FR2680415A1

FR2680415A1 - Ring laser gyrometer with diaphragm

Info

Publication number: FR2680415A1
Application number: FR9115644A
Authority: FR
Inventors: Ruocco-Angari Bernard; Peghaire Jean-Pierre
Original assignee: Sagem SA
Current assignee: Sagem SA
Priority date: 1991-12-17
Filing date: 1991-12-17
Publication date: 1993-02-19
Anticipated expiration: 2011-12-17
Also published as: FR2680415B1

Abstract

The gyrometer includes a body (10) in which a capillary (12) is pierced, which capillary is occupied by an electric-discharge amplification laser gas and has a local constriction (24) imparting an elongate shape to the laser beam, placed on the ring so as to eliminate certain resonant modes. The constriction is defined by the juxtaposition of two constricted end circular sections which are offset with respect to each other transversely to the capillary and separated from one another along the capillary by a distance which is small compared to the length of the branch of the ring in which the said sections are placed.

Description

GYROMETRE LASER EN ANNEAU, A DIAPHRAGME
La présente invention concerne les gyromètres laser en anneau, comportant un corps dans lequel est ménagée une cavité résonante constituée par des capillaires rectilignes fermés par des miroirs destinés à replier le trajet optique et occupée par un gaz laser, ainsi que des moyens de génération de l'effet laser dans le gaz.RING LASER GYROMETER WITH DIAPHRAGM
The present invention relates to ring laser gyrometers, comprising a body in which is formed a resonant cavity constituted by rectilinear capillaries closed by mirrors intended to fold the optical path and occupied by a laser gas, as well as means for generating the laser effect in gas.

On connaît déjà de nombreux types de gyromètres laser : la figure 1 montre, à titre d'exemple, un gyromètre à trois miroirs dans lequel le trajet optique est en forme de triangle équilatéral. Le gyromètre comprend un corps 10, généralement en verre stable et à faible coefficient de dilatation thermique, dans lequel sont insérés des capillaires 12. Trois miroirs 14a, 14b, 14c replient le chemin optique aux angles du corps 10. Les moyens destinés à créer l'effet laser dans le gaz actif sont constitués, dans le cas illustré, par une cathode 16 placée sur une branche et deux anodes 18 montées symétriquement sur les deux autres branches. Un détecteur 20 destiné à fournir la fréquence de battement reçoit directement le faisceau qui a parcouru le gyromètre dans un sens et a traversé le miroir semitransparent 14a. Il reçoit le faisceau de sens contraire à travers un prisme de renvoi 22. Numerous types of laser gyrometers are already known: FIG. 1 shows, by way of example, a gyrometer with three mirrors in which the optical path is in the form of an equilateral triangle. The gyrometer comprises a body 10, generally made of stable glass and with a low coefficient of thermal expansion, into which capillaries are inserted 12. Three mirrors 14a, 14b, 14c fold the optical path at the corners of the body 10. The means intended to create the 'laser effect in the active gas consist, in the illustrated case, by a cathode 16 placed on a branch and two anodes 18 mounted symmetrically on the other two branches. A detector 20 intended to provide the beat frequency directly receives the beam which has traversed the gyrometer in one direction and has passed through the semitransparent mirror 14a. It receives the opposite direction beam through a return prism 22.

Le bon fonctionnement d'un tel gyromètre exige que diverses conditions soient remplies. En particulier, il ne faut laisser subsister qu'un mode laser résonant, généralement le mode TEMoo. Pour cela, on étrangle la cavité à un emplacement où l'étranglement provoque des pertes par diffraction beaucoup plus importantes pour les modes à éliminer tels que TEMo1, TEM10,... que pour le mode TEMoo. A l'heure actuelle, l'étranglement est réalisé par un diaphragme dont les dimensions sont calculées à partir des caractéristiques de la cavité : longueur du trajet optique, courbure des miroirs, angle d'incidence des faisceaux sur les miroirs. The proper functioning of such a gyroscope requires that various conditions are met. In particular, only a resonant laser mode should be left, generally the TEMoo mode. For this, the cavity is strangled at a location where the throttling causes much greater diffraction losses for the modes to be eliminated such as TEMo1, TEM10, ... than for the TEMoo mode. At present, throttling is achieved by a diaphragm whose dimensions are calculated from the characteristics of the cavity: length of the optical path, curvature of the mirrors, angle of incidence of the beams on the mirrors.

Par ailleurs, on a constaté que certaines géométries de cavité provoquent un fort astigmatisme du faisceau laser. Cet astigmatisme peut être corrigé en donnant une forme elliptique au diaphragme de sélection de mode. Furthermore, it has been found that certain cavity geometries cause a strong astigmatism of the laser beam. This astigmatism can be corrected by giving the mode selection diaphragm an elliptical shape.

A titre d'exemple, un gyromètre laser néon-hélium représentatif ayant un trajet optique triangulaire de 8 cm de long peut être muni d'un diaphragme à section elliptique dont le rapport entre le grand axe et le petit axe est de 1,2 environ. Ce diaphragme peut être usiné dans le bloc ou rapporté. For example, a representative neon-helium laser gyrometer having a triangular optical path of 8 cm long can be fitted with an elliptical section diaphragm whose ratio between the major axis and the minor axis is approximately 1.2 . This diaphragm can be machined in the block or attached.

Que le diaphragme elliptique soit usiné dans le bloc ou réalisé séparément, puis rapporté, sa fabrication est beaucoup plus difficile que celle d'un diaphragme circulaire pour les faibles dimensions requises ( souvent inférieures au millimètre). Whether the elliptical diaphragm is machined in the block or produced separately and then added, its manufacture is much more difficult than that of a circular diaphragm for the small dimensions required (often less than a millimeter).

L'invention vise à fournir un gyromètre laser ayant une section étranglée d'élimination de modes et de réduction de l'astigmatisme réalisable de façon plus simple que dans les gyromètres antérieurement connus. The invention aims to provide a laser gyrometer having a constricted section for eliminating modes and reducing astigmatism which can be carried out in a simpler way than in previously known gyrometers.

Dans ce but, l'invention propose notamment un gyromètre laser en anneau comportant un corps dans lequel est percé un capillaire occupé par un gaz laser présentant un étranglement local imposant au faisceau laser une forme allongée, placé sur l'anneau de façon à éliminer certains modes de résonance, et comportant des moyens d'excitation par décharge électrique, caractérisé en ce que l'étranglement est défini par juxtaposition de deux sections circulaires étranglées terminales décalées l'une par rapport à l'autre transversalement au capillaire. Si les deux sections sont écartées l'une de l'autre, le long du capillaire, leur distance est faible par rapport à la longueur de la branche de l'anneau dans laquelle lesdites sections sont placées. To this end, the invention proposes in particular a ring laser gyrometer comprising a body in which is pierced a capillary occupied by a laser gas having a local constriction imposing on the laser beam an elongated shape, placed on the ring so as to eliminate certain resonance modes, and comprising means of excitation by electrical discharge, characterized in that the throttling is defined by juxtaposition of two terminal choked circular sections offset relative to each other transversely to the capillary. If the two sections are spaced from each other, along the capillary, their distance is small compared to the length of the branch of the ring in which said sections are placed.

Les sections circulaires décalées peuvent être réalisées de différentes façons. Dans un premier mode de réalisation, elles sont constituées par les débouchés d'un passage étroit de section constante et circulaire, faisant un angle de quelques degrés par rapport à l'axe de la branche ; dans un autre mode de réalisation, l'étranglement est constitué de deux diaphragmes circulaires décalés par rapport à l'axe, correspondant aux débouchés du passage. The offset circular sections can be produced in different ways. In a first embodiment, they consist of the outlets of a narrow passage of constant and circular section, making an angle of a few degrees relative to the axis of the branch; in another embodiment, the throttle consists of two circular diaphragms offset from the axis, corresponding to the outlets of the passage.

Quelle que soit la disposition adoptée, elle permet de donner à ltétranglement une section allongée, se rapprochant de celle d'une ellipse, en exigeant uniquement l'usinage de trous ou de passages circulaires. Whatever the arrangement adopted, it makes it possible to give the constriction an elongated section, approaching that of an ellipse, by requiring only the machining of holes or circular passages.

L'invention propose également des procédés permettant de réaliser un gyromètre du genre qui vient d'être défini. Ces procédés, ainsi que d'autres caractéristiques de l'invention, apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs. The invention also provides methods for making a gyrometer of the kind which has just been defined. These methods, as well as other characteristics of the invention, will appear better on reading the following description of particular embodiments given by way of nonlimiting examples.

La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels
- la figure 1, déjà mentionnée, est un schéma de principe d'un gyromètre en anneau, à trajet optique triangulaire, de type connu
- la figure 2, similaire à la figure 1, montre schématiquement un gyroscope en anneau dans lequel le trajet optique est carré, ainsi que des emplacements auxquels peuvent être placés les étranglements destinés à éliminer certains modes de résonance et à réduire l'astigmatisme ;
- la figure 3 est une vue en coupe à grande échelle d'un fragment du gyromètre de la figure 2, montrant une constitution possible d'étranglement ;
- la figure 4 montre la juxtaposition des débouchés du passage constituant étranglement dans le gyromètre de la figure 3, tels que ces débouchés sont vus dans la direction du trajet optique ; et
- la figure 5, similaire à la figure 3, montre une variante de réalisation.The description refers to the accompanying drawings, in which
- Figure 1, already mentioned, is a block diagram of a ring gyrometer, with triangular optical path, of known type
- Figure 2, similar to Figure 1, schematically shows a ring gyroscope in which the optical path is square, as well as locations at which can be placed the throttles intended to eliminate certain modes of resonance and reduce astigmatism;
- Figure 3 is a large-scale sectional view of a fragment of the gyrometer of Figure 2, showing a possible constriction constitution;
- Figure 4 shows the juxtaposition of the outlets of the passage constituting throttling in the gyrometer of Figure 3, such that these outlets are seen in the direction of the optical path; and
- Figure 5, similar to Figure 3, shows an alternative embodiment.

Le gyromètre montré sur la figure 2, où les éléments correspondant à ceux de la figure 1 sont désignés par le même numéro de référence, définit un trajet optique carré et comporte, pour cela, quatre miroirs 14 donnant chacun une déviation de 90". L'étranglement destiné à éliminer certains modes de résonance peut être constitué par un diaphragme 24 placé au milieu d'une branche, ce qui a l'avantage de donner un montage symétrique. En contrepartie, cette solution oblige à prévoir un accès dans la partie courante d'un capillaire. Une autre solution, montrée sur les figures 3 et 4, consiste à placer au moins un étranglement dans la partie terminale d'une branche, par exemple entre une électrode 16 ou 18 et un miroir 14. The gyrometer shown in FIG. 2, where the elements corresponding to those of FIG. 1 are designated by the same reference number, defines a square optical path and comprises, for this, four mirrors 14 each giving a deviation of 90 ". L "throttling intended to eliminate certain modes of resonance can be constituted by a diaphragm 24 placed in the middle of a branch, which has the advantage of giving a symmetrical mounting. On the other hand, this solution requires to provide an access in the current part Another solution, shown in FIGS. 3 and 4, consists in placing at least one constriction in the end part of a branch, for example between an electrode 16 or 18 and a mirror 14.

L'étranglement, applati dans le sens radial par rapport à l'axe sensible, montré en figures 3 et 4 est réalise en donnant à la partie terminale du capillaire, dans une branche, la forme d'un passage cylindrique 25, de diamètre d réduit par rapport au diamètre du reste du capillaire et d'axe faisant un angle a avec l'axe de la partie courante du capillaire. Ainsi les deux débouchés sont décalés l'un par rapport à l'autre d'une hauteur h (figure 4). Dans la pratique, il suffit en général que le rapport entre la grande dimension et la petite dimension de l'étranglement (figurée par la zone hachurée sur la figure 4), soit de quelques pour cent. En d'autres termes, le rapport d/(d-h) sera généralement légèrement supérieur à 1 seulement. Une valeur de l'ordre de 1,2 a souvent donné des résultats satisfaisants. I1 peut être obtenu avec une inclinaison de quelques degrés et une longueur de quelques millimètres. Le diamètre du passage fixe, à courant de décharge donné, le gain pour chaque passage. The constriction, flattened in the radial direction with respect to the sensitive axis, shown in FIGS. 3 and 4 is produced by giving the terminal part of the capillary, in a branch, the form of a cylindrical passage 25, of diameter d reduced with respect to the diameter of the rest of the capillary and axis making an angle a with the axis of the current part of the capillary. Thus the two outlets are offset relative to each other by a height h (Figure 4). In practice, it is generally sufficient for the ratio between the large dimension and the small dimension of the constriction (shown by the hatched area in FIG. 4) to be a few percent. In other words, the ratio d / (d-h) will generally be slightly greater than 1 only. A value of the order of 1.2 has often given satisfactory results. It can be obtained with an inclination of a few degrees and a length of a few millimeters. The diameter of the fixed passage, at a given discharge current, the gain for each passage.

A titre d'exemple, on peut indiquer qu'un gyromètre à trajet optique rectangulaire a été réalisé avec un passage capillaire de 1 mm de diamètre et un passage ayant un diamètre d de 0,71 mm de 3 à 5 mm de long, ayant une inclinaison de 4 à 5 degrés, pour une longueur totale de boucle de 8 cm. By way of example, it may be indicated that a gyrometer with rectangular optical path was produced with a capillary passage of 1 mm in diameter and a passage having a diameter d of 0.71 mm from 3 to 5 mm long, having an inclination of 4 to 5 degrees, for a total loop length of 8 cm.

Dans la variante de réalisation montrée en figure 5, l'étranglement est réalisé par deux diaphragmes 26 décalés longitudinalement, ayant des sections circulaires identiques, décalés dans le sens transversal d'une distance h : en particulier, les diaphragmes peuvent être décalés l'un et l'autre d'une distance h/2 par rapport à l'axe du capillaire, dans des directions opposées. In the alternative embodiment shown in FIG. 5, the throttle is produced by two diaphragms 26 offset longitudinally, having identical circular sections, offset in the transverse direction by a distance h: in particular, the diaphragms can be offset one and the other by a distance h / 2 from the axis of the capillary, in opposite directions.

La fabrication d'un gyromètre conforme à l'invention ne se différencie pas fondamentalement de la fabrication d'un gyromètre laser classique, si ce n'est qu'il faut constituer la partie terminale d'un des capillaires 12 sous forme d'un passage cylindrique oblique 25. Dans la pratique, il est avantageux de percer le passage cylindrique 25 dans le bloc avant usinage, dans ce dernier, de la cavité 30 qui sera fermée par le miroir 14, cela afin que l'attaque par le foret s'effectue presque orthogonalement à la paroi. La partie de grand diamètre du capillaire 12 est ensuite forée, en l'arrêtant à l'emplacement que l'on veut faire correspondre à l'un des débouchés du passage 25. The manufacture of a gyrometer according to the invention does not differ fundamentally from the manufacture of a conventional laser gyrometer, except that it is necessary to constitute the terminal part of one of the capillaries 12 in the form of a oblique cylindrical passage 25. In practice, it is advantageous to pierce the cylindrical passage 25 in the block before machining, in the latter, of the cavity 30 which will be closed by the mirror 14, this so that the attack by the drill s 'performs almost orthogonally to the wall. The large-diameter part of the capillary 12 is then drilled, stopping it at the location which one wishes to correspond to one of the outlets of the passage 25.

L'invention n'est pas applicable uniquement à un gyromètre à un seul axe sensible, du genre montré sur les figures. Elle peut s'étendre à un gyromètre à plusieurs axes, notamment à un gyromètre trois axes dans lesquels les miroirs sont disposés aux sommets d'un octaèdre régulier. The invention is not applicable only to a gyrometer with a single sensitive axis, of the kind shown in the figures. It can extend to a gyrometer with several axes, in particular to a gyrometer with three axes in which the mirrors are arranged at the vertices of a regular octahedron.

Claims

1. Ring laser gyrometer comprising a body (10) in which is pierced a capillary (12) occupied by a laser gas with amplification by electric discharge, having a local throttle imposing on the laser beam an elongated shape, placed on the ring of so as to eliminate certain modes of resonance, characterized in that the constriction is defined by juxtaposition of two circular constricted end sections offset relative to each other transversely to the capillary.

2. A gyrometer according to claim 1, characterized in that the sections are spaced from each other, along the capillary, a small distance from the length of the branch of the ring in which said sections are placed.

3. Gyrometer according to claim 1 or 2, characterized in that the ratio between the large dimension and the small dimension of the throttle is about 1.2.

4. Gyrometer according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the circular sections consist of the outlets of a narrow passage of constant and circular section, making an angle of a few degrees relative to the axis of the branch .

5. Gyrometer according to claim 4, characterized in that the angle is between 4 "and 5.

6. A gyrometer according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the circular sections consist of two circular diaphragms offset differently from the axis of the capillary.

7. Gyrometer according to any one of the preceding claims, characterized in that the constriction or each constriction is placed between a mirror (14) for folding the laser beam and an excitation electrode entry passage (16) of the laser effect.