FR2672739A1 - Laser, gyroscope a laser en anneau et procede pour supprimer les modes desaxes de propagation d'ondes lumineuses dans une cavite. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif et un procédé pour supprimer les modes désaxés de propagation d'ondes lumineuses dans une cavité. Le dispositif comprend un diaphragme (28) de phase monté sur un miroir (16) d'une cavité résonnante et présentant une région centrale (50) d'une épaisseur et une région périphérique (52) d'une épaisseur différente afin de supprimer les modes résonnants désaxés caractéristiques de cette cavité résonnante. La région centrale est conçue pour intercepter une grande partie de l'énergie du mode fondamental et une partie plus faible de l'énergie des modes désaxés. La différence d'épaisseur entre les régions entraîne une différence de phase d'environ une demilongueur d'onde et une interférence destructrice entre les lumières réfléchies par les deux régions. Domaine d'application: gyroscopes à laser en anneau, etc.

Description

L'invention concerne des lasers et des gyroscopes à laser, ainsi que les

techniques pour supprimer des modes résonnants désaxés qui peuvent interférer avec le

fonctionnement approprié de tels dispositifs.

Des ondes lumineuses parcourant un trajet optique fermé sur une plate-forme rotative subissent un décalage apparent de fréquence qui est proportionnel à la vitesse angulaire de la plate-forme Le signe du décalage de fréquence est déterminé par le sens de la rotation de la plate-forme par rapport au sens de propagation Les décalages de fréquence d'ondes lumineuses se déplaçant dans des sens opposés le long du même trajet fermé sont donc de la même amplitude et de signe opposé, ce qui a pour résultat que la différence de fréquence des ondes se propageant en sens contraire donne une mesure de la vitesse angulaire de la plate-forme Ce phénomène constitue le

fondement pour un gyroscope à laser en anneau, un dis-

positif destiné à déterminer la vitesse de rotation d'une plate-forme à partir de la différence de fréquence d'ondes lumineuses se propageant dans des sens opposés le long d'un

traj et optique fermé.

Des ondes lumineuses se propageant en sens contraire pour un gyroscope à laser en anneau sont établies dans une cavité résonnante qui comprend un certain nombre de miroirs disposés de façon à amener les ondes lumineuses à parcourir des trajets fermés le long de la cavité Une telle cavité résonnante supporte généralement un grand nombre de modes résonnants de propagation, chaque mode résonnant étant caractérisé par une fréquence particulière et une distribution particulière de l'énergie dans des plans transversaux au trajet de propagation Le mode résonnant fondamental possède une concentration d' énergie

dans la région centrale proche de l'axe du plan transver-

sal, tandis que d'autres modes résonnants d'ordre plus élevé ont des concentrations d'énergie qui s'étendent dans des régions périphériques ou désaxées Ces modes désaxés ont des fréquences légèrement différentes de celles du mode fondamental et leur présence dégrade la précision des mesures du gyroscope à laser en anneau C'est la raison pour laquelle on souhaite disposer de certains moyens de supprimer ces modes désaxés afin de laisser uniquement le

mode fondamental pour capter la rotation d'une plate-forme.

Les moyens destinés à supprimer des modes désaxés résident dans la distribution d'énergie en mode résonnant dans les plans transversaux au trajet de propagation L'énergie ou la puissance associée au mode fondamental souhaité est davantage concentrée dans la région centrale du plan transversal que ne l'est l'énergie associée aux modes désaxés et indésirés L'utilisation d'un certain type d'ouverture ou de diaphragme peut donc arrêter la propagation d'ondes lumineuses dans les régions périphériques du plan transversal, supprimant ainsi les

modes désaxés sans perturber le mode fondamental.

Les approches les plus anciennes de la suppression des modes désaxés ont utilisé avantageusement cette idée en incorporant une petite ouverture dans le bloc du gyroscope durant le processus d'usinage ou en utilisant des dimensions de parois de la cavité convenablement choisies et des imperfections des parois pour obtenir l'effet d'ouverture spatiale demandé pour supprimer les modes indésirés Ces approches ont deux inconvénients majeurs: ( 1) les ouvertures résultantes ne sont pas réglables, empêchant ainsi un réglage fin du gyroscope une fois que la cavité a été assemblée; et ( 2) une diffusion des ondes lumineuses interceptées se produit, entraînant une augmentation de la largeur des bandes de verrouillage de blocage, une augmentation de la dérive aléatoire, une augmentation du bruit quantique et une variation de la polarisation du gyroscope Ces effets dégradent tous sensiblement les performances d'un gyroscope à laser en anneau. Deux approches plus récentes de la suppression de mode, qui semblent éliminer certains inconvénients des configurations mentionnées ci-dessus, sont décrites dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N' 4 625 732 et No 4 519 708 Ces brevets décrivent des modifications qui ont été apportées aux miroirs diélectriques à haute réflectivité habituellement utilisés dans des gyroscopes à laser en anneau pour réduire la réflectivité effective des

miroirs pour les modes désaxés.

La modification décrite dans le brevet N O 4 627 732 précité est réalisée par exposition des

régions périphériques d'un miroir à un faisceau d'élec-

trons et modification ainsi de l'indice de réfraction des couches de réfraction à indices alternativement hauts et bas qui constituent un miroir diélectrique Par suite du traitement par un faisceau d'électrons, une interférence a lieu entre la lumière revenant par réflexion des régions traitées et celle revenant par réflexion des régions non traitées du miroir, et la réflectivité efficace du miroir

pour les modes désaxés est réduite.

La modification décrite dans le brevet N O 4 519 708 précité est réalisée par dépôt d'une matière absorbante sur une zone désaxée spécifique du miroir diélectrique L'épaisseur de la matière déposée augmente en fonction de la distance par rapport à l'axe du miroir pour minimiser les effets de la diffusion Une suppression de mode d'ordre plus élevé est réalisée par l'absorption d'une énergie suffisante des ondes réfléchies par la zone revêtue pour les empêcher de produire un effet laser Comme précédemment, la réflectivité efficace du miroir pour les

modes désaxés, d'ordre plus élevé, est réduite.

Ni la modification par un faisceau d'électrons ni l'approche par dépôt d'une matière absorbante ne donnent entièrement satisfaction La modification par un faisceau d'électrons est compliquée et longue à exécuter L'approche

à couche absorbante s'accompagne d'une diffusion in-

désirable d'une certaine quantité de l'énergie lumineuse incidente. L'approche par couche absorbante est également compliquée à exécuter, car l'épaisseur de la matière absorbante doit être modifiée linéairement ou de façon quadratique en fonction de la distance à partir de l'axe afin de minimiser l'effet de la diffusion Autrement dit,

on a donc besoin d'un procédé et d'un appareil perfection-

nés pour supprimer les modes désaxés d'ordre plus élevé dans des gyroscopes à laser en anneau, lesquels procédés et

appareils surmontent les difficultés précitées.

L'invention concerne un dispositif diélectrique à couches minces, non absorbant, à diaphragme de phase qui, lorsqu'il est inséré dans le trajet de propagation d'un gyroscope à laser en anneau, sert à supprimer les modes résonnants désaxés de propagation Le dispositif est utilisé le plus efficacement en combinaison avec un certain nombre d'autres composants optiques dans un gyroscope à

laser en anneau, par exemple l'un de ses miroirs L'inven-

tion a pour objectif d'atteindre les avantages importants suivants par rapport aux conceptions antérieures: ( 1) elle supprime les modes désaxés sans diffusion de la lumière interceptée, ce qui améliore notablement les performances du gyroscope; ( 2) elle peut être ajustée physiquement en position après l'assemblage du gyroscope; et ( 3) elle supprime la nécessité de l'ouverture du bloc, qui est la partie du bloc du gyroscope à laser en anneau ayant les

tolérances dimensionnelles les plus étroites.

Les caractéristiques de suppression de mode du dispositif de suppression de mode désaxé selon l'invention sont obtenues par l'utilisation d'une couche ou d'un film d'interférence ayant une épaisseur, dans la région centrale située sur l'axe, qui diffère de l'épaisseur présentée dans la région périphérique s'étendant à l'extérieur La différence d'épaisseur amène des ondes lumineuses, qui sortent de la région centrale, à avoir des phases qui diffèrent d'environ une demi-longueur d'onde de celles sortant de la région périphérique L'interférence destruc- trice qui se produit dans les ondes d'origine centrale et les ondes d'origine périphérique est plus importante pour les modes désaxés que pour le mode fondamental et, par conséquent, un effet laser dans le mode fondamental se produit, et l'effet laser dans les modes désaxés est supprimé. Le dispositif de suppression à diaphragme de phase selon la présente invention peut être utilisé soit en tant que partie d'un composant optique transparent o la lumière passe dans le diaphragme de phase et continue, soit en tant que partie d'un miroir o la lumière passe dans l'ouverture de phase, est réfléchie par le miroir, puis passe de nouveau dans le diaphragme de phase, mais en sens inverse. La forme circonférentielle du diaphragme de phase peut être ajustée pour concorder avec la forme du

composant optique dont elle devient une partie constitu-

tive La forme de la surface devrait évidemment épouser

celle de la surface du composant auquel elle est accouplée.

Un élément fondamental dans la conception d'un dispositif de suppression à diaphragme de phase selon l'invention est la détermination de la position de la lumière entre les régions centrale et périphérique du diaphragme de phase Cette détermination résulte d'une considération des distributions d'énergie dans les modes

résonnants pour la cavité résonnante dans un plan transver-

sal au trajet de propagation et au point o le diaphragme de phase doit être placé La région centrale est établie par le développement d'un contour qui renferme une fraction

importante de l'énergie dans le mode fondamental Conformé-

ment à l'invention, cette fraction est avantageusement choisie de manière à tomber dans la plage allant de 0,9990 à 0,9999 Les modes désaxés ont une quantité d'énergie notablement faible, concentrée dans la région centrale et une partie notablement plus grande dans la région périphé-

rique et, par conséquent, des ondes lumineuses se propa-

geant dans les modes désaxés subissent une interférence destructrice plus grande que celles se propageant dans le mode fondamental Si les pertes de mode désaxé pour le dispositif choisi sont assez élevées, comparées à la perte du mode fondamental, le gain du milieu à effet laser peut être établi à un niveau tel que l'existence du mode fondamental est possible et que tous les modes désaxés sont supprimés. La suppression des modes désaxés peut être réalisée de façon satisfaisante sur une plage considérable de régions centrales possibles Le choix particulier peut être réalisé sur la base d'autres considérations Un exemple de ces autres considérations sera donné dans la

description de la forme préférée de réalisation.

L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est une vue en plan d'un gyroscope à laser en anneau à trois miroirs selon l'invention; la figure 2 est une vue en plan d'un diaphragme de phase selon l'invention, en association à un miroir diélectrique sphérique, suivant la ligne 2-2 de la figure 1;

la figure 3 est une vue en coupe d'un dia-

phragme de phase selon l'invention en association avec un miroir diélectrique sphérique, suivant la ligne 3-3 de la figure 2; la figure 4 est une vue en plan d'un diaphragme de phase selon l'invention en association avec un miroir diélectrique plan, suivant la ligne 4-4 de la figure 1; et

la figure 5 est une vue en coupe d'un dia-

phragme de phase selon l'invention en association avec un miroir diélectrique plan suivant la ligne 5-5 de la figure 4. La figure 1 montre un bloc 10 de gyroscope à laser en anneau conçu pour supporter des ondes lumineuses laser se propageant en sens contraire, parcourant un trajet triangulaire prédéterminé de propagation Bien que

l'invention soit décrite en association avec une configura-

tion de gyroscope à laser en anneau de forme triangulaire, il convient de noter que l'invention peut être -incorporée dans d'autres configurations d'anneau telles que des

configurations rectangulaires ou pentagonales, par exemple.

Des miroirs plans 12 et 14 sont fixés au bloc 10 du gyroscope, à deux des sommets du triangle Un miroir sphérique 16 est fixé au bloc 10 du gyroscope au troisième sommet Les trois miroirs 12, 14 et 16 servent à retenir la propagation des ondes lumineuses à l'intérieur du bloc 10 du gyroscope dans le trajet triangulaire précité, et ils

définissent une cavité résonnante dans le bloc du gyros-

cope. Le trajet triangulaire de propagation est centré plus ou moins dans la cavité résonnante 20 qui

contient un mélange gazeux à effet laser composé habituel-

lement d'hélium et de néon Une décharge est entretenue dans une partie de la cavité 20 par des anodes 22 et 24 et une cathode 26, produisant ainsi un milieu à gain pour générer et entretenir des ondes lumineuses se propageant en

sens contraire à l'intérieur de la cavité.

Un diaphragme de phase 28 est fixé au miroir sphérique 16 avec lequel elle est en contact intime et dont elle épouse la forme, et elle agit de façon à supprimer les

modes résonnants désaxés de propagation.

Bien que la suppression des modes résonnants désaxés puisse également être réalisée par fixation du diaphragme de phase à l'un ou l'autre des deux miroirs plans 12 et 14, le montage du diaphragme de phase sur le miroir périphérique 16 aboutit à des processus d'alignement plus simples Les diaphragmes de phase peuvent être montés, si cela est souhaité, sur tous les miroirs se

trouvant dans le gyroscope.

Dans la forme préférée de réalisation, les miroirs 12, 14 et 16 sont des miroirs diélectriques constitués de couche diélectrique de réfraction à indices alternativement élevés et bas Le miroir sphérique 16 est représenté plus en détail sur les figures 2 et 3, avec le

diaphragme de phase 28.

Un substrat 40 de miroir illustré sur la figure 3 comprend une matière à faible indice de réfraction telle que la silice fondue ayant un évidement sphérique Une première couche de miroir sphérique 42 et des couches de miroir sphérique suivantes de numéros impairs, faisant partie du miroir diélectrique, sont en une matière à indice de réfraction élevé, telle que du dioxyde de titane (Ti O 2), par exemple, qui a un indice de réfraction d'environ 2,35 à une longueur d'onde de 1, 15 gm Une deuxième couche 44 et des couches suivantes, de numéros pairs, sont en une matière à faible indice de réfraction, telle que du dioxyde de silicium (Si O 2), par exemple, qui a un indice de

réfraction d'environ 1,46 à une longueur d'onde de 1,15 pm.

Pour une réflectivité maximale pour un nombre donné de couches, un nombre impair de couches est préféré afin que l'empilage de couches dans le cas présent se termine avec une couche 46 en matière du type Ti O 2, à

indice de réfraction élevé.

Le diaphragme 28 de phase est fabriqué dans la même matière à faible indice de réfraction que celle

utilisée pour les couches paires du miroir diélectrique.

L'association diaphragme de phase-miroir est montrée sur la figure 2 Elle comprend une région centrale 50 ayant une première épaisseur et une région périphérique 52 ayant une épaisseur différente, la différence entre les épaisseurs des deux régions étant telle que des ondes lumineuses revenant par réflexion dans la région centrale ont une phase différente de celles revenant par réflexion de la région périphérique, la différence étant également d'une demi-longueur d'onde, mais pouvant être sensiblement inférieure La limite inférieure de cette différence de phase pour la suppression des modes désaxés par le diaphragme de phase semble être au voisinage d'un seizième de longueur d'onde La différence d'épaisseur entre les

deux régions peut être aisément calculée à l'aide d'équa-

tions de Fresnel, en connaissant l'indice de réfraction de la matière du diaphragme de phase, la polarisation des

ondes lumineuses et l'angle d'incidence.

La limite de la région centrale est choisie de façon qu'une grande fraction (habituellement 0,9998) de l'énergie du mode fondamental soit incidente sur la région centrale 50 Par conséquent, l'interférence destructrice qui se produit dans des ondes lumineuses revenant par réflexion de la région centrale 50 et celles revenant par réflexion de la région périphérique 52 aboutit à une réflectivité efficace du miroir pour le mode fondamental qui n'est que légèrement inférieure à la réflectivité du

miroir en l'absence du diaphragme de phase Les reflec-

tivités efficaces pour les modes désaxés sont quelque peu plus faibles, car les énergies des modes désaxés sont moins concentrées dans la région centrale 50 que ne l'est l'énergie du mode fondamental En conséquence, dans la forme préférée de réalisation du gyroscope à laser en anneau décrit ici, le diaphragme de phase provoque environ huit fois la perte optique pour le premier mode désaxé et des pertes encore plus élevées pour les modes d'ordre plus

élevé, en comparaison avec le mode fondamental.

Si la limite de la région centrale 50 est convenablement choisie, la perte optique subie par le mode fondamental est insuffisante pour empêcher le mode fondamental de produire un effet laser Cependant, la perte optique plus importante pour les modes désaxés est suffisante pour empêcher ces modes désaxés de produire un effet laser Le diaphragme de phase, par ses effets quantitativement différents sur la réflectivité efficace du miroir pour les modes résonnants fondamental et désaxés

réalise donc la suppression des modes désaxés.

La limite précise entre les régions centrale et périphérique doit être déterminée par chaque application en fonction des principes suivants La région centrale est suffisamment grande pour que la déviation propre au

faisceau optique, qui résulte de variations de la tempéra-

ture ambiante, ne module pas excessivement la réflectivité efficace du miroir pour le mode fondamental et ainsi n'augmente pas inutilement les erreurs de mesure du système optique Par contre, la région centrale ne peut pas être assez grande pour empêcher une discrimination efficace entre le mode fondamental et les modes désaxés par un changement de la réflectivité efficace du miroir De façon idéale, la limite de la région centrale devrait être réduite au point o des erreurs de mesure du système optique commencent à augmenter sensiblement Dans la forme préférée de réalisation, ce point correspond à la situation dans laquelle seules quelques centaines de millionièmes de l'énergie du mode fondamental sont réfléchies par la région

périphérique du diaphragme de phase.

Peu importe que la région centrale soit plus

épaisse ou plus mince que la région périphérique L'épais-

seur absolue de la région plus mince est également peu importante dans la mesure o la suppression des modes désaxés est concernée Pour certaines applications, il peut il être souhaitable que l'épaisseur de la région centrale ou de la région périphérique soit égale à zéro Lorsque le

diaphragme de phase fait exécuter une fonction supplémen-

taire non liée à la suppression des modes désaxés, il peut être souhaitable que l'épaisseur minimale du diaphragme de

phase soit égale ou supérieure à une certaine valeur.

Par exemple, le diaphragme de phase pourrait être conçu de façon à avoir une certaine épaisseur minimale qui servirait à protéger la couche supérieure du miroir diélectrique auquel il est relié des effets nuisibles de la lumière ultraviolette produite par la décharge gazeuse hélium-néon La pratique actuelle consiste à placer une couche d'une épaisseur d'une demi-longueur d'onde de matière à faible indice de réfraction sur le miroir diélectrique pour minimiser la formation de centres de couleur dans la couche exposée, à indice de réfraction élevé, du miroir, par suite du rayonnement ultraviolet émis par la décharge gazeuse hélium-néon excitée La couche demi-onde supplémentaire ne modifie pas la réflectivité du miroir, mais absorbe le rayonnement ultraviolet sans affecter l'absorption du miroir à la fréquence laser Si le diaphragme de phase possède une épaisseur minimale suffisante pour absorber les rayons ultraviolets, il peut également exécuter cette fonction de protection et la

couche demi-onde supplémentaire devient inutile.

La limite entre les régions centrale et périphérique peut être configurée de manière à atteindre d'autres objectifs en plus de l'objectif principal de la suppression des modes désaxés Dans la forme de réalisation illustrée sur les figures 2 et 3, on choisit une forme qui, en pratique, simplifie l'alignement du gyroscope à laser en anneau. Conformément à la présente invention, au moins deux exigences d'alignement sont prévues: ( 1) le faisceau lumineux est maintenu dans un trajet plan; et ( 2) le diaphragme de phase est aligné avec le faisceau Ces deux exigences peuvent être satisfaites aisément et efficacement par des réglages appropriés du miroir périphérique des

figures 2 et 3.

Une inclinaison hors du plan, de l'un ou l'autre des miroirs 12 et 14 de la figure 1, par suite de tolérances de fabrication provoque des déplacements du faisceau hors du plan Un réglage du miroir sphérique 16 dans la direction normale au plan du trajet de propagation compense de telles inclinaisons Le diaphragme de phase 28 peut être aligné avec le faisceau par des réglages du miroir sphérique 16 dans la direction correspondant à l'intersection du plan du trajet de propagation et du

substrat du miroir.

L'avantage des limites spécifiques entre la région centrale 50 et la région périphérique 52 montrées sur la figure 2 est encore illustré par le fait qu'un mouvement du miroir sphérique 16 transversal au plan de propagation à des fins d'alignement du faisceau a un effet minimal sur la suppression des modes désaxés, car les

limites entre la région centrale 50 et la région périphéri-

que 52 sont également transversales au plan de propagation.

L'association du diaphragme de phase avec le miroir sphérique présente l'avantage très notable de permettre au processus d'alignement d'être exécuté par le réglage de la position d'un seul composant Cependant, il peut exister des situations dans lesquelles il est souhaitable d'effectuer cet alignement du diaphragme de phase séparément de l'alignement du faisceau Pour parvenir à cette séparation des fonctions, le diaphragme de phase 28 ' montré en contour en traits tiretés, fixé au miroir plan 14 sur la figure 1, devrait être substitué au diaphragme de phase 28 représenté comme étant fixé au miroir sphérique 16 Les détails de l'association du diaphragme de phase et du miroir plan sont montrés sur les figures 4 et 5 La vue en coupe identifiée sur la figure 4

est montrée sur la figure 5.

Le miroir plan 14 est constitué d'un substrat en matière à faible indice de réfraction et d'une première couche plane 62 de miroir, d'une deuxième couche plane 64 de miroir et de couches suivantes allant jusqu'à, et y compris, une dernière couche plane 66 de miroir, en matières ayant des indices de réfraction alternativement haut et bas, comme décrit précédemment pour le miroir sphérique des figures 2 et 3 Ainsi qu'on l'appréciera, la surface du substrat 60 que les couches suivantes épousent

est une surface plane dans cette forme de réalisation.

Le diaphragme de phase 28 ' est une couche plane de matière à faible indice de réfraction, en contact intime avec la couche plane finale 66 du miroir La vue en plan de l'association diaphragme de phase-miroir selon cette forme de réalisation est montrée sur la figure 4 Une région centrale 70 est conçue pour intercepter une fraction très importante de l'énergie incidente en mode fondamental, conformément aux principes indiqués précédemment Etant donné qu'il suffit au miroir plan d'être réglé uniquement dans la direction correspondant à l'intersection du plan du miroir et du plan du trajet de propagation pour aligner le diaphragme de phase avec le faisceau, une forme circulaire est choisie pour la région centrale 70 et une forme annulaire s'étendant autour d'elle est choisie pour la

région périphérique 72.

Le diaphragme de phase peut être réalisé sous

la forme d'une couche mince ayant deux épaisseurs dis-

tinctes et conçue pour faire partie d'un certain autre élément optique nécessaire Sa fabrication peut être le mieux réalisée par l'utilisation des mêmes techniques et technologies que celles utilisées dans la fabrication de miroirs diélectriques et d'autres dispositifs à couches

minces par évaporation par faisceau d'électrons, pulvérisa-

tion ou d'autres techniques équivalentes.

Lorsque le diaphragme de phase doit faire partie d'un miroir diélectrique, la fabrication du diaphragme de phase peut faire partie du processus global de fabrication du miroir Par exemple, après que les couches constituant le miroir ont été déposées, une couche de diaphragme de phase d'une épaisseur spécifiée peut être appliquée conformément au même processus Avec une telle approche, un masque de la région centrale du diaphragme de phase est superposé sur la couche du diaphragme de phase et un dépôt supplémentaire est réalisé jusqu'à ce que la différence d'épaisseur entre la région centrale et la

région périphérique atteigne la valeur souhaitée.

Une autre approche consisterait à masquer la région centrale comme cela vient d'être décrit, puis à enlever de la matière de la région périphérique au moyen d'un faisceau ionique jusqu'à ce que la différence d'épaisseur souhaitée soit atteinte Dans certaines situations, il peut être plus commode de masquer la région périphérique que la région centrale Une autre possibilité, encore, de fabrication consiste à appliquer la couche de diaphragme de phase comme décrit ci-dessus, puis à utiliser des techniques de masquage par réserve photosensible et des

processus chimiques pour enlever la matière excédentaire.

Bien que le diaphragme de phase 28 soit fixé à

un miroir sphérique 16 dans la forme préférée de réalisa-

tion montrée sur les figures 1, 2 et 3, il pourrait réaliser aussi bien la fonction de suppression de mode désaxé s'il était fixé sur l'un ou l'autre des deux miroirs plans 12 et 14 Le diaphragme de phase peut également être monté sur des dispositifs optiques transmissifs tels que des rotateurs de Faraday qui sont utilisés dans certaines

configurations de gyroscope à laser en anneau.

Comme l'homme de l'art l'appréciera, l'utilité d'un diaphragme de phase du type décrit ici n'est pas limitée à des gyroscopes à laser en anneau à configurations à trois miroirs Il peut également être mis en oeuvre de façon utile dans des gyroscopes à laser en anneau basés sur des configurations de plus de trois miroirs En fait, l'utilité du diaphragme de phase décrit ici n'est pas limitée aux gyroscopes à laser en anneau Il peut également être utilisé pour supprimer des modes résonnants indésirés dans tout système laser ou autre système optique o la propagation d'ondes lumineuses est limitée à des modes

résonnants distincts.

L'association du diaphragme de phase avec un

certain autre dispositif optique nécessairement réfléchis-

sant transmissif est habituellement avantageuse à la fois économiquementet techniquement Cependant, le diaphragme de phase peut également être conçu en tant qu'élément optique séparé et placé en un point approprié pour le trajet de propagation du gyroscope à laser en anneau ou

autre système optique.

De nombreuses options sont possibles en ce qui concerne la matière du diaphragme de phase Le choix d'une matière dépend logiquement de la nature du composant

optique auquel le diaphragme de phase doit être fixé.

L'objectif doit être de choisir une matière qui convient le mieux à l'intégration du composant optique et du diaphragme de phase sans occasionner d'inconvénients quelconques dans les performances de l'un et de l'autre Dans la plupart des

cas, cet objectif peut être atteint.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au laser et gyroscope décrits et

représentés sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (15)

REVENDICATIONS

1 Laser comportant des miroirs ( 12, 14, 16) destiné à définir une cavité optique résonnante ( 20) pour la propagation d'un faisceau lumineux laser excité dans des modes particuliers d'oscillation sur l'axe et désaxés, et

pour le guidage dudit faisceau suivant un trajet par-

ticulier dans ladite cavité, le laser, qui comporte des moyens de suppression de mode désaxé du faisceau, étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens destinés à former un diaphragme de phase ( 28) comprenant un film d'interférence ayant une région centrale ( 50) et au moins

une région périphérique ( 52) qui en est séparée spatiale-

ment, lesdites régions étant contiguës suivant une limite commune, la région centrale ayant une première épaisseur et la région périphérique ayant une seconde épaisseur différente de la première épaisseur, la propagation d'ondes lumineuses du faisceau à travers la région centrale modifiant la phase desdites ondes d'une première valeur et

la propagation desdites ondes à travers la région périphé-

rique modifiant la phase desdites ondes d'une seconde valeur différente de la première valeur, lesdites ondes qui se propagent à travers la région centrale interférant avec lesdites ondes qui se propagent à travers la région périphérique et les supprimant, le laser comportant en outre des moyens destinés au montage du diaphragme de phase sur le trajet du faisceau en un emplacement o les modes sur l'axe et désaxés sont présents et séparés de façon que les modes sur axe du faisceau se propagent à travers la région centrale du diaphragme de phase et les modes désaxés se propagent à travers la région périphérique du diaphragme

de phase.

2 Laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que la différence d'épaisseur entre lesdites régions du diaphragme de phase est suffisamment grande pour que la différence de phase entre des ondes lumineuses du faisceau se propageant à travers la région centrale et des ondes lumineuses du faisceau se propageant à travers la région périphérique soit comprise entre un seizième et quinze seizièmes de longueur d'onde, et soit idéalement égale à une demi-longueur d'onde du faisceau. 3 Laser selon la revendication 2, caractérisé en ce que la région centrale est suffisamment grande pour qu'elle intercepte une plus grande fraction de l'énergie d'un mode résonnant fondamental incident sur le diaphragme de phase que celle de modes résonnants désaxés de même incidence.

4 Laser selon la revendication 3, caractérisé en ce que la région centrale est suffisamment grande pour que les déviations du faisceau lumineux, résultant de variations de la température ambiante, ne modulent pas excessivement la réflectivité d'un miroir pour le mode résonnant fondamental, au point de nuire aux performances du laser, la région centrale n'étant pas assez grande pour affecter les propriétés de suppression des modes désaxés du

diaphragme de phase.

Laser selon la revendication 4, caractérisé en ce que la région centrale est suffisamment grande pour qu'elle intercepte une fraction d'au moins 0,9990 de l'énergie du mode résonnant fondamental incidente sur le

diaphragme de phase.

6 Laser selon la revendication 5, caractérisé en ce que le diaphragme de phase est en contact intime avec une surface, dont il épouse la forme, d'un miroir du laser à travers laquelle les ondes lumineuses du faisceau entrent

dans le miroir et en sortent.

7 Laser selon la revendication 6, caractérisé en ce que le miroir en association avec le diaphragme de

phase ( 28 ') est un miroir plan ( 14).

8 Laser selon la revendication 7, caractérisé en ce que le miroir est disposé de façon réglable dans le laser de façon qu'un réglage du miroir translate ladite association du miroir plan et du diaphragme de phase dans une direction parallèle à une intersection d'un plan du miroir plan et d'un plan du trajet de propagation du faisceau, ladite région centrale ayant une forme telle que ladite translation aligne le diaphragme de phase avec ledit

faisceau pour une suppression maximale des modes désaxés.

9 Laser selon la revendication 6, caractérisé en ce que le miroir en association avec le diaphragme de

phase ( 28) est un miroir sphérique ( 16).

Laser selon la revendication 9, caractérisé en ce que le miroir est disposé de façon réglable dans le laser de manière qu'un réglage du miroir translate ladite association du miroir sphérique et du diaphragme de phase

dans une direction normale à un plan du trajet de propaga-

tion du faisceau, la région périphérique ayant une forme telle que ladite translation oblige le faisceau à un trajet de propagation particulier et produit un effet minimal sur

les fractions des énergies des modes résonnants fondamen-

tal et désaxés, incidentes sur les régions centrale et

périphérique du diaphragme de phase.

11 Laser selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est incorporé dans un gyroscope laser en anneau

et en ce que le trajet est un trajet fermé.

12 Laser selon la revendication 10, carac-

térisé en ce qu'il est incorporé dans un gyroscope à laser

en anneau et en ce que ledit trajet est un trajet fermé.

13 Gyroscope à laser en anneau dans lequel plusieurs miroirs ( 12, 14, 16) sont disposés de façon à diriger des ondes lumineuses se propageant en sens

contraire suivant un trajet fermé de propagation, carac-

térisé en ce qu'il comporte l'association de l'un des miroirs et d'un diaphragme de phase ( 28) pour supprimer des modes résonnants désaxés qui nuisent autrement aux performances du gyroscope à laser en anneau, cette association comprenant un substrat ( 40) de miroir ayant un faible indice de réfraction, une surface façonnée formée dans le substrat pour positionner le trajet lumineux du

gyroscope à laser en anneau, plusieurs couches diélectri-

ques non absorbantes ( 42, 44) superposées sur le substrat dans ladite surface façonnée pour réfléchir les ondes lumineuses suivant le trajet de propagation, lesdites couches comprenant un nombre impair de couches alternées en matière à haut indice de réfraction et en matière en faible indice de réfraction, la première des couches alternées, qui est en contact avec le substrat, étant en matière à haut indice de réfraction, un diaphragme de phase ( 28) comprenant une couche de ladite matière à faible indice de réfraction superposée sur lesdites couches alternées, la couche du diaphragme de phase ayant une région centrale ( 50) d'une épaisseur et une région périphérique ( 52) d'une épaisseur différente, lesdite régions étant contiguës suivant une limite commune, la différence d'épaisseur entre les régions amenant les ondes lumineuses qui se propagent à travers la région centrale à avoir une phase différente de

celle des ondes lumineuses, avec lesquelles elles inter-

fèrent, qui se propagent à travers la région périphérique, la région centrale étant définie de façon à intercepter une fraction plus élevée de l'énergie du mode résonnant fondamental, incidente sur le diaphragme de phase, que de

l'énergie des modes résonnants désaxés.

14 Gyroscope à laser en anneau selon la revendication 13, caractérisé en ce que la région centrale est suffisamment grande pour qu'une déviation du faisceau lumineux, résultant de variations de la température ambiante, ne module pas excessivement la réflectivité du miroir pour le mode résonnant fondamental au point de nuire aux performances du gyroscope à laser en anneau, ladite région centrale n'étant pas assez grande pour affecter les propriétés de suppression des modes désaxés du diaphragme

de phase.

Gyroscope à laser en anneau selon la revendication 14, caractérisé en ce que la région centrale du diaphragme de phase est suffisamment grande pour intercepter une fraction d'au moins 0,9990 de l'énergie du faisceau résonnant du mode fondamental, incidente sur le

diaphragme de phase.

16 Gyroscope à laser en anneau selon la revendication 15, caractérisé en ce que le miroir associé

au diaphragme de phase ( 28 ') est un miroir plan ( 14).

17 Gyroscope à laser en anneau selon la revendication 16, caractérisé en ce que le miroir est disposé de façon réglable dans le gyroscope à laser en

anneau afin qu'un réglage dudit miroir translate l'associa-

tion du miroir et du diaphragme de phase dans une direction parallèle à une intersection d'un plan du miroir plan et d'un plan du trajet de propagation du faisceau, ladite

région centrale ayant une forme telle que ladite transla-

tion aligne le diaphragme de phase avec le faisceau pour

une suppression maximale desdits modes désaxés.

18 Gyroscope à laser en anneau selon la revendication 15, caractérisé en ce que le miroir associé

au diaphragme de phase ( 28) est un miroir sphérique ( 16).

19 Gyroscope à laser en anneau selon la revendication 18, caractérisé en ce que le miroir est disposé de façon réglable dans le gyroscope à laser en anneau afin qu'un réglage du miroir translate l'association du miroir et du diaphragme de phase dans une direction normale à un plan du trajet fermé de propagation, ladite région périphérique ayant une forme telle que cette translation oblige ledit faisceau à un trajet particulier de propagation et produit un effet minimal sur lesdites fractions des énergies des modes résonnants fondamental et

désaxés, incidentes sur les régions centrale et périphéri-

que dudit diaphragme de phase.

Procédé de suppression de modes désaxés

d'ondes lumineuses se propageant dans une cavité, carac-

térisé en ce qu'il consiste à produire et entretenir les ondes lumineuses se propageant dans des modes résonnants à l'intérieur d'une cavité résonnante ( 20); à obliger lesdites ondes à se propager à travers une surface délimitée comprenant une région centrale ( 50) et une région périphérique ( 52) d'épaisseurs différentes, lesdites régions étant contiguës suivant une limite commune; et à décaler la phase des ondes lumineuses se propageant à travers ladite surface délimitée en provenance de la région centrale par rapport à la phase des ondes lumineuses se

propageant à travers ladite région périphérique.