieur de la cavité. L'un des miroirs comprend des moyens pour établir une discrimination afin de défavoriser la lumière à polarisation en S par rapport à la lumière à polarisation en P sans utiliser des fenêtres d'angle du type Brewster. Application : amélioration des gyroscopes à laser.

Description

La présente invention concerne des gyroscopes à laser en anneau, plus

particulièrement les gyroscopes employant une polarisation magnétique, et des miroirs à effet magnéto-optique transversal de Kerr utilisables dans de tels gyroscopes. Les gyroscopes à laser en anneau utilisant une polarisation magnétique incluent de façon générale un bloc confinant le trajet de décharge du laser auquel sont couplés ou attachés plusieurs miroirs formant une boucle fermée (anneau) de manière à définir une cavité optique

pour la propagation des faisceaux de laser à contre-

propagation. De tels gyroscopes à laser en anneau fonction-

nent en combinant les faisceaux à contre-propagation pour former une configuration de franges d'interférence. Cette configuration affiche la fréquence de battement entre les faisceaux de contre-propagation provoqués par la rotation du gyroscope. Il en résulte un signal de sortie qui compte le mouvement de la configuration des franges lorsqu'elle

passe devant un détecteur pendant la rotation gyroscopique.

Dans les gyroscopes à laser en anneau triangulaires utilisant la polarisation magnétique de l'effet transversal de Kerr, on doit monter un miroir à l'extérieur de la

cavité et il est monté sur la décharge de laser à l'inté-

rieur de la cavité par l'intermédiaire d'une fenêtre d'angle de Brewster. La fenêtre supprime le rayonnement indésirable polarisé en S et force ainsi la cavité à résonner dans le mode de rayonnement polarisé en P. Cependant, l'utilisation de la configuration en fenêtre

introduit une dispersion et une biréfringence indésirables.

Pour des taux faibles de rotation d'entrée, le couplage provoqué par la dispersion verrouille la fréquence des ondes de contre-propagation l'une à l'autre, ce qui donne une disparition de la fréquence de battement selon laquelle les franges utilisées pour détecter la rotation

restent stationnaires en dépit de la rotation gyroscopique.

Pour éviter le verrouillage, on a proposé un déphasage non réciproque avec une polarisation magnétique dans les

brevets de l'art antérieur tels que les brevets des Etats-

Unis d'Amérique N' 3 851 973 et N' 3 927 946 dans lesquels la fréquence de l'un des faisceaux de contre-propagation

est décalée par rapport à l'autre de sorte qu'ils fonc-

tionnent à l'écart de la région de verrouillage. Ceci permet un fonctionnement du gyroscope à des taux de rotation angulaire inférieurs au seuil habituel de

verrouillage.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique

N 4 442 414 suggère une configuration à miroirs magnéti-

ques pour réaliser une polarisation magnétique dans laquelle une pellicule magnéto-optique est séparée d'une couche de matière magnétique saturable par un empilement multicouche de matières diélectriques. Cependant, cette suggestion souffre d'un défaut de couplage entre les couches magnétiques résultant d'une séparation trop large entre la matière magnétique saturable et la matière magnéto-optique. Cette séparation diminue la possibilité

pour la matière magnéto-optique d'être commutée rotative-

ment entre les deux états d'aimantation nécessaires pour éviter le verrouillage. L'auteur de ce brevet suggère également que la couche saturable magnétiquement puisse être commutée par des conducteurs se trouvant sur le côté supérieur de la couche saturable magnétiquement avec un trajet de retour de courant en dessous de la couche saturable magnétiquement. En utilisant cette construction en sandwich, le champ de commande est confiné presque entièrement entre les deux conducteurs sur le dessus qui transportent le courant et la couche de base qui transporte en retour le courant. Bien que cette configuration réduise l'inductance, elle tend également à limiter l'étendue dans l'espace du champ de commande à la couche saturable magnétiquement. La couche magnéto-optique espacée doit être commandée par le champ de démagnétisation en provenance de la couche saturable magnétiquement. Dans ce cas, la couche magnéto- optique devrait être commutée par un mouvement de paroi de domaine magnétique plutôt que rotativement. Dans cette référence, la couche magnéto-optique est couverte par des couches diélectriques faites de fluorure de magnésium et de sulfure de zinc qui sont mal appropriées pour établir un contact avec un plasma de formation de l'effet laser He-Ne. On a donc besoin d'un gyroscope à laser et de miroir

magnétique améliorés à utiliser dans un gyroscope opéra-

tionnel à laser en anneau pour vaincre les limitations et

les inconvénients ci-dessus.

Selon la présente invention, un ensemble

gyroscopique unitaire hermétique comprend un bloc gyros-

copique monolithique ayant une cavité de laser produisant des faisceaux de lumière de contre-propagation réfléchis par plusieurs miroirs contactés optiquement vers le bloc gyroscopique. Les miroirs sont fabriqués par des pellicules dures et durables diélectriques à multicouche pour résister à l'exposition au milieu de production d'effet laser et pour éviter l'exposition au plasma de laser de couches métalliques enterrées. La terminologie suivante est utilisée dans cette explication: a) la polarisation est le déphasage non réciproque introduit dans la polarisation P d'un faisceau lumineux; et b) la perte non réciproque et la différence en réflectances d'un élément magnéto-optique

de faisceaux lumineux polarisés en P à contre-propagation.

Le gyroscope de la présente invention a un nombre impair de miroirs et, dans une forme de réalisation, un faible périmètre (inférieur à environ 30 cm) ce qui donne un espacement de fréquence important entre les modes

fondamentaux polarisés en S et P dans la cavité gyroscopi-

que. Lorsque le mode désiré en P est accordé sur la crête de la courbe de gain en fonction de la fréquence, la position du mode fondamental voisin en S peut être ajustée

pour se trouver en dehors de la région de gain important.

Le gain faible alors disponible pour le mode en S établit une discrimination efficace par rapport au mode fondamental en S indésirable, ce qui l'empêche de produire l'effet laser. L'un des miroirs du gyroscope est un miroir magnétique ayant un substrat qui comporte des conducteurs imbriqués pour produire des champs magnétiques rapidement commutables. Une couche saturable magnétiquement telle qu'un alliage de nickel et de fer (de préférence un alliage Ni-Fe à magnétostriction nulle) est disposée sur le substrat. Une couche magnéto-optique mince en fer ou en alliage de fer peut être déposée directement sur la couche d'alliage Ni- Fe. Un empilage diélectrique multicouche est placé sur la couche mince de fer dans le but de régler la

perte non réciproque à zéro et pour augmenter la réflec-

tivité. L'empilage diélectrique comprend des couches

alternées en une matière ayant un indice élevé de réfrac-

tion et une matière à faible indice de réfraction telle que

le bioxyde de titane et le biôxyde de silicium, respective-

ment. Dans d'autres formes de réalisation, l'empilage diélectrique multicouche formant l'un des autres miroirs ou les deux est configuré de manière à supprimer le mode fondamental en S et/ou d'autres rayonnements d'ordre élevé en dehors de l'axe à polarisation en S qui peuvent être plus proches en fréquence du mode en T que le mode fondamental en S. En supprimant le mode en S avec le faible périmètre, une configuration avec un nombre impair

de miroirs et/ou avec des revêtements électriques multi-

couches, le fonctionnement à un seul mode en P est réalisé sans fenêtre à angle de Brewster et les problèmes de biréfringence correspondants ainsi que l'accroissement de

la dispersion.

La couche d'alliage Ni-Fe du miroir magnétique

est facilement orientée magnétiquement pendant la fabrica-

tion de manière à fournir l'anisotropie uniaxiale néces-

saire pour obtenir une technique de commutation rotative.

L'alliage Ni-Fe peut être commuté rotativement avec des

champs magnétiques très faibles. Sa constante magnéto-

optique est plus faible que le fer et il a un déphasage non réciproque faible. La couche de fer résidant sur la couche d'alliage Ni-Fe a un décalage non réciproque plus élevé mais d'elle-même nécessite des courants beaucoup plus élevés pour commuter et elle est difficile à préparer avec une anisotropie uniaxiale importante. La couche d'alliage

Ni-Fe plus la couche de sur-revêtement en fer, en com-

binaison, fournissent à la fois une commutation au moyen de champs magnétiques faibles et un déphasage non réciproque élevé. Les conducteurs de courant pour commuter l'alliage

Ni-Fe/fer sont situés immédiatement en dessous de l'inter-

face d'alliage Ni-Fe et de préférence sont situés dans le substrat. Les conducteurs de commutation sont formés par deux paires orientées orthogonalement de fils qui commutent rotativement l'aimantation entre les directions préférées

définies par l'anisotropie.

Le but et l'avantage de la présente invention consistent à avoir une polarisation magnétique sans éléments à l'intérieur de la cavité. Des éléments à l'intérieur de la cavité augmenteraient la bande morte ou de verrouillage en dispersant la lumière et accroiterait la sensibilité magnétique en introduisant une polarisation circulaire. Un autre objet et avantage de la présente invention consistent en ce que toutes les fonctions du laser autres que la production d'un gain optique sont réalisées soit par des éléments qui sont en dehors de la cavité soit par les miroirs du laser eux-mêmes y compris la production d'une polarisation magnétique pour éviter le verrouillage par l'utilisation d'un miroir magnétique;

l'obtention de la polarisation de laser correcte (polarisa-

tion en P) pour la production de la polarisation magnéti-

que; et l'inversion ou la commutation de la polarisation magnétique. Pour permettre de réaliser une polarisation magnétique, la lumière de laser doit être polarisée en P. Cependant, la physique du laser en anneau est telle que le dispositif oscillera spontanément dans le mode S. Par conséquent, le laser doit comprendre des moyens pour forcer le laser à osciller dans le mode en P. De plus, la conception doit être telle que le laser n'oscille pas égalemnt simultanément dans un mode en S. Dans la présente invention, ces conditions sont obtenues sans l'introduction d'éléments à l'intérieur de la cavité par les méthodes

suivantes prises seules ou en combinaisons.

Si le paramètre L du laser est suffisamment court, la séparation en fréquence des modes en S et en P (c/2L) sera plus grande que la gamme de fréquences à

l'intérieur de laquelle la décharge He-Ne produit du gain.

Par conséquent, dans une telle oscillation faible de cavité de laser, on ne peut avoir que le mode en P ou le mode en S. La condition de résonance d'un laser en anneau avec un nombre impair de miroirs est que la longueur du

périmètre soit un nombre entier de demi-longueurs d'onde.

Si le nombre entier est pair, le mode sera polarisé en S, tandis que si le nombre entier est impair, le mode sera polarisé en P. Par conséquent, le périmètre de cavité doit être maintenu non comme juste une longueur de résonance mais à une longueur appropriée pour obtenir une oscillation en mode P. Un gyroscope à laser en anneau normal est

équipé d'au moins un miroir mobile. Un élément piézoélec-

trique est utilisé pour déplacer le miroir de manière à régler la longueur de périmètre. La longueur de ce mouvement habituellement n'est habituellement que d'une ou

de deux longueurs d'ondes de lumière.

Le gyroscope à laser est également équipé d'au moins un photodétecteur qui peut détecter l'intensité de la lumière du laser. Si le périmètre n'est pas correct, le

laser n'oscillera pas et aucune lumière ne sera détectée.

Un système d'asservissement est prévu entre le photodétec-

teur et l'élément piézoélectrique. Le système règle la tension sur l'élément piézoélectrique de sorte que le signal qui est détecté par le détecteur constitue un maximum.

Dans un système classique, la boucle d'asser-

vissement se verrouille sur le mode ayant l'intensité maximale. Ceci est normalement le mode en S. Dans la présente invention, un polarisateur est placé en avant du détecteur. L'orientation du plan de la polarisation du polarisateur est parallèle au plan du laser. Comme la lumière du mode en S.est polarisée perpendiculairement au plan du laser, elle est éteinte par le polarisateur. Ainsi, le détecteur reçoit un rayonnement seulement à partir du mode en P et la boucle d'asservissement ne se verrouille que sur le mode en P comme il est nécessaire avec le miroir magnétique. Il y a des modes en S en dehors de l'axe qui oscillent à peu près aux mêmes longueurs de périmètre que les modes axiaux en P. Une oscillation simultanée dans le mode en dehors de l'axe et le mode désiré en P dégrade la

performance du gyroscope à laser en anneau.

Un procédé permettant de supprimer les modes en dehors de l'axe utilise une ouverture elliptique qui est

conformée spécialement et placée pour établir une dis-

crimination par rapport au mode en dehors de l'axe sans perturbation importante (c'est-à-dire dispersion) du mode axial désiré en P. D'autres caractéristiques et buts de la

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présente invention apparaîtront plus clairement dans la

description suivante de plusieurs formes de réalisation

données à titre non limitatif et en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en plan en section transversale du gyroscope à laser en anneau;

- la figure 2A est une vue en section transver-

sale d'un miroir magnétique à utiliser dans le gyroscope de la figure 1;

- la figure 2B est une vue en section transver-

sale du miroir magnétique de la figure 2A prise le long des lignes de coupe 2-2; - la figure 2C est une vue schématique de conducteurs du miroir magnétique de la figure 2A; - la figure 2D est une vue en plan montrant les conducteurs dans le miroir de la figure 2A; - la figure 2E est une illustration schématique de l'extension dans l'espace du champ total produit par les

conducteurs de la figure 2D;.

- la figure 3 est une vue en section transver-

sale d'un miroir magnétique destiné au gyroscope de la figure i incorporant des empilements diélectriques pour supprimer le rayonnement polarisé en S;

- la figure 4 montre une courbe de la réflec-

tance en fonction de la longueur d'onde pour la lumière polarisée en P et en S, avec le miroir magnétique de la figure 3; - les figures 5A et 5B sont des graphiques des boucles d'hystérésis du film composite de fer et de permalloy du miroir magnétique de la figure 3; - les figures 6A et 6B sont des illustrations schématiques de la commutation rotative des miroirs magnétiques des figures 2 et 3;

- la figure 7 est une vue en section transver-

sale d'un miroir tout-diélectrique à utiliser dans le gyroscope de la figure 1 et destiné & supprimer le rayonnement polarisé en S;

- la figure 8 est un graphique de la réflec-

tance calculée pour un rayonnement polarisé en P et en S du miroir de la figure 7;

- la figure 9 est un graphique de la transmit-

tance mesurée en fonction de la longueur d'onde pour un rayonnement polarisé en P et en S, avec le miroir de la figure 7; et

- la figure 10 est une vue en section transver-

sale d'un miroir à réflectance élevée à utiliser dans le

gyroscope de la figure 1.

La figure 1 montre un gyroscope à laser en anneau 10 de la présente invention qui comporte un bloc 11 définissant un trajet triangulaire constitué par des trous

internes lla, llb, llc définissant un instrument trian-

gulaire à faible périmètre (15 cm) sur lequel sont montés trois miroirs aux sommets. Une cathode 12 et des anodes 14 et 16 se combinent pour produire la décharge dans un milieu hélium-néon de production 'd'effet laser. La décharge comporte la transition infrarouge à longueur d'onde de 1,15 micromètre du néon. A cette longueur d'onde, le milieu d'amplification hélium-néon fournit un gain environ 20 fois plus élevé que dans le cas de la longueur d'onde de 0,6328 micromètre utilisé plus communément. Le gain plus élevé permet à la fois un gyroscope de faible dimension et

un gyroscope ayant une seule branche 18 de décharge (gain).

En conséquence seule la branche de gain 18 nécessite un trou de précision. La configuration triangulaire & faible périmètre produit une séparation élevée de fréquence entre les modes adjacents de production d'effet laser polarisés

linéairement en S (hors du plan) et en P (dans le plan).

Ceci simplifie la commande des modes et rend inutiles les

fenêtres de Brewster.

De préférence, le gyroscope est construit en un bloc de matière telle que le verre "Zerodur" (marque de

fabrique) qui a une expansion thermique à faible coeffi-

cient pour garder les longueurs de trajet des bras du gyroscope à une valeur constante. Le Zerodur est un exemple d'un verre ou d'une céramique de verre ayant un coefficient d'expansion thermique très faible et une perméabilité au gaz faible spécialement à l'hélium. La configuration triangulaire du gyroscope 10 est définie par trois miroirs, à savoir un miroir magnétique 20, un miroir 22 de commande de la longueur du trajet et un miroir de sortie 24. Le fonctionnement en mode P est maintenu par un servomécanisme

piézoélectrique de longeur de trajet (non montré) fonction-

nant sur le miroir de commande de la longueur de trajet 22.

Le gyroscope 10 est contacté aux trois sommets par les miroirs 20, 22 et 24 pour former un ensemble hermétique unitaire. Des moyens sont prévus pour faire fonctionner le gyroscope 10 avec une polarisation magnétique produite

par l'effet transversal de Kerr qui nécessite que l'aiman-

tation soit perpendiculaire au plan d'incidence (le plan défini par le trajet du laser en anneau). Ceci veut dire que l'effet transversal de Kerr ne fonctionne que pour une lumière de laser à polarisation en P. La géométrie du gyroscope 10 a laser en anneau supporte cependant à la fois les faisceaux de lumière polarisés en S et en P. Le faisceau de lumière polarisé en S représente une perte potentielle de gain et une erreur de sortie du gyroscope et nécessite donc d'être éliminé par des moyens forçant le gyroscope à osciller dans le mode en P, à l'exclusion du mode en S. Les gyroscopes antérieurs à laser en anneau à tremblement magnétique ont utilisé des fenêtres à angle de Brewster & l'intérieur de la cavité pour éliminer la lumière polarisée en S, ce qui produit les inconvénients dont on discute ci-dessus. Dans la présente invention, l'oscillation en mode P est réalisée sans utiliser des

éléments à l'intérieur de la cavité.

La commande du mode de polarisation dans le gyroscope 10 est décrite comme suit. On peut obtenir un fonctionnement en mode P seul en supprimant les modes de compétition polarisés en S par l'utilisation de l'une quelconque des techniques suivantes ou d'une combinaison de celles- ci: a) en limitant le périmètre de la cavité du laser pour accroître la séparation en fréquence des modes en S et en P à une valeur plus élevée que celle au-dessus de laquelle la décharge He-Ne possède un gain; b) en incorporant un miroir piézoélectrique mobile, avec un

polarisateur et une boucle d'asservissement à photodétec-

teur, avec un polarisateur parallèle au plan du mode P du laser, si bien que le détecteur voit et rend maximal le mode en P et que le mode perpendiculaire en S est éteint; c) en utilisant un miroir & empilement diélectrique pour lequel la réflectance est plus grande pour le mode en P que pour le mode en S. La première des techniques ci-dessus bénéficie de l'espacement élevé entre fréquence qui existe entre les modes à polarisation fondamentale en S et en P dans une cavité gyroscopique à faible périmètre ayant un nombre impair de miroirs. Dans ce cas, les modes fondamentaux à polarisation en S et en P ont une séparation en fréquence donnée par l'expression c/2L, c étant la vitesse de lumière et L étant le périmètre du gyroscope. L'espacement en fréquence dans un gyroscope ayant un périmètre de 10 cm serait de 1500 MHz. Cet espacement important devient avantageux lorsqu'il est utilisé en combinaison avec la distribution des gains en fonction de la fréquence qui a une largeur de 1000 MHz dans l'hélium-néon de 1,15 micromètre. Lorsqu'on accorde un mode en P sur la position de gain à crête de la courbe de gain de 1,15 micromètre, la position résultante du mode voisin en S se trouve en dehors de la région ayant un gain important. Le gain très faible disponible établit en fait une discrimination par rapport aux modes en S, ce qui les empêche de produire l'effet laser. Cette technique est tout à fait efficace contre des modes fondamentaux en compétition à polarisation en S mais elle ne supprime pas en elle-même les modes en S d'ordre plus élevé en dehors de l'axe qui peuvent être plus proches en fréquence du mode en P. L'élimination de ces modes peut être réalisée soit en ouvrant le faisceau laser pour provoquer une perte importante dans les modes en dehors de l'axe et ainsi empêcher leur effet laser; soit en utilisant des miroirs qui utilisent un empilement de revêtement Fabry-Perot constitué par deux empilements multicouches à réflectance élevée séparés par une couche d'espacement. Les longueurs d'ondes de conception des deux empilements multicouches à réflectance élevée sont séparées

l'une par rapport à l'autre, ce qui provoque un chevauche-

ment entre les bandes latérales de transmittance. En réglant de façon appropriée les deux longueurs d'ondes de

conception avec l'épaisseur optique de la couche d'espace-

ment, on obtient une forte diminution de la réflectance spectrale. Pour un angle non normal d'incidence, cette réduction en réflectance est partagée à cause de la polarisation. La configuration Fabry-Perot à miroir à P élevé et à S faible est conçue pour avoir une réflectance élevée à polarisation en P et une réflectance faible à polarisation en S à la longueur d'onde opérationnelle du gyroscope à laser en anneau. Parmi les deux techniques pour établir une discrimination par rapport au mode en S d'ordre plus élevé, le miroir présenté ci-dessus est préférable car il ne provoque pas de dispersion du faisceau

laser contrairement au bord d'un orifice.

L'élimination des fenêtres de Brewster utilisées dans l'art antérieur nécessite que les miroirs soient en contact avec la décharge de gaz de laser, ce qui nécessite des revêtements de miroir permettant de résister

à un tel environnement.

La suppression du faisceau laser à polarisation

en S peut être effectuée soit par un miroir tout-diélectri-

que tel qu'un miroir 22 soit par le miroir magnétique 20. Des miroirs magnétiques à utiliser avec le gyroscope 10 vont maintenant être décrits en conjonction avec les figures 2 et 3. Le miroir magnétique 32 de la figure 3 est construit de manière à supprimer la lumière polarisée en S. Chacun des miroirs magnétiques 20, 30 et 32 comprend un substrat 34 sur lequel est déposée une couche

36 d'alliage magnétique anisotropique (alliage à ma-

gnétostriction nulle) tel que Ni-Fe pour fournir une direction d'aimantation à axe facile. Une couche 38 en fer ou en alliage de fer peut être déposée directement sur la couche 36 en alliage Ni - Fe dans le but d'accroître l'effet transversal magnéto-optique de Kerr et de là la polarisation gyroscopique induite magnétiquement. Un alliage typique pour la couche 36 a approximativement 83% de Ni et 17% de Fe, la composition exacte étant ajustée pour obtenir une magnétostriction nulle. "Zerodur" (marque de fabrique de Schott Glasswerke) est préféré en tant que matière de substrat, mais d'autres matières en verre ou en verre-céramique telles que "Cervit" (marque de fabrique)

peuvent être utilisées.

Le substrat 34 comprend deux paires de conducteurs 40 et 42 électriques espacés et parallèles dont chaque paire est disposée orthogonalement par rapport à l'autre. Lorsqu'ils sont excités, le courant dans les éléments de chaque paire circule dans la même direction à chaque instant et produit rapidement des champs magnétiques pour faire tourner un vecteur d'aimantation dans la couche 36 à alliage Ni-Fe de +180 degrés ou de -180 degrés. La rotation est effectuée en entraînant la paire orthogonale pendant un instant pour écarter le vecteur d'aimantation de l'axe facile et ensuite en inversant les courants de la

première paire.

Comme indiqué ci-dessus, le brevet des Etats-

Unis d'Amérique N' 4 442 414 enseigne une configuration en sandwich dans laquelle la couche saturable magnétiquement

est située entre des conducteurs. Bien que cette configura-

tion réduise l'inductance, elle tend également à limiter l'étendue dans l'espace du champ de commande. Selon la présente invention, l'inductance du système de commande est réduite au minimum sans placer la pellicule au milieu

d'un sandwich qui rendrait la caractéristique magnéto-

optique de la pellicule non disponible pour le faisceau laser. Les conducteurs de commande sont enterrés sous la couche 36 (a travers le substrat) ou juste sous un substrat mince (tel qu'un miroir à diaphragme). La configuration

pour la paire de conducteurs 40 est montrée & la figure 2C.

La partie de conducteurs 41 et 43 entrainant la couche de pellicule 36 est située à environ 1250 à 1500 micromètres de la couche de pellicule 36, le champ produit étant dans le plan de la pellicule. Le conducteur de retour est situé à 3750-9375 micromètres à l'écart du bord de la pellicule et environ dans le plan de la pellicule. Une vue de dessus le cette configuration se trouve à la figure 2D. Le champ

en provenance des conducteurs de retour 45 et 47 est essen-

tiellement perpendiculaire à la surface de la pellicule qui, à cause de l'anisotropie de conformation, n'a aucun

effet sur la pellicule. L'inductance de boucle de l'en-

roulement de commande est réduite au minimum en maintenant l'aire faible et par le couplage entre les deux bobines qui tend à réduire l'extension dans l'espace du champ total en provenance des deux moitiés des bobines de commande comme montré sur la figure 2E. Bien que l'inductance obtenue par l'enseignement du brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 4 442 414 puisse être plus faible que la valeur typique de 150 nanohenrys par tour dans les miroirs magnétiques de la présente invention, on n'a besoin que d'un seul tour magnétique. Des tours multiples sont utilisés facilement selon la présente invention et mÈme avec quatre tours, l'inductance est assez faible pour obtenir des temps de montée de courant de 50 nanosecondes. La polarisation magnétique sert à briser le verrouillage lorsque le gyroscope est en repos. Cependant,

lorsque le taux d'entrée est égal et opposé à la polarisa-

tion magnétique, il y aura encore un verrouillage. Dans ce cas, l'inversion, c'est-à-dire la commutation comme indiqué

ci-dessus, de la polarisation magnétique brise le verrouil-

lage. La présente invention divulgue une conception de bobine selon laquelle les fils de la bobine eux-mêmes sont amenés tout près de la pellicule à commuter. Cette proximité étroite permet la production d'un champ magnéti-

que élevé au niveau de la pellicule avec un courant relativement faible. La partie de la bobine qui n'est pas proche de la pellicule fournit le trajet de retour du courant. Les pièces du trajet de retour de la bobine sont maintenues suffisamment éloignées de la pellicule pour que le champ magnétique produit par ces parties de la bobine n'élimine pas de façon appréciable le champ au n-'eau de la pellicule. Dans la conception présente, il y a deux bobines disposées perpendiculairement l'une à l'autre. Chaque bobine est constituée par huit tours divisés en deux jeux de quatre fils se trouvant de chaque côté latéralement par rapport au centre du miroir immédiatement en dessous de celui-ci. Les fils producteurs de champ de chaque bobine sont perpendiculaires l'un à l'autre. Le jeu 40 est perpendiculaire au jeu 42 (figures 2A, 2B). Un jeu de fils fournit ce qu'on appelle le champ magnétique longitudinal, tandis que l'autre jeu perpendiculaire de fils fournit le champ transversal comme décrit aux figures 2C et 2D. Le jeu résultant de bobines a la distribution du jeu dit de morpions illustré à la figure 6A. La figure 6A illustre également deux paires de tubes ou de trous qui ne sont pas en intersection et qui sont formés dans le disque à miroir en verre. Les trous sont parallèles à la face plate du miroir; ils ont un diamètre de 1, 25 mm et les trous des bobines longitudinales sont à 1,25 mm en dessous de la surface revêtue du miroir. Les trous transversaux sont perpendiculaires aux trous longitudinaux et de préférence en dessous de ceux-ci. Les bobines sont enroulées selon la

configuration montrée à la figure 2D. Les parties rectili-

gnes des bobines dans cette figure passent par les trous et les parties courbées de la bobine sont enroulées sur la

périphérie du miroir.

Cet arangement particulier de bobines a été dicté par le désir d'induire une commutation rotative dans les pellicules anisotropiques de permalloy. La commutation rotative constitue le type le plus rapide de commutation magnétique. Dans ce mode, toute l'aimantation atomique de

la pellicule tourne à l'unisson.

Cependant, ceci n'est pas la méthode habituelle pour inverser l'aimantation des matières. Plus fréquemment, l'aimantation atomique s'inverse par création de domaines

inversés et par mouvement des parois séparant ces domaines.

Les parois de domaine sont plus ou moins perpendiculaires au champ appliqué et au plan de la pellicule. Elles avancent à une vélocité finie en travers de la face de la

pellicule en fonction de l'amplitude du champ appliqué.

Les vides et les impuretés font ralentir la vitesse des parois des domaines avec un champ appliqué donné. De plus, les parois de domaine peuvent être "suspendues" sur des imperfections dans le film de sorte que la commutation peut être incomplète. La commutation rotative fait tourner toute l'aimantation de la pellicule comme un seul domaine, ce qui évite le processus de nucleation des domaines et de

mouvement des parois.

Permalloy est une matière unique du fait que les pellicules en Permalloy peuvent être formées avec un sens facile d'aimantation dans le plan de la pellicule,

l'anisotropie étant cependant assez faible pour être utile.

Ceci est une condition idéale pour obtenir une commutation rotative. Il est a noter cependant que la présente invention n'interdit pas la possibilité d'une commutation des parois de domaine en tant qu'alternative satisfaisante

pour certaines matières.

La commutation rapide nécessite l'utilisation de bobines à faible inductance dont les tours sont proches de la pellicule, de préférence sont en dehors de la cavité de laser. De plus, on peut utiliser des impulsions courtes pour commuter la pellicule de sorte que le temps de commutation soit bien défini; le temps de commutation est faible à comparer au temps d'un comptage gyroscopique; le cycle nominal du champ magnétique est faible; et la puissance consommée par la commutation est faible. La

commutation rotative utilisant la configuration d'enroule-

ment décrite est consistante avec ces exigences.

Les aspects de commutation magnétique des miroirs magnétiques 30 et 32 vont maintenant être discutas

en détail en conjonction avec les figures 2, 3, 5 et 6.

L'effet transversal de Kerr sur lequel travaille le gyroscope 10 à tremblement magnétique nécessite que les couches 36 et 38 soient aimentées perpendiculairement au plan d'effet laser. Pendant le dépôt des couches 36 et 38 à alliage Ni-Fe et à fer, les miroirs magnétiques 30 et 32

sont placés dans un champ magnétique uniforme unidirection-

nel d'une intensité assez élevée. Un champ magnétique d'environ 0,0025-0, 01 tesla est utilisé et peut être

produit par des aimants permanents ou des électro-aimants.

Comme les couches 36 et 38 sont déposées dans une chambre & vide dans le champ magnétique, le champ d'anisotropie de la pellicule magnétique tend & s'aligner sur le champ magnétique externe produisant une pellicule anisotropique uniaxialement, ce qui donne un vecteur d'aimantation dans le plan de la pellicule et perpendiculairement au plan du gyroscope 10 de la figure 1. Par exemple, le vecteur d'aimantation serait perpendiculaire au plan du papier des

figures 2A et 3.

La figure 6A est une vue regardant vers le bas et vers les miroirs 30 et montre un vecteur d'aimantation M

aligné avec la paire de conducteurs 40 et perpendiculaire-

ment à l'autre paire de conducteurs 42. La direction du vecteur M est ce qu'on appelle "l'axe facile" de la pellicule magnétique & cause de l'anisotropie uniaxiale dont on a discuté ci-dessus. La direction perpendiculaire à l'axe facile M est appelée "l'axe difficile". Les figures A et 5B montrent des boucles d'hystérésis (B-H) de la pellicule magnétique. En particulier, la figure 5A montre une courbe d'hystérésis rectangulaire pour l'axe facile de

M. L'orientation de miroir indique l'alignement d'aimanta-

tion correct. La figure 5B montre une boucle B-H (à faible

hystérésis) à ligne fermée pour l'axe difficile.

Pour commuter le vecteur d'aimantation de la pellicule, on établit tout d'abord un courant dans la paire de conducteurs 42, la paire qui fournit un champ le long de l'axe facile mais dans une direction permettant de fournir un champ dans la nouvelle orientation désirée du vecteur M. Le champ est typiquement inférieur à 0,0002 tesla et il est plus faible que la coercivité de l'axe facile 4e la

pellicule (déterminée à partir d'une mesure de la boucle B-

H à axe facile). Une force magnétomotrice typique (mmf) en provenance de l'enroulement de commande est de 1,2 ampère par tour pour une pellicule d'un diamètre de 6 mm située à environ 1,5 mu des conducteurs de commande. Lorsque ce champ est présent, une impulsion de courant est établie dans la paire de conducteurs 40, la paire qui fournit un champ perpendiculaire à la direction de pellicule à axe facile. Une amplitude typique de champ est plus grande que 0,001 tesla. Par exemple, ceci fait que la pellicule est commutée de la position 52 à la position 50 comme montré a la figure 6B. Lorsque le champ de commande pour sélection- ner la nouvelle polarité d'axe facile est encore appliqué,

le courant de commande qui provoque le champ perpen-

diculaire est réduit à zéro. Dans l'exemple de la figure 6, M se déplace vers la position 48. Apres que ceci a eu lieu, le champ de commande le long de l'axe facile est également réduit à zéro. Tout ceci nécessite de façon typique environ une microseconde, bien que ceci pourrait avoir lieu de façon plus rapide en augmentant la crête de tension de commande disponible à partir de 150 volts de façon typique jusqu'à une tension plus élevée ou en réduisant les quatre tours typiques de l'enroulement à un seul tour. Le temps de montée est proportionnel au rapport entre la tension et l'inductance. Le vecteur d'aimantation des miroirs fait que le gyroscope a une fréquence de polarisation fixe avec un mouvement de frange relatif dans une seul direction jusqu'à ce que le miroir doive se commuter vers l'état opposé. Pour

commuter les états, on répète le processus séquerntiel ci-

dessus sauf que le champ de commande appliqué le long de l'axe facile est inversé pour mettre la pellicule vers l'état opposé (par exemple de la position 48 à la position

52). Il est à noter que le champ appliqué perpendiculaire-

ment à l'axe facile peut avoir la même polarité pour aider à commuter le vecteur magnétique vers l'une ou l'autre direction. Ainsi, l'aimantation pourrait être commutée de

+180 degrés et, un demi-cycle de miroir plus tard, l'aiman-

tation pourrait être commutée de -180 degrés. Le champ de commande à axe facile HMe devrait avoir une amplitude égale à Hk sin a <He <Hc, o Hc est la coercivité de l'axe facile mesurée avec un boucle B-H, Hk est le champ d'anisotropie de la matière magnétique mesuré avec une boucle B-H à axe difficile et a est l'angle de dispersion de l'axe facile

(de façon typique 1-2 degrés).

Pendant le dépôt des pellicules magnétiques, il est critique que le champ externe soit très uniforme. Si les lignes du champ externe divergent, différentes portions de la pellicule auront différents axes faciles et donc l'anisotropie uniaxiale nécessaire ne sera pas entièrement réalisée (a agmentera). Comme les substrats tournent généralement de façon planétaire pendant le processus de déposition pour maintenir l'uniformité des épaisseurs de la pellicule, les aimants produisant le champ externe doivent également tourner. Pour cette raison, on préfère souvent les aimants permanents. Les aimants doivent être disposés de manière que lorsqu'ils tournent, les champs magnétiques

voisins ne se gênent pas l'un l'autre.

La couche 36 à alliage Ni-Fe est sujette à des contraintes après son dépôt dans un processus avec vide, que ce soit par projection de faisceau ionique ou par dépôt en phase vapeur. Dans de telles conditions, la direction d'anisotropie uniaxiale peut être difficile à maintenir s'il y a un couplage entre la contrainte des dépôts diélectriques subséquents et la matière magnétique. Pour cette raison, on choisit pour la couche 36 un alliage à

magnétostriction nulle.

Mécaniquement, la couche 36 doit avoir une faible magnétostriction car un sur-revêtement diélectrique contraint peut agir sur la pellicule magnétostrictive. La valeur de magnétostriction doit être inférieure & environ ppm et de préférence inférieure à environ i ppm. - Ces propriétés sont trouvées dans des alliages magnétiques nickel-fer dans la gamme commençant & environ -84% atomiques de nickel (reste=fer) et de préférence environ 83% atomiques de nickel (reste=fer) et ayant un comptage d'impuretés faible lorsqu'on les utilise dans des pellicules d'une épaisseur appropriée. De façon générale, la pellicule de la couche 36 devrait avoir au moins une épaisseur de 0,04 micromètre pour être efficace sans être supérieure à environ 0,2 micromètre pour préserver les caractéristiques de domaine unique. De préférence, la couche 36 doit avoir une épaisseur d'environ 0,1 micromè- tre. Des compositions de matière magnétique modifiées peuvent les remplacer. De telles matières devraient posséder une capacité de rétention magnétique élevée le long de la direction de l'axe facile. Un rapport différent entre le nickel et le fer peut être utilisé ou bien on peut utiliser un alliage ternaire de fer, nickel et cobalt, ou un alliage binaire de cobalt et de fer ou de cobalt et de nickel. Par exemple, l'alliage "Kovar" (marque de fabrique) ayant 29 NI/54Fe/17Co a été substitué avec succès bien qu'il nécessite des champs de commande plus

grands pour commuter les états magnétiques de la pellicule.

De plus, le Kovar est plus magnétostrictif et davantage sujet à une altération de ses propriétés à cause de la contrainte introduite par le revêtement diélectrique déposé sur la pellicule magnétique dans le but d'accroître de façon appropriée la réflectivité du miroir. De façon idéale, on aurait les propriétés de commutation facile et de manque de magnétostriction du Permalloy (environ 83% de

nickel, 17% de fer) mais avec les propriétés magnéto-

optiques du fer pur. Comme le déphasage magnéto-optique est accompli surtout au niveau de la surface ou près de la surface de la pellicule magnétique, une pellicule se rapprochant encore plus de l'idéal peut être réalisée en sur-revêtant la couche de Permalloy 36 d'une couche

supérieure magnéto-optique 38.

Ainsi, une couche magnéto-optique 38 est

préférée en utilisation avec la couche 36 d'alliage Ni-Fe.

La couche 38 est déposée au-dessus de la couche 36 en

alliage Ni-Fe et sert & ce moment de matière magnéto-

optique qui produit une polarisation de phase non récipro-

que plus grande que ce que l'on peut obtenir de la couche 36 seule. La couche 38 peut être faite en fer pur (99,999%) et peut être utilisée dans une gamme d'épaisseurs partant d'environ 0,01-0,02 pm. De préférence, une couche de fer 38

est épaisse d'environ 0,012-0,016 Mm.

Lorsque la couche préférée 38 est utilisée, les couches combinées 36, 38 se comportent magnétiquement comme

si elles étaient faites d'une couche 36, et magnéto-

optiquement comme si elles étaient faites de la couche 38.

En outre, le contact intime entre les couches 36, 38 est considéré comme facilitant le couplage d'échange au niveau atomique entre les couches 36, 38 de sorte que toute la pellicule commute magnétiquement comme si elle était

entièrement faite de la matière 36.

Les alliages de fer peuvent également être utilisés pour la couche 38 comme par exemple un alliage de fer et de cobalt de 45 5% atomiques de cobalt, le reste

en fer, ayant une épaisseur dans la gamme d'environ 0,01-

0,03 pm. De préférence, cet alliage est constitué par

/45% atomiques de Fe/Co.

La couche 38 également devrait être non magnétostrictive. Une autre matière différente pour la couche 38 est un alliage de silicium et de fer, 10 5% atomiques de silicium (le reste en fer) et une épaisseur dans la gamme d'environ 0,01-0,04 Rm. Une épaisseur préférée est d'environ 0,02-0, 025 pm. Cette matière peut être rendue non magnétostrictive à l'intérieur de la gamme ci-dessus. Le miroir magnétique ainsi construit devrait avoir des pertes non réciproques inférieures à environ 2 ppm et de préférence inférieures à environ 1 ppm, ce qui

peut survenir avec ces matières.

En plaçant la couche 36 à proximité étroite des conducteurs et de la couche 38, on a trouvé que la couche magnétique 38 est sensiblement aussi facile à commuter que la couche 36 et que des pertes non réciproques sont plus facilement réduites au minimum par une couche d'adaptation

54 qui s'adapte à la couche de fer 38.

Lorsque les couches 36, 38 sont construites de matières choisies différentes, on a constaté qu'elles forment un composite magnétique en étant interdépendantes l'une de l'autre. Les deux couches ont un effet magnétique et magnéto-optique. La couche 38 a une polarisation élevée, c'est-à-dire que la rotation de phase produit un effet magnéto-optique élevé; et contribue également aux caractéristiques de commutation. Si la couche 38 est trop mince, il n'y a pas assez de polarisation et si elle est trop épaisse, il est difficile de commuter. Par conséquent, on trouve qu'on peut réaliser un composite magnétique idéal satisfaisant aux conditions ci-dessus et qui peut également

présenter une perte non réciproque minimale.

En référence à nouveau à la figure 2, on voit

que le miroir magnétique 30 comprend des couches dielectri-

ques multiples pour augmenter la réflectivité du miroir. En particulier, une couche 54 d'adaptation de phase en sio2

ayant une épaisseur optique de 0,2303 (X) est déposée au-

dessus de la couche de fer 38. Ensuite, on trouve une

couche 56 de TiO2/SiO2 ayant une épaisseur optique de 0,25.

La couche 56 est suivie par plusieurs paires de couches alternées TiO2/SiO2 en commençant avec une couche 58 de SiO2. Ces couches ont une épaisseur optique de 0,25. La réflectivité du miroir 30 pour la lumière polarisée en P est d'environ 99,4% en fonctionnant & une longueur d'onde de 1,15 micromètre. Ce miroir magnétique 30 à ligne de base ne supprime pas la lumière indésirable polarisée en S. Le miroir magnétique 32 de la figure 3 va maintenant être décrit. Non seulement le miroir 32 présente des propriétés magnéto-optiques mais également il supprime le rayonnement indésirable & polarisation en S. Cette suppression est obtenue par des couches multiples de matière diélectrique. La couche 36 en alliage Ni-Fe à magnétostriction nulle a une épaisseur de pellicule dans la gamme 0,1-0, 2 Dm. L'épaisseur particulière de la couche d'alliage Ni-Fe dépend de l'épaisseur de la couche de fer ou d'alliage de fer 38. Si la couche de fer 38 a une épaisseur dans la gamme 0,01-0,02 Mm, la couche 36 en alliage Ni-Fe serait d'environ 0,1 Mm. Si la couche de fer est plus épaisse, une pellicule en alliage Ni-Fe plus

épaisse est nécessaire pour avoir l'anisotropie uniaxiale.

Une couche d'adaptation 60 en SiO2 ayant une épaisseur

optique de 0,0447 est déposée -sur la couche de fer 38. Au-

* dessus de la couche d'adaptation 60, on trouve sept paires de couches 62 alternantes SiO2/TiO2 ayant une épaisseur optique d'environ 0,2653. Une couche de séparation 64 en

TiO2 ayant une épaisseur optique de 0,0689 sépare l'empile-

ment 62 d'un empilement 66 comportant six paires de TiO2/SiO2 ayant une épaisseur optique de 0,2228. Le miroir résultant a une réflectance élevée pour une polarisation en P et une réflectance faible pour de la lumière polarisée en

S pour une longueur d'onde de 1,15 pm à un angle d'in-

cidence de 30'. Les épaisseurs des couches doivent être choisies soigneusement pour garder une perte non réciproque très faible lorsqu'on réalise une polarisation élevée non

réciproque.

La figure 4 est un graphique montrant les performances calculées du miroir magnétique 32 de la figure 3. Le graphique montre une chute de la réflectance de la lumière indésirable polarisée en S à la longueur d'onde de fonctionnement indiquée par une flèche 70. La courbe intéressante a lieu pour un angle d'incidence de 30', ce qui est 'e cas pour la configuration triangulaire du gyroscope 10 montré à la figure 1. A cause de la diminution de lumière polarisée en S, la production de l'effet laser de la lumière polarisée en S est empêchée et peut être éliminée en fonctionnant avec le gain approprié. Le miroir magnétique 32 de la figure 3 a une réflectance de lumière

polarisée en P de 99,3%, ce qui est proche de la perfor-

mance du miroir magnétique de la figure 2. Le miroir 32 a une polarisation non réciproque de 29 microradians et une

perte non réciproque inférieure i 0,10 partie par million.

La polarisation non réciproque est une mesure du déphasage introduit par le miroir magnétique entre les faisceaux de contre-propagation dans le gyroscope dans le but d'éviter le verrouillage lorsque la rotation angulaire gyroscopique

est faible.

Comme indiqué ci-dessus, le miroir magnétique à ligne de base 30 montré à la figure 2 n'a pas été conformé pour supprimer le rayonnement indésirable d'ordre élevé en dehors de l'axe à polarisation en S. Ainsi, lorsque le miroir magnétique 30 de la figure 2 est utilisé dans le gyroscope 10, l'un des autres miroirs devrait être conçu pour supprimer le rayonnement polarisé en S. Un miroir

tout-diélectrique de cette sorte est montré à la figure 7.

Tout comme avec les miroirs magnétiques des figures 2 et 3, un miroir tout-diélectrique 80 de la figure 7 a un substrat en Zerodur 82. En dépôt sur le substrat de Zerodur 82, on trouve un premier empilement 84 de sept paires de TiO2/SiO2 ayant une épaisseur optique de 0,285 à une longueur d'onde de conception de 1,017 Mm pour un miroir conçu pour

fonctionner & 1,15 pm. Les paires alternantes de l'empile-

ment 84 commencent avec une couche 86 de TiO2. Une couche 88 à indice élevé de réfraction de TiO2 ayant une épaisseur optique de 0,114 sépare le premier empilement 84 d'un second empilement 90 qui comprend huit paires de SiO2/TiO2 ayant une épaisseur optique de 0,25 et commençant avec une couche 92 de SiO2. Il est à noter que le premier empilement 84 commence avec une matière à indice de réfraction élevé TiO2 et que le second empilement 90 commence avec la couche 90 de la matière à faible indice de réfraction SiO2. Cet arrangement provoque une réflectance élevée à polarisation en P et une réflectance réduite à polarisation en S à la

longueur d'onde de fonctionnement de 1,15 pm du gyroscope.

La figure 8 est un graphique de la performance calculée du miroir toutdiélectrique 80 de la figure 7. Une

flèche 100 est située à la longueur d'onde de fonctionne-

ment du gyroscope de 1,15 Mm. Il est & noter qu'il y a une réduction de la réflectance de la lumière polarisée en S à cette longueur d'onde. A cette même longueur d'onde, la réflectance à polarisation en P est proche de 100%. Cette réduction de plusieurs pour-cent est suffisante pour que le rayonnement à polarisation en S ne puisse pas produire l'effet laser dans la cavité gyroscopique. La figure 9 montre une autre manière de caractériser la performance du miroir tout-diélectrique 80 de la figure 7. La figure 9 est la transmittance spectrale mesurée du miroir. Une flèche 102 indique la longueur d'onde de fonctionnement de 1,15 mm. Une courbe 104 représente la transmittance spectrale du rayonnement polarisé en P et une courbe 106 représente la transmittance du rayonnement polarisé en S. Il est à noter qu'à la fréquence de fonctionnement de 1,15 Mm, la lumière polarisée en S a des pertes et transmet de manière que la lumière polarisée en S ne produise pas l'effet laser. Par contre, la lumière polarisée en P transmet très peu, ce qui lui permet donc de produire

l'effet laser.

Comme indiqué ci-dessus en conjonction avec la figure 1, le gyroscope à laser 10 comprend trois miroirs , 22, 24. Si le miroir magnétique 20 est configuré comme montré & la figure 3 pour supprimer le rayonnement en polarisation en S, les deux autres miroirs 22 et 24 peuvent alors être un miroir normal à réflectance élevée 110 montré à la figure 10. Si par contre le gyroscope 10 comprend un miroir tout-diélectrique tel que le miroir 80 de la figure 7, on utiliserait qu'un seul des miroirs normaux à réflectance élevée 110. Le miroir 110 inclut un substrat en Zerodur 112 sur lequel sont déposées des couches alternantes de SiO2 et de TiO2 en commençant avec une couche de SiO2 114. Les couches ont une épaisseur optique de 0,25 et on inclut normalement 14 ou 15 couches.

Le miroir 110 a une réflectance élevée d'environ 99,9%.

En ce qui concerne le miroir tout-diélectrique de la figure 7, il est à noter que les deux empilements 84

et 90 séparés par une couche de séparation 88 ont différen-

tes épaisseurs optiques pour supporter à la fois les interférences constructives et destructives de sorte que le

rayonnement à polarisation en S non désiré est supprimé.

Les couches sont faites d'oxydes tels que le bioxyde de silicium et le bioxyde de titane qui sont assez durables

pour résister à l'exposition à la décharge laser.

Claims (46)

REVENDICATIONS

1. Gyroscope à laser, caractérisé en ce qu'il comprend un bloc gyroscopique (11) comprenant un bloc de matière comportant des trous (lla, llb, llc) définissant au moins partiellement un trajet fermé de faisceau laser situé dans un plan, des moyens pour compléter le trajet de faisceau laser entièrement enfermé & l'intérieur du bloc, comprenant plusieurs miroirs (20, 22, 24) dont chacun est contacté par le bloc gyroscopique à l'intersection des trous pour former une cavité optique fermée avec celuici et un trajet de faisceau laser entièrement enfermé à l'intérieur du bloc et des miroirs et fermé hermétiquement par rapport au bloc pour former une cavité renfermant un gaz à effet laser, des moyens pour produire des faisceaux laser à contre-rotation à l'intérieur de la cavité, le trajet étant exempt d'éléments à l'intérieur de la cavité de sorte que le faisceau voyage sans être gêné à travers les trous par réflexion sur les miroirs, l'un des miroirs ou bien ledit bloc comportant des moyens pour établir une discrimination à l'égard de la polarisation en S par rapport à la polarisation en P sans utilisation de fenêtres à angle de Brewster; l'un des miroirs étant construit et disposé de manière à former un miroir magnétique pour introduire un déphasage non réciproque entre des faisceaux lumineux à contre-propagation tout en introduisant des

pertes non réciproques négligeables.

2. Gyroscope à laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un des miroirs comprend des moyens (32) pour supprimer sélectivement le rayonnement à polarisation en S.

3. Gyroscope à laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que le miroir magnétique comprend des moyens (32) pour supprimer sélectivement le rayonnement à polarisation en S.

4. Gyroscope à laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que le miroir magnétique comprend un substrat (34), des conducteurs (40, 42) disposés à

l'intérieur du substrat pour produire des champs magnéti-

ques commutables rapidement, une couche saturable magnéti- quement ayant un axe facile bien défini d'aimantation perpendiculaire audit plan et disposée sur le substrat, une couche magnéto-optique séparée disposée directement sur la couche saturable magnétiquement et un empilement réflecteur

diélectrique multicouche disposé sur la couche magnéto-

optique.

5. Gyroscope à laser selon la revendication 4, caractérisé en ce que les conducteurs comprennent une première paire de conducteurs parallèles et une seconde paire de conducteurs parallèles disposés orthogonalement

par rapport à la première paire de conducteurs.

6. Gyroscope à laser selon la revendication 4, caractérisé en ce que la couche saturable magnétiquement

est un alliage à faible magnétostriction.

7. Gyroscope à laser selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'alliage à faible magnétostriction a des valeurs de magnétostriction inférieures à environ ppm, et de préférence inférieures à environ 1 ppm.

8. Gyroscope à laser selon la revendication 6, caractérisé en ce que la couche saturable magnétiquement est un alliage nickel-fer ayant une composition avec 80-84% atomiques de nickel et le reste étant du fer, et de

préférence 83% de nickel.

9. Gyroscope à laser selon la revendication 4, caractérisé en ce que la couche saturable magnétiquement est un alliage magnétique Ni-Fe ayant une épaisseur de

0,04-0,2 pm.

10. Gyroscope à laser selon la revendication 4, caractérisé en ce que la couche saturable magnétiquement est un alliage de métal constitué par des alliages Ni-Fe

ayant une composition de 80-84% de nickel.

11. Gyroscope à laser selon la revendication 4, caractérisé en ce que la couche magnéto-optique est faite d'un alliage de métal choisi dans le groupe comprenant: (a) Co/Fe ou une composition ayant environ 5% atomiques de cobalt, (b) Si/Fe ou une composition ayant environ 10 5% atomiques de silicium, (c) du fer, et

(d) Ni/Co ayant environ 50/50% atomiques.

12. Gyroscope à laser selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'e la couche magnéto-optique est faite de fer ou d'un alliage fer/silicium ayant environ 10 5%

atomiques de silicium, le reste étant du fer.

13. Gyroscope à laser selon la revendication 4, caractérisé en ce que la couche magnéto-optique est du fer

et d'une épaisseur inférieure à environ 0,02 gm.

14. Gyroscope à laser selon la revendication 4, caractérisé en ce que la couche magnéto-optique est un alliage de cobalt/fer d'une composition approximative de 5% atomiques de cobalt, le reste étant du fer, et une

épaisseur d'environ 0,01-0,03 pm.

15. Gyroscope à laser selon la revendication 4, caractérisé en ce que la couche magnéto-optique est un alliage fer/silicium d'une composition approximative d'environ 12 5% atomiques de silicium avec une épaisseur

d'environ 0,01-0,04 Mm.

16. Gyroscope à laser selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un miroir (80) à réflectance élevée comprend un premier empilement diélectrique multicouche (84) comportant des couches alternantes d'une matière & indice de réfraction élevé et faible, un pecond, empilement (90) de couches alternantes d'une matière à indices de réfraction élevé et faible, et une couche additionnelle (88) séparant le premier et le second empilements, la couche additionnelle étant réglée pour coopérer avec les empilements pour établir sélectivement une discrimination

par rapport au mode à polarisation en S de propagation.

17. Gyroscope à laser selon la revendication 16, caractérisé en ce que les couches du premier empilement ont une épaisseur optique de 0,285 et les couches du second empilement ont une épaisseur optique de 0,25, séparées par

une couche ayant une épaisseur optique de 0,114.

18. Gyroscope à laser selon la revendication 16, caractérisé en ce que le premier empilement comprend sept paires de couches et le second empilement comprend

huit paires de couches.

19. Gyroscope à laser selon la renvendication 3, caractérisé en ce que le miroir magnétique comprend un substrat comportant des conducteurs pour produire un champ magnétique rapidement commutable, une couche saturable magnétiquement disposée sur le substrat, une couche magnéto-optique disposée directement sur la couche saturable magnétiquement, un premier empilement de couches alternantes d'une matière diélectrique à indice de

réfraction élevé et faible disposée sur la couche magnéto-

optique, un second empilement comportant des couches "Iternées d'une matière à indice de réfraction élevé et faible, et une couche additionnelle séparant lesdits empilements, la couche additionnelle étant réglée pour coopérer avec les deux empilements pour établir une discrimination sélective par rapport au mode de propagation & polarisation en S.

20. Gyroscope à laser selon la revendication 19, caractérisé en ce que les empilements de couches alternantes sont faits de bioxyde de silicium et de bioxyde de titane et les couches du second empilement ont une épaisseur optique de 0,2228 séparées par une couche de

bioxyde de titane ayant une épaisseur optique de 0,0689.

21. Miroir magnétique, caractérisé en ce qu'il comprend un substrat, des conducteurs disposés dans le substrat pour produire des champs magnétiques rapidement commutables, une couche saturable magnétiquement ayant un axe facile d'aimantation bien défini disposé sur le substrat, une couche magnéto-optique disposée directement sur la couche saturable magnétiquement et un empilement

diélectrique multicouche sur la couche magnéto-optique.

22. Miroir magnétique selon la revendication

21, caractérisé en ce que la couche saturable magnétique-

ment est un alliage à faible magnétostriction.

23. Miroir magnétique selon la revendication 21, caractérisé en ce que la couche magnéto-optique est du fer.

24. Miroir magnétique selon la revendication 21, caractérisé en ce que la couche magnéto-optique est un

alliage cobalt/fer.

25. Miroir magnétique selon la revendication 21, caractérisé en ce que la couche magnéto-optique est un alliage de fer/silicium ayant environ 10 5% atomiques de silicium.

26. Miroir magnétique selon la revendication 21, caractérisé en ca que les conducteurs comprennent une première paire de conducteurs parallèles et une seconde paire de conducteurs parallèles disposés orthogonalement

par rapport à la première paire de conducteurs.

27. Miroir magnétique selon la revendication

22, caractérisé en ce que l'alliage est un alliage Ni-Fe.

28. Miroir magnétique selon la revendication 21, caractérisé en ce que l'empilement diélectrique multicouche comprend un premier empilement de matières alternantes à indice de réfraction élevé et faible séparées de la couche magnéto-optique par une couche d'adaptation, un second empilement de couches alternantes de matière & indice de réfraction élevé et faible et une couche

additionnelle séparant les empilements, la couche addition-

nelle étant réglée pour coopérer avec les deux empilements pour établir une discrimination sélective par rapport au

mode de polarisation en S de propagation.

29. Miroir magnétique selon la revendication 28, caractérisé en ce que les matières alternantes à indice de réfraction élevé est faible sont le bioxyde de titane

et le bioxyde de silicium.

30. Miroir magnétique selon la revendication 28, caractérisé en ce que les couches du premier empilement ont une épaisseur optique de 0,2653 et les couches du second empilement ont une épaisseur optique de 0,2228, tandis que la couche de séparation a une épaisseur optique

de 0,0689.

31. Gyroscope & laser selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un nombre impair de miroirs, avec un périmètre choisi pour produire une séparation importante en fréquences entre les modes en S et

en P de sorte que l'effet laser du mode en S est supprimé.

32. Gyroscope à 'laser selon la revendication 31, caractérisé en ce qu'il a un périmètre inférieur à cm et fonctionne sur la transition de 1,15 Dm du néon

ns un milieu à effet laser en hélium et en néon.

33. Gyroscope à laser en anneau n'ayant pas d'éléments à l'intérieur de la cavité, caractérisé en ce qu'il comprend un bloc polygonal (11), des moyens formant des miroirs (20, 22, 24) supportant des facettes formées aux sommets du polygone, des moyens formant plusieurs passages entre les facettes pour définir une cavité à trajet plan dont la longueur est telle que la séparation en fréquence entre les modes en S et en P est au moins plus grande que la demi-largeur de la courbe de gain de laser pour le mode en P, des moyens formant plusieurs miroirs montés sur les facettes dont l'un est un miroir de commande de longueur de trajet, l'un des miroirs étant un miroir magnétique qui utilise l'effet magnéto-optique transversal - de Kerr pour réaliser une polarisation magnétique, et l'un

des miroirs est un miroir de lecture.

34. Gyroscope i laser en anneau selon la revendication 33, caractérisé en ce qu'il comprend de plus

des moyens pour commander la polarisation du laser.

35. Gyroscope à laser en anneau selon la revendication 34, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un polarisateur entre le faisceau de commande de la longueur de trajet et le détecteur de commande de la

longueur de trajet, le polarisateur étant orienté paral-

lèlement au plan du laser.

36. Gyroscope à laser en anneau selon la revendication 34, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un miroir sélectif de polarisation dont la réflectance pour

une lumière polarisée en P est plus grande que la réflec-

tance pour une lumière polarisée en S.

37. Gyroscope à laser en anneau selon la

revendication 33, caractérisé en ce que le miroir magnéti-

que a son vecteur d'aimantation placé normalement au plan

du laser et dans le plan du miroir.

38. Gyroscope à laser en anneau selon la revendication 33, caractérisé en ce qu'il comprend de plus des moyens formant miroir magnétique comprenant des bobines magnétiques situées à proximité étroite du revêtement du miroir magnétique pour agir sur la matière du miroir magnétique, mais situées à l'extérieur de la cavité, les bobines étant construites et disposées pour donner un champ

magnétique surtout parallèle au plan du miroir et perpen-

diculaire au plan du laser.

39. Gyroscope à- laser en anneau selon la revendication 38, caractérisé en ce que le champ magnétique d'une bobine est perpendiculaire au plan du laser et le champ magnétique d'une autre bobine est parallèle au plan

du laser.

40. Gyroscope à laser en anneau selon la revendication 38, caractérisé en ce que le champ magnétique de la bobine est incliné sur l'axe facile du miroir

magnétique pour faciliter la commutation rotative.

41. Gyroscope à laser en anneau selon la revendication 38, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un système de commande électronique pour fournir un courant suffisant pour entraîner le revêtement magnétique en saturation dans une direction perpendiculaire au plan du

laser et dans le plan du miroir.

42. Gyroscope à laser en anneau selon la revendication 38, caractérisé en ce qu'il comprend de plus des moyens de production d'un courant qui fournit un champ plus grand que la force coercive de manière à commuter l'aimantation du revêtement dans les deux directions

positive et négative d'aimantation.

43. Gyroscope à laser en anneau selon la revendication 38, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un courant pulsé périodique ou apériodique qui produit un champ inférieur à la force coercive perpendiculaire au plan du laser et simultanément une impulsion dans une autre bobine qui produit un champ transversal de manière à

induire une commutation rotative de l'aimantation.

44. Gyroscope à laser en anneau selon la revendication 33, caractérisé en ce qu'il comprend un miroir à sélection de polarisation dont le revêtement diélectrique comporte deux jeux de paires de couches séparées par une couche d'espacement de sorte qu'à la longueur d'onde du laser et à l'angle d'incidence du gyroscope, la réflectance pour la lumière polarisée en P soit plus grande que la réflectance pour la lumière polarisée en S.

45. Gyroscope à laser en anneau selon la revendication 33, caractérisé en ce qu'il comporte de plus des moyens pour commander la polarisation à mode en S en

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dehors de l'axe.

46. Gyroscope à laser en anneau selon la revendication 45, caractérisé en ce que les moyens de commande comportent des moyens pour former une ouverture elliptique placée dans le trajet du faisceau de manière à

bloquer le faisceau en mode S en dehors de l'axe.