FR2665306A1 - Dispositif et procede pour moduler en frequence un laser a guide d'ondes. - Google Patents

Abstract

Un tel dispositif (50) pour moduler la longueur optique de la cavité de guide d'ondes d'un laser à gaz (10), délimitée par des miroirs (40, 44), comprend des premier (40, 44) et second transducteurs (42, 46) accouplés aux miroirs et aptes à répondre à des signaux de commande électrique pour moduler les positions des miroirs (40, 44); des moyens (64, 52, 54) pour produire un signal de modulation; et des moyens (56, 70, 72) pour subdiviser le signal de modulation en un premier signal contenant des composantes de fréquences supérieures à une première fréquence de coupure prédéterminée, et un second signal contenant des composantes de fréquences inférieures à une seconde fréquence de coupure prédéterminée, lesdits premier et second signaux étant envoyés auxdits premier et second transducteurs (42, 46). Application notamment aux lasers à gaz.

Description

La présente invention concerne d'une manière générale des lasers à guide

d'ondes et plus particulièrement un dispositif et un procédé pour appliquer des signaux de modulation à des transducteurs piézoélectriques aux deux extrémités d'une cavité d'un laser à guide d'ondes pour

obtenir une modulation accrue de la longueur de la cavité.

Dans un système de laser à gaz à guide d'ondes typique, il est connu de moduler en fréquence l'énergie de sortie délivrée par le laser, moyennant une modulation de la longueur de la cavité du laser La fréquence de sortie du laser peut être exprimée par f=c/2 L, c étant la vitesse de

la lumière et L la longueur de la cavité optique.

Dans des applications usuelles, la longueur de la cavité est commandée, de façon typique, par le montage de miroirs situés aux deux extrémités de la cavité, sur des transducteurs Les transducteurs utilisés pour cette application sont des cristaux qui se dilatent ou se contractent d'une distance précise, sous l'effet de l'application d'une tension Cette propriété est connue sous le terme d'effet piézoélectrique, et les cristaux sont désignés comme étant des transducteurs piézoélectriques ou

transducteurs PZT.

Dans ces applications, l'un des transducteurs PZT est utilisé pour stabiliser la fréquence du laser ou, en d'autres termes, pour maintenir constante la longueur de la cavité Ce transducteur PZT est commandé par un système de servocommande électronique et et maintient de façon fixe la longueur de la cavité contre toute variation due à des perturbations thermiques ou mécaniques Etant donné que ce transducteur PZT "accorde" la longueur de la cavité, on le désigne comme étant le transducteur PZT d'accord Le transducteur PZT d'accord possède une faible largeur de bande et une sensibilité relativement élevée, de l'ordre de

quelques nanomètres par volt.

L'autre transducteur PZT possède une largeur de bande importante et est utilisé pour moduler la longueur de la cavité Etant donné que ce transducteur PZT introduit une modulation de la fréquence optique, on le désigne comme étant le transducteur FM PZT Le transducteur FM PZT fournit de l'ordre de quelques centaines de picomètres par volt, c'est-à-dire en gros un dixième de la réponse du transducteur PZT d'accord Cette modulation de fréquence est superposée à l'accord de la cavité laser Il en résulte que la longueur de la cavité est bloquée, et par conséquent, une fréquence laser bloquée à laquelle est superposée une modulation de fréquence commandée par la forme et l'amplitude du signal d'entrée de forme d'onde de commande

envoyée au transducteur FM PZT.

La valeur de l'écart en fréquence, qui peut être obtenu, est limitée par la performance du transducteur FM PZT Dans des systèmes actuels, le transducteur PZT est commandé à sa tension maximale et, de ce fait, le

transducteur PZT se comporte d'une manière non linéaire.

C'est pourquoi un but principal de la présente invention est de fournir un laser à guide d'ondes perfectionné. Un autre but de la présente invention est de fournir un dispositif et un procédé permettant d'accroître le degré de modulation en fréquence d'un laser à gaz à guide

d'ondes.

Un autre but de la présente invention est de fournir un dispositif et un procédé servant à réaliser une modulation plus importante de la longueur de la cavité dans

un laser à gaz à guide d'ondes.

Ces buts et d'autres buts de l'invention sont obtenus moyennant l'utilisation, dans un laser à gaz possédant une cavité de guide d'ondes définie à ses extrémités par des éléments d'extrémité mobiles, d'un dispositif pour moduler la longueur optique de la cavité Ce dispositif comprend des premier et second transducteurs accouplés aux éléments d'extrémité mobiles, les transducteurs étant sensibles à des signaux électriques de commande pour moduler les positions des éléments d'extrémité Ce dispositif comprend en outre des moyens pour produire un signal de modulation et des moyens pour subdiviser le signal de modulation en un premier signal contenant des composantes de fréquences supérieures à une première fréquence de coupure prédéterminée, et un second signal contenant des composantes de fréquences inférieures à une seconde fréquence de coupure prédéterminée, les premier et second signaux étant appliqués respectivement aux premier

et second transducteurs.

Conformément à une forme de réalisation préféréede l'invention, il est prévu un laser à guide d'ondes comprenant une enceinte fermée de façon étanche et contenant une cavité de guide d'ondes Le laser comprend également des première et seconde électrodes adjacentes à la cavité de guide d'ondes, des moyens accouplés aux première et seconde électrodes pour produire une décharge électrique dans la cavité du guide d'ondes, et un m i l i e u à gain situé dans l'enceinte, et servant à émettre un rayonnement cohérent en réponse à la décharge électrique entre les électrodes Des premier et second réflecteurs optiques sont placés aux extrémités respectives de la cavité de guide d'ondes, ces réflecteurs étant mobiles de manière à moduler la longueur optique de la cavité Le laser comprend en outre des premier et second transducteurs accouplés respectivement aux premier et second réflecteurs, les transducteurs étant aptes à répondre à des signaux de commande électriques pour moduler les positions des réflecteurs Le laser comporte en outre des moyens pour produire un signal de modulation et des moyens pour subdiviser le signal de modulation en un premier signal contenant des composantes de fréquences supérieures à une première fréquence de coupure prédéterminée et un second signal contenant des composantes de fréquences inférieures à une seconde fréquence de coupure prédéterminée, les premier et second signaux étant appliqués respectivement aux premier

et second transducteurs.

La présente invention à trait en outre à un procédé pour moduler la longueur optique d'une cavité de guide d'ondes d'un laser à gaz, dans lequel la cavité est définie, à ses extrémités, par des éléments d'extrémité mobiles Le procédé inclut les étapes consistant à (a) prévoir des premier et second transducteurs accouplés auxdits éléments d'extrémité mobiles et aptes à répondre à des signaux de commande électriques pour moduler les positions desdits éléments d'extrémité; (b) produire un signal de modulation; (c) subdiviser ledit signal de modulation en un premier signal contenant des composantes de fréquences supérieures à une première fréquence de coupure prédéterminée, et un second signal comprenant des composantes de fréquence inférieures à une seconde fréquence de coupure prédéterminée; et (d) appliquer lesdits premier et second signaux respectivement auxdits premier et second transducteurs. Avec ces dispositions, on obtient un fonctionnement amélioré d'un laser à gaz au moyen d'un accroissement du degré de modulation linéaire de la cavité de guide d'ondes En commandant le transducteur PZT plus sensible avec la composante de fréquence fondamentale, qui possède une amplitude relativement élevée, du signal de modulation périodique et en commandant le transducteur moins sensible avec les composantes de fréquences harmoniques, qui possèdent une amplitude relativement faible, du signal de modulation périodique, on peut obtenir une modulation plus importante de la longueur de la cavité et par conséquent on dispose d'une résolution se situant dans une gamme plus

étendue pour des applications dans des radars à laser.

D'autres caractéristiques et avantages de la

présente invention ressortiront de la description donnée ci-

après prises en référence sur le dessin annexé, dont la figure unique représente un système laser à guide d'ondes comprenant un circuit de modulation de longueur de la cavité, conforme au principe de la présente invention. En se référant à la figure, on y voit représenté un système de laser à gaz à guide d'ondes comprenant un laser à gaz 10 et un circuit 50 servant à moduler la longueur de la cavité du laser Le laser à gaz 10 comprend une enceinte fermée de façon étanche 12, qui est réalisée, à titre d'illustration, en un matériau céramique et contient une section de guide d'ondes 18 et un milieu à gain a p p r o p r i é 20, qui peut être constitué, à titre d'exemple, par du dioxyde de carbone (CO 2) La section de guide d'ondes 18 possède, à titre d'illustration, une longueur de 24 cm et une section transversale dont le côté a une longueur de 2 mm, pour un volume total de gaz dans le

guide d'ondes 18 égal approximativement à 1 centimètre cube.

Des électrodes 14 et 16 sont disposées d'une manière adjacente à l'enveloppe 12, au niveau des limites de la section de guide d'ondes 18 et sur des côtés opposés de cette dernière Les électrodes 14 et 16 s'étendent sensiblement sur toute la longueur de la section de guide

d'ondes 18.

Il est prévu un circuit 30 de commande d'une décharge, qui sert à produire une décharge entre les électrodes 14 et 16 La décharge excite le milieu à g a i N 20, ce qui produit une émission de rayonnement Dans une forme de réalisation préférée, le circuit 30 de commande de la décharge délivre un signal à haute fréquence (HF) dans le milieu à gain 20 Mais on N o t e r a que le milieu à gain 20 p e u t, sinon, être excité par un signal à courant continu On peut utiliser une forme quelconque d'excitation

selon un mode continu ou pulsé de fonctionnement.

Dans l'application du système conforme à la présente invention, le laser 17 est utilisé dans le mode résonateur Par conséquent, un miroir à réflexion totale 40 est disposé perpendiculairement à l'axe optique 24 du laser 10, à une extrémité de la section 18 du guide d'ondes, et un miroir de sortie partiellement transparent 44 est disposé perpendiculairement à l'axe optique 24 au niveau de l'extrémité opposée de la section 18 du guide d'ondes Le miroir 40 est monté sur un transducteur piézoélectrique cylindrique (PZT) 42, et un miroir 44 est monté sur un transducteur PZT cylindrique creux 46 Les transducteurs PZT 42 et 46 sont aptes à répondre aux signaux électriques qui leur sont envoyés, en modifiant respectivement les positions des miroirs 40 et 44 le long de l'axe optique 24 de manière à régler la longueur de la cavité de la section de guide

d'ondes 18.

La pratique, connue dans l'art antérieur, de l'utilisation de transducteurs PZT possédant des sensibilités différentes aux deux extrémités de l'enceinte 12 est appliquée dans la présente invention Plus particulièrement, dans cet exemple, le transducteur PZT 42 correspond au transducteur FM PZT, et le transducteur PZT 46 correspond au transducteur PZT d'accord Le transducteur PZT 46 possède une faible largeur de bande, atteignant de façon typique jusqu'à 20 k Hz, et une sensibilité relativement élevée, tandis que le transducteur PZT 42 possède une largeur de bande importante, mais une sensibilité relativement réduite A titre d'illustration, le transducteur PZT 46 réalise une déviation de l'ordre de quelques nanomètres par volt de la tension de commande qui lui est appliquée, et est sensiblement linéaire jusqu'à 20 k Hz De même, à titre d'illustration, le transducteur PZT 42 réalise une déviation de l'ordre de quelques de centaines de picomètres par volt du signal de commande qui lui est appliqué, et est sensiblement linéaire jusqu'à environ k Hz Des considérations pratiques rendent souhaitable de limiter les tensions des signaux de commande appliquées aux

transducteurs PZT 42 et 46, à environ 30 O volts.

Le faisceau optique 22 émis par le laser 10 par l'intermédiaire du miroir de sortie partiellement transparent 44 rencontre le diviseur de faisceau 80 Une faible partie du faisceau 22 est réfléchie par le diviseur de faisceau 80 en direction du détecteur 82 Le détecteur 82 produit un signal représentatif de la fréquence du faisceau laser de sortie 22 et envoie ce signal au dispositif de stabilisation 84 pour maintenir la stabilité de fréquence du laser 10 au moyen de la commande de la position du miroir de sortie partiellement transparent 44 par l'intermédiaire du transducteur PZT 46, pour régler de ce fait la fréquence de résonance du laser 10 en modifiant la longueur optique de sa cavité résonnante, comme cela est connu. Dans certaines applications, le dispositif de stabilisation 84 superpose périodiquement un signal à très faible fréquence, possédant de façon typique une fréquence de l'ordre de 1 k Hz, à un signal de positionnement à courant continu appliqué au transducteur PZT 46 par le dispositif de stabilisation 84 Ce signal à courant alternatif provoque une oscillation de faible ampleur de la position du miroir de sortie 44 du laser, commandé par le transducteur PZT 46, pour amener le laser 10 à exécuter un balayage autour du centre de la ligne sélectionnée de transition du laser (comme par exemple la ligne P-20), et à produire un signal d'erreur pour commander l'amplitude du signal de positionnement à courant continu appliqué au transducteur PZT 46 Cette procédure de balayage peut être exécutée périodiquement pendant le fonctionnement du système afin de maintenir le laser 10 au centre de la transition sélectionnée Comme dispositif de stabilisation 84, on peut utiliser une unité disponible dans le commerce) comme

le modèle 80214 de Lansing Research Company.

Dans l'illustration représentée sur la figure, le diviseur de faisceau 80 et le détecteur 82 sont représentés comme étant des dispositifs spécialisés utilisés uniquement pour la mesure de la fréquence du faisceau laser de sortie 22 afin de commander de façon correcte la position du miroir de sortie 44 Cependant, on comprendra que le diviseur de faisceau 80 et le détecteur 82 peuvent être des dispositifs contenus dans un système de production et de détection d'un faisceau, à oscillateur local, comme cela est décrit dans le brevet US n* 4 812 035, "AM-FM Laser Radar", attribué le 14

Mars 1989 à N Freeman et consorts.

Dans les enseignements fournis par l'art antérieur, un circuit formant étage d'attaque FM commande le transducteur FM PZT (qui correspond au transducteur PZT 42 de la présente invention) de manière à commander de ce fait

la position du miroir d'extrémité monté sur ce transducteur.

Le circuit formant étage d'attaque FM comprend de façon typique un générateur classique de forme d'ondes, qui est sensible à un signal délivré par un dispositif de commande du système pour appliquer un signal continu périodique de commande électrique qui peut être par exemple une forme d'onde triangulaire possédant une rampe ascendante et une rampe descendante, au transducteur FM PZT Ce transducteur PZT répond à une forme triangulaire du signal de commande en modifiant continûment la longueur optique de la cavité résonnante du laser à p a r t i r de sa longueur à l'état de repos, en fonction de l'allure de la forme d'onde triangulaire périodique appliquée au transducteur FM PZT Le laser répond au déplacement de ce transducteur PZT en modifiant la fréquence du faisceau produite de ce fait à partir de la fréquence optique, d'une valeur correspond au signal de commande appliqué au transducteur PZT Par conséquent le laser résonne à des fréquences continûment différentes et m o d u 1 e donc périodiquement la fréquence optique du faisceau produit par le laser Dans cet exemple de l'art antérieur, la fréquence du faisceau laser est modulée selon une configuration de modulation triangulaire correspondant à la configuration de la forme d'onde produite par le circuit formant étage

d'attaque FM.

Conformément aux enseignements de la présente invention, le circuit 50 de modulation de la longueur de la cavité comprend un dispositif de mémoire 52 servant à mémoriser l'information associée à la forme d'onde de modulation, et un dispositif de commande 64 servant à extraire de façon séquentielle des données à partir du dispositif de mémoire 52, un synthétiseur 54 de forme d'ondes servant à convertir l'information extraite de façon séquentielle du dispositif de mémoire 52 en un signal électrique continu, un diviseur de fréquence 56 servant à subdiviser le signal délivré par le synthétiseur 54 des formes d'ondes en ses composantes de fréquencesélevées et ses composantes de basse fréquence, des amplificateurs 58 et 60 pour accroître les niveaux des signaux appliqués aux transducteurs PZT 42 et 46, un déphaseur 62 servant à régler les phases relatives des signaux divisés en fréquences et appliqués aux deux transducteurs PZT 42 et 46, un dispositif de sommation 86 servant à combiner la partie à basse fréquence du signal synthétisé au signal d'accord de la longueur de la cavité, délivré par le dispositif de

stabilisation 84.

Conformément à la forme de réalisation préférée de la présente invention, le dispositif de mémoire 52 comprend une mémoire morte (ROM) dans laquelle sont mémorisées, à des emplacements de mémoire adressables, des représentations

numériques des amplitudes d'une forme d'onde périodique.

Plus particulièrement, la mémoire ROM 52 peut être agencée sous la forme d'une mémoire 1 K x 16 ( 1024 mots de chacun 16 bits) Avec cette configuration et dans le cas d'une forme d'onde triangulaire du type décrit pour son utilisation dans des systèmes de l'art antérieur, une seule période de la forme d'onde peut être subdivisée en 1024 segments également espacés, et les mots de mémoire peuvent posséder des amplitudes d'une précision de 16 bits de chacun de ses 1024 segments On donnera, dans des paragraphes ultérieurs, une

description plus détaillée du contenu préféré des

emplacements adressables de la mémoire ROM 52.

Dans cette forme de réalisation, le dispositif 64 de commande de la mémoire ROM comprend un circuit qui rend l'interface de liaison à la mémoire ROM 52, apte à transmettre de façon séquentielle les données depuis la mémoire ROM 52 dans le synthétiseur 54 de forme d'onde, qui, dans le présent exemple est de préférence un convertisseur numérique/analogique (D/A) Les signaux délivrés par cette interface entre le dispositif de commande 64 et la mémoire ROM 52 comprennent de façon typique des lignes d'adressage (par exemple dix lignes pour l'adressage des 1024 mots), des lignes de validation de lecture et des lignes d'échantillonnage, et un signal d'état prêt pour les données, envoyé au convertisseur numérique/analogique 54 pour indiquer que les données tirées de la mémoire ROM 52

sont prêtes à être lues.

La fonction assumée par le dispositif 64 de commande de la mémoire ROM est d'introduire séquentiellement des données de la mémoire ROM dans le convertisseur numérique/analogique 54 Dans la forme de réalisation préférée, le dispositif de commande 64 est sensible à un signal d'horloge externe (CLK) pour produire un flux, qui augmente progressivement, de signaux d'adressage de sorte que les 1024 emplacements de la mémoire ROM 52 sont adressés séquentiellement conformément à la séquence 0,1,2,,1022,1023,0,1, De cette manière, un flux continu de données numériques est envoyé de la mémoire ROM 52 au convertisseur numérique /analogique 54, ce flux étant il périodique pour chaque ensemble de 1024 apparitions du signal CLK Les détails de conception du dispositif 64 de commande de la mémoire ROM dépendent de son interface avec la mémoire ROM 52 et seront parfaitement compris par les spécialistes de cette technique. Les seize signaux de sortie de données délivrés par la mémoire ROM 52 sont appliqués à un convertisseur numérique/analogique 54 Chaque fois, ces signaux numériques comprennent une représentation binaire de l'amplitude instantanée de la forme d'onde désirée Lorsque les données sont introduites de façon cadencée dans le convertisseur numérique/analogique 54 à partir de la mémoire ROM 52 par l'intermédiaire d'un signal d'échantillonnage provenant du dispositif de commande 64, un signal analogique se rapprochant étroitement de la forme d'onde désirée est délivré par le convertisseur numérique/analogique 54 Le convertisseur 54 peut en outre assumer un rôle de filtrage pour lisser les transitions étagées du signal de sortie

fournies par la conversion numérique/analogique.

Le signal de sortie analogique délivré par le convertisseur numérique/analogique 54 est envoyé à un diviseur de fréquence 56, qui est constitué de préférence par un filtre passe-haut 70 et par un filtre passe-bas 72, dont les entrées sont accouplées entre elles Les filtres 70 et 72 divisent le signal de sortie délivré par le convertisseur 54 en des composantes à hautes fréquences et des composantes à basses fréquences, chaque filtre 70,72 possédant essentiellement la même fréquence de coupure de sorte que chaque composante de fréquence du signal d'entrée composite est transmis soit par le filtre passe-haut 70, soit par le filtre passe-bas 72, mais pas par ces deux filtres. Le signal composite, qui contient les composantes de fréquences supérieures et qui est délivré au niveau de la borne de sortie du filtre passe-haut 70, est appliqué à la borne d'entrée de l'amplificateur 58 L'amplificateur 58 est de préférence un amplificateur de puissance possédant un gain en tension de l'ordre de 300 et produisant une excursion de tension de 300 volts au niveau de sa borne de sortie. Le signal composite, qui comprend les composantes de fréquences inférieures, peut en réalité comprendre uniquement la composante de fréquence fondamentale, et est délivré sur la borne de sortie du filtre passe-bas 72, et

envoyé à la borne d'entrée de l'amplificateur 60.

L'amplificateur 60 est de préférence un amplificateur de puissance et peut être pour l'essentiel semblable à l'amplificateur 58, en dehors du fait qu'il ne requiert pas

une largeur de bande aussi élevée.

Le signal présent sur la borne de sortie de l'amplificateur 60 est envoyé à un circuit 62 permettant de régler la phase du signal qui lui est appliqué Le circuit de réglage de phase 62 permet la mise en phase du signal composite de fréquence inférieure délivré par l'amplificateur 60 et devant être décalé par rapport au signal composite délivré par l'amplificateur 58 Des réglages de phases peuvent être requis pour compenser des temps de propagation inégaux dans les branches à fréquence supérieure et à fréquence inférieure du circuit 50 de modulation de la longueur des cavités, en particulier entre le filtre passe-haut 70 et le filtre passe-bas 72, qui peuvent appliquer des déphasages différents à leurs signaux respectifs Le circuit de réglage de phase 62 comprend de façon typique une capacité variable, et son agencement sera

parfaitement compris des spécialistes de cette technique.

Les spécialistes de la technique noteront également que le circuit de réglage de phase 62 peut être situé dans des positions autres que celle représentée sur la figure C'est-à-dire que le réglage de phase peut être réalisé en un emplacement quelconque dans l'un ou l'autre des trajets situés entre le filtre passe-bas 72 et le transducteur PZT 46 et entre le filtre passe-bas 70 et le transducteur PZT 42, ou dans ces deux trajets Sinon, loque la relation de phase entre les signaux appliqués aux transducteurs PZT 42 et 46 en l'absence d'un circuit de réglage de phase 62, est uniforme et déterminable, le déphasage approprié peut être incorporé dans les données programmées dans la mémoire ROM 52, ce qui supprime la

nécessité de mettre en oeuvre un réglage externe de phase.

Le dispositif de sommation 86 combine le signal à courant continu (ou à très faible fréquence) de positionnement du miroir délivré par le dispositif de stabilisation 84, au signal de sortie délivré par le circuit de réglage de phase 62, le signal combiné délivré par le dispositif de sommation 86 étant appliqué au transducteur

PZT 46 en tant que signal de commande de ce transducteur.

On a décrit la forme de réalisation préférée dans le cas de l'exemple o le signal de modulation produit par le convertisseur numérique/analogique 54 est appliqué aux transducteurs PZT 42 et 46 possède une forme d'onde triangulaire Dans ce cas, les emplacements de la mémoire de forme d'onde ROM 52 contient les valeurs numérisées par exemple de 1024 amplitudes d'une forme d'onde triangulaire parfaite s'étendant sur une seule période Dans la situation théoriquement idéale, la forme d'onde synthétisée comprend la série de Fourrier formée d'un nombre infini de composantes de fréquences En utilisant l'analyse de Fourrier, on sait exprimer une forme d'onde triangulaire possédant une amplitude normalisée à 1,0 et périodique dans le temps selon des multiples de 21, sous la forme: f(t) = ( 8/e 2)sin t ( 8/9 fr 2)sin 3 t + ( 8/25 rff 2)sin St

( 8/49 "e 2)sin 7 t + ( 8/81 f 2)sin 9 t -

Par conséquent on peut voir que cette forme d'onde triangulaire comprend uniquement les harmoniques impairs des termes en sinus, qui possèdent les amplitudes normalisées suivantes A 1 (fondamental) = 0, 81057 A 3 ( 3 ème harmonique) = 0,09006 A 5 ( 5 ème harmonique) = 0,03242 A 7 ( 7 ème harmonique) = 0,01654 Ag ( 9 ème harmonique) = 0,01001 Al, (I 1 ème harmonique) = 0,00670 A 13 ( 13 ème harmonique) = 0,00480 A 15 ( 15 ème harmonique) = 0,00360 etc Par conséquent, dans le cas idéal, la mémoire ROM 52 est programmée avec une séquence de valeurs qui, lorsqu'elles sont synthétisées par le convertisseur analogique/numérique 54, subdivisées spectralement par un diviseur 56 et envoyées aux transducteurs PZT 42 et 46, fournit des déviations des miroirs 40 et 44 telles que les amplitudes des composantes spectrales des déviations sont

proportionnelles aux valeurs indiquées ci-dessus pour Ai.

Dans le présent exemple la présence de la forme d'onde triangulaire est égale à 20 k Hz Par conséquent, pour une fréquence fondamentale égale à 20 k Hz, le troisième harmonique est égal à 60 k Hz, le cinquième harmonique est égal à 100 k Hz, le septième harmonique est égal à 140 k Hz, le neuvième harmonique est égal à 180 k Hz, le onzième harmonique est égal à 220 k Hz, etc Cependant, comme on l'a indiqué précédemment, le transducteur PZT d'accord 46 possède une largeur de bande très limitée (inférieure à k Hz) et le transducteur FM PZT 42 est linéaire uniquement jusqu'à environ 200 k Hz C'est pourquoi dans cet exemple, la forme d'onde synthétisée doit être limitée à la fréquence fondamentale et aux troisième, cinquième, septième, et neuvième harmoniques, afin de maintenir les transducteurs PZT dans leur gamme linéaire En outre, en raison de la faible largeur de bande et de la haute sensibilité du transducteur PZT d'accord 46, seule la composante de fréquence fondamentale est envoyée au transducteur PZT 46, et un signal composite comprenant les troisième, cinquième, septième et neuvième harmoniques est envoyé au transducteur FM PZT 42 qui possède une largeur de bande supérieure et est moins sensible. Pour obtenir la séparation spectrale décrite dans le paragraphe précédent, on sélectionne les fréquences de coupure pour les filtres 70 et 72 entre la fréquence fondamentale, 20 k Hz dans le présent exemple, et le troisième harmonique 2 60 k Hz dans le présent exemple A titre d'illustration, on peut choisir les fréquences de coupure pour ces deux filtres égales à 40 k Hz, de sorte que le filtre passe-bas 72 transmet uniquement des fréquences de signaux inférieures à 40 k Hz et que le filtre passe-haut 70 transmet uniquement des fréquences de signaux

supérieures à 40 k Hz. En raison de la limitation de la réponse en fréquence du transducteur PZT

42, il faut prévoir un certain type de limitation de fréquence Une possibilité consiste

à remplacer le filtre passe-haut 70 par un filtre passe-

bande, à transmettre les fréquences supérieures à 40 k Hz et inférieures à 200 k Hz Cependant, une solution plus efficace et plus souple consiste à programmer la mémoire ROM 52 avec les valeurs instantanées segmentées, qui envoient au niveau des transducteurs PZT 42 et 46, d'une manière répartie de façon appropriées entre ces transducteurs conformément à la subdivision spectrale, des amplitudes d'une forme d'onde

sensiblement triangulaire, dans laquelle cette forme d'onde re-

présente la somme des termes d'une série de Fourier contenant uniquement la fréquence fondamentale et les troisième, cinquième, septième

et neuvième harmoniques.

A titre de variante d'une forme de réalisation comprenant uniquement les cinq premiers termes de la série infinie de Fourrier pour une autre forme d'onde triangulaire, il existe des formes d'ondes sensiblement triangulaires comprenant uniquement la fréquence fondamentale et les quatre premiers harmoniques impairs, ces formes, d'ondes fournissant une linéarité améliorée dans les régions centrales des rampes ascendantes et des rampes descendantes, tout en sacrifiant la forme sensiblement triangulaire au voisinage des parties Tr/2 et 3 11/2 de la forme d'onde On peut prendre par hypothèse une forme d'onde possédant par exemple une configuration trapézoïdale, l'exprimer mathématiquement, de façon typique selon des segments linéaires, et appliquer une analyse de Fourrier à cette expression On continue ce procédé en modifiant la forme d'onde et l'expression mathématique qui en résulte, jusqu'à l'obtention de termes d'amplitude faibles au point d'être négligeables pour les harmoniques supérieurs au neuvième harmonique Alors, on enregistre les amplitudes de la fréquence fondamentale et des troisième, cinquième,

septième et neuvième harmoniques.

En tant que seconde solution, on peut synthétiser une forme d'onde en utilisant un synthétiseur d'harmoniques, en réglant les amplitudes de la fréquence fondamentale et des troisième, cinquième, septième et neuvième harmoniques tout en observant la forme d'onde résultante sur un oscilloscope, jusqu'à l'obtention d'une forme d'onde

acceptable On enregistre alors les cinq amplitudes.

Pour le cas de ces variantes, on programme une mémoire ROM 52 de formes d'ondes avec une séquence de valeurs qui, lorsqu'elles sont synthétisées par le convertisseur analogique/numérique 54 subdivisées spectralement par le diviseur 56 pour permettre l'application de la composante de fréquence fondamentale au transducteur PZT 46 et des composantes de fréquences harmoniques au transducteur PZT 42, fournit des déviations des miroirs 40 et 44 telles que les amplitudes des composantes spectrales des déviations sont proportionnelles

aux valeurs d'amplitude enregistrées.

Bien que l'on ait présenté les principes de la présente invention en se référant d'une manière particulière à la structure représentée sur la figure, on comprendra que l'on peut apporter différentes modifications dans la mise en oeuvre pratique de l'invention La portée de l'invention n'est pas censée être limitée à la structure particulière

ici décrite.

Claims (23)

REVENDICATIONS

1 Dispositif pour moduler la longueur optique de la cavité d'un guide d ondes d'un laser à gaz ( 10), ladite cavité étant définie au niveau de ses extrémités par des éléments d'extrémité mobiles ( 40,44), caractérisé en ce qu'il comprend: des premier et second transducteurs ( 42,46) accouplés auxdits éléments d'extrémité mobiles ( 40,44) et aptes à répondre à des signaux de commande électrique pour moduler les positions des éléments d'extrémité; des moyens ( 64,52,54) pour produire un signal de modulation; et des moyens ( 56,70,72) pour subdiviser ledit signal de modulation en un premier signal contenant des composantes de fréquences supérieures à une première fréquence de coupure prédéterminée, et un second signal contenant des composantes de fréquences inférieures à une seconde fréquence de coupure prédéterminée, lesdits premier et second signaux étant envoyés respectivement auxdits premier

et second transducteurs ( 42,46).

2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits éléments d'extrémité mobiles

( 40,44) comprennent des réflecteurs optiques.

3 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits premier et second

transducteurs ( 42,46) comprennent des transducteurs piézo-

électriques (PZT).

4 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens ( 64,52,54) de

production d'un signal de modulation comprennent: -

des moyens ( 64) pour mémoriser des données associées à la forme d'onde dudit signal de modulation; des moyens ( 52) pour extraire de façon séquentielle lesdites données à partir desdits moyens de mémoire; et des moyens ( 54) pour convertir lesdites données extraites de façon séquentielle desdits moyens de mémoire,

en ledit signal de modulation.

Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de mémoire ( 64) comprennent une mémoire morte (ROM), dans laquelle sont mémorisées, à des emplacements adressables, des données comprenant plusieurs représentations numériques

d'amplitudes instantanées dudit signal de modulation.

6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens ( 52) de commande séquentielle comprennent un dispositif de commande pour réaliser l'adressage séquentiel desdits emplacements

adressables desdits moyens de mémoire ( 64).

7 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de conversion ( 54) comprennent un convertisseur numérique/analogique (D/A) répondant auxdites données ROM pour produire un signal

analogique sensiblement continu.

8 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de séparation ( 56) comprennent un filtre passe-haut ( 70) et un filtre passe-bas ( 72), ces filtres recevant au niveau de leurs accès

d'entrée, ledit signal de modulation.

9 Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit filtre passe-haut ( 70) transmet uniquement des composantes de fréquences dudit signal de modulation supérieures à ladite première fréquence de coupure prédéterminée, et que ledit filtre passe-bas ( 72) transmet uniquement des composantes de fréquences dudit signal de modulation inférieures à ladites seconde fréquence de coupure prédéterminée, lesdites première et seconde fréquences de coupure prédéterminées étant sensiblement égales. selon la revendication 8, Dispositif caractérisé en ce qu'il comprend en outre un premier amplificateur ( 58) branché entre ledit filtre passe-haut ( 70) et ledit premier transducteur ( 42), et un second amplificateur ( 60) branché entre ledit filtre passe-bas ( 72) et ledit second transducteur ( 46).

11 Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit filtre passe-bas ( 72) transmet une fréquence fondamentale dudit signal de modulation et ledit filtre passe-haut ( 70) transmet des harmoniques de

ladite fréquence fondamentale dudit signal de modulation.

12 Dispositif selon la revendication 10, dans lequel ledit premier transducteur ( 58) possède une largeur

de bande supérieure à celle dudit second transducteur ( 60).

13 Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit second transducteur ( 60) est plus sensible à un signal de commande appliqué pour la modulation de la position de son élément d'extrémité correspondant ( 46), que ne l'est ledit premier transducteur

( 42).

14 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens ( 62) branchés entre lesdits moyens de séparation ( 56) et l'un ( 46) desdits premier et second transducteurs ( 42,46) pour régler les phases relatives desdits premier et second

signaux.

Laser à guide d'ondes caractérisé en ce qu'il comprend: une enceinte ( 12) fermée de façon étanche et comprenant une cavité de guide d'ondes; des première et seconde électrodes ( 14,16) adjacentes à ladite cavité de guide d'ondes; des moyens ( 30) accouplés auxdites première et seconde électrodes pour produire une décharge électrique dans ladite cavité de guide d'ondes; un milieu ( 20) à gain situé dans ladite enceinte ( 12) pour émettre un rayonnement cohérent en réponse à ladite décharge électrique entre lesdites électrodes ( 14,16); des premier et second réflecteurs optiques ( 40,44) disposés aux extrémités respectives de ladite cavité de guide d'ondes, lesdits réflecteurs étant mobiles de manière à moduler la longueur optique de ladite cavité; des premier et second transducteurs ( 42,46) accouplés respectivement auxdits premier et second réflecteurs ( 40,44) et étant aptes à répondre à des signaux électriques de commande pour la modulation des positions desdits réflecteurs; des moyens ( 64,52,54) pour produire un signal de modulation; et des moyens ( 56,70,72) pour subdiviser ledit signal de modulation en un premier signal contenant des composantes de fréquences supérieures à une première fréquence de coupure prédéterminée et un second signal comprenant des composantes de fréquences inférieures à une second fréquence de coupure prédéterminée, lesdits premier et second signaux étant appliqués respectivement auxdits premier et second transducteurs. 16 Laser selon la revendication 15, caractérisé en ce que lesdits premier et second transducteurs ( 42,46)

comprennent des transducteurs piézoélectriques.

17 Laser selon la revendication 15, caractérisé en ce que lesdits moyens ( 64,52,54) servant à produire un signal de modulation comprennent: des moyens ( 64) pour mémoriser des données relatives à la forme d'onde dudit signal de modulation; des moyens ( 52) pour extraire de façon séquentielle lesdites données à partir desdits moyens de mémoire; et des moyens ( 54) pour convertir lesdites données extraites de façon séquentielle desdits moyens de mémoire en

ledit signal de modulation.

18 Laser selon la revendication 17, caractérisé

en ce que -

lesdits moyens de mémoire ( 64) comprennent une mémoire morte (ROM), dans laquelle sont mémorisées, à des emplacements adressables, des données comprenant plusieurs représentations numériques d'amplitudes

instantanées dudit signal de modulation.

19 Laser selon la revendication 18, caractérisé en ce lesdits moyens ( 52) de commande séquentielle comprennent un dispositif de commande pour réaliser l'adressage séquentiel desdits emplacements adressables

desdits moyens de mémoire ( 64).

Laser selon la revendication 18, caractérisé en ce que lesdits moyens de conversion ( 54) comprennent un convertisseur numérique/analogique (O/A) répondant auxdites données de la mémoire ROM pour produire un signal analogique

sensiblement continu.

21 Laser selon la revendication 15, caractérisé en ce que lesdits moyens de séparation ( 56) comprennent un filtre passe-haut ( 70) et un filtre passe-bas ( 72), ces filtres recevant, au niveau de leurs accès d'entrée, ledit

signal de modulation.

22 Laser selon la revendication 21, caractérisé en ce que ledit filtre passe-haut ( 70) transmet uniquement des composantes de fréquences dudit signal de modulation supérieures à ladite première fréquence de coupure prédéterminée, et que ledit filtre passe-bas ( 72) transmet uniquement des composantes de fréquences dudit signal de modulation inférieures à ladites seconde fréquence de coupure prédéterminée, lesdites première et seconde fréquences de coupure prédéterminées étant sensiblement égales. 23 Laser selon la revendication 21, caractérisé en ce que qu'il comprend en outre un premier amplificateur ( 58) branché entre ledit filtre passe-haut ( 70) et ledit premier transducteur ( 42), et un second amplificateur ( 60) branché entre ledit filtre passe-bas ( 72) et ledit second

transducteur ( 46).

24 Laser selon la revendication 22, caractérisé en ce que ledit filtre passe-bas ( 72) transmet une fréquence fondamentale dudit signal de modulation et ledit filtre passe-haut ( 70) transmet des harmoniques de ladite fréquence

fondamentale dudit signal de modulation.

25 Laser selon la revendication 23, caractérisé en ce que ledit premier transducteur ( 42) possède une largeur de bande supérieure à celle dudit second

transducteur ( 46).

26 Laser selon la revendication 23, caractérisé en ce que ledit second transducteur ( 46) est plus sensible à un signal de commande appliqué pour la modulation de la position de son élément d'extrémité correspondant, que ne

l'est ledit premier transducteur ( 42).

27 Laser selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens branchés entre lesdits moyens de séparation ( 52) et l'un desdits ( 58) premier et second transducteurs ( 58,60) pour régler les

phases relatives desdits premier et second signaux.

28 Laser selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens ( 82,84) répondant à la fréquence dudit rayonnement cohérent et raccordés audit second transducteur ( 46) pour produire un signal d'accord

servant à accorder la longueur optique de ladite cavité.

29 Laser selon la revendication 28, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens ( 86) pour combiner

ledit signal d'accord et ledit second signal.

Procédé pour moduler la longueur optique de la cavité de guide d'onde d'un laser à gaz, qui est définie, à ses extrémités par des éléments d'extrémité mobiles ( 40,44), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: (a) prévoir des premier et second transducteurs ( 42,46) accouplés auxdits éléments d'extrémité mobiles ( 40,44) et aptes à répondre à des signaux de commande électriques pour moduler les positions desdits éléments d'extrémité; (b) produire un signal de modulation; (c) subdiviser ledit signal de modulation en un premier signal contenant des composantes de fréquences supérieures à une première fréquence de coupure prédéterminée, et un second signal comprenant des composantes de fréquences inférieures à une second fréquence de coupure prédéterminée; et (d) appliquer lesdits premier et second signaux respectivement auxdits premier et second transducteurs

( 42; 46).