FR2729753A1 - Gyroscope a laser en anneau - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un gyroscope à laser en anneau à oscillateur multiple, présentant une géométrie magnétique à pôles multiples. De telles configurations géométriques sont utiles pour produire une rotation de Faraday. Le laser comporte un oscillateur multiple qui utilise un rotateur de Faraday et un effet de champs magnétiques élevés produits par des éléments magnétiques (32, 36, 38, 40) disposés le long d'un segment du trajet optique (20) du gyroscope (10). Les aimants sont orientés axialement, leurs pôles nord et sud étant diamétralement opposés, et ils sont disposés à peu près transversalement au trajet optique, mais n'appliquent des champs magnétiques orientés axialement qu'à des parties souhaitées du trajet optique. Domaine d'application: gyrolasers, etc.

Description

L'invention concerne des gyroscopes à laser en anneau, et plus

particulièrement des gyroscopes à laser en anneau comportant des sources magnétiques extérieures à la

cavité du trajet fermé définissant le gyroscope.

Depuis son introduction au début des années 1960 en tant qu'expérience de laboratoire, le gyroscope à laser en anneau a été développé commercialement pour remplacer de façon logique le gyroscope mécanique à utiliser dans tous les types de systèmes inertiels de guidage. Par conséquent, on a développé le gyroscope à laser en anneau à deux modes fondamentaux, qui possède deux modes d'ondes électromagnétiques indépendants oscillant dans une cavité optique annulaire. Lorsque l'anneau est stationnaire, aucune rotation n'est indiquée de façon idéale. Lorsque la cavité de l'anneau est mise en rotation autour de son axe central, les ondes contrarotatives interagissent l'une avec l'autre afin de développer une fréquence de battement. Une relation linéaire entre la fréquence de battement et la vitesse de rotation de la cavité par rapport au système inertiel de référence peut être établie. De façon idéale, la vitesse de rotation est proportionnelle à la note de battement. On produit théoriquement de cette manière un gyroscope ne comportant

aucune pièce mobile.

Cependant, en pratique, on doit souvent faire vibrer mécaniquement le gyroscope à laser à deux modes pour empêcher les ondes progressives contrarotatives de s'accrocher ou se verrouiller entre elles à de faibles vitesses de rotation. On peut consulter le document Laser Applications, édité par Monte Ross, page 133-200 (1971) pour de plus amples informations sur l'accrochage des deux modes d'un gyroscope plan. Pour résoudre ce problème d'accrochage, on a conçu des cavités annulaires non planes contenant plus d'une paire de modes contrarotatifs. Ces gyroscopes à laser en anneau à oscillateur multiple ont été développés pour parvenir à un gyroscope précis, entièrement optique, ne comportant aucune pièce en mouvement. Cependant, ces gyroscopes à laser en anneau à oscillateur multiple nécessitent l'utilisation d'un dispositif de rotation à polarisation non réciproque (tel qu'un rotateur de Faraday) pour réaliser la division de la lumière à l'intérieur de la cavité annulaire en deux paires de modes contrarotatifs. En général, le gyroscope à laser en anneau à oscillateur multiple est divisé en deux ondes à polarisation circulaire à droite et à polarisation circulaire à gauche. Les ondes à polarisation circulaire à droite sont divisées par le rotateur de Faraday en modes dans le sens des aiguilles d'une montre et en sens contraire. De la même manière, les ondes à polarisation circulaire à gauche sont divisées par le rotateur en modes dans le sens des aiguilles d'une montre et en sens

contraire. Pour une description complète du gyroscope à

laser en anneau à oscillateur multiple, on peut se reporter

à l'ouvrage LASER HANDBOOK (volume IV) édité par M.L.

Stitch (1985), pages 229-332. Une configuration non plane comprenant au moins quatre miroirs et un rotateur de Faraday non réciproque est décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 4 548 501. Dans une telle configuration non plane, une rotation réciproque est réalisée par la géométrie non plane du gyroscope à laser en anneau à modes multiples. La géométrie non plane dans des gyroscopes à laser en anneau en losange plié produit la division réciproque nécessaire en faisceaux à polarisations

circulaires à gauche et à droite. Cependant, les compo-

santes dans le sens des aiguilles d'une montre et en sens contraire de chaque faisceau polarisé circulairement sont essentiellement accrochés ou bloqués à de faibles vitesses de rotation. Pour diviser encore les faisceaux polarisés circulairement à droite et à gauche en leurs composantes de fréquence dans le sens des aiguilles d'une montre et en sens contraire, un moyen rotateur non réciproque tel qu'un rotateur de Faraday est utilisé. Etant donné que les jeux de modes de faisceaux polarisés circulairement à gauche et à droite sont largement séparés en fréquence, le gyroscope à laser en anneau à modes multiples évite le problème de l'accrochage ou blocage de modes communs aux gyroscopes à

laser en anneau à deux modes.

La nécessité d'établir un champ magnétique de gradient faible et uniforme à l'intérieur du disque du rotateur de Faraday est essentielle au succès de la division non réciproque dans un gyroscope à laser en anneau à oscillateur multiple. En variante, un gyroscope à laser en anneau à géométrie non plane, entièrement optique, ne comportant pas d'éléments à l'intérieur de la cavité pour la division réciproque ou non réciproque, est décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique intitulée "SPLIT GAIN MULTI-MODE RING LASER GYROSCOPE AND METHOD" de Graham Martin, N' 115 018, du 28 Octobre 1987. Comme cela est décrit en détail dans la demande précitée, cette variante de gyroscope à laser en anneau utilise des champs magnétiques élevés et uniformes pour réaliser une division de la courbe de gain en modes Q et (Q+l) afin de produire

un effet souhaité qui équivaut à une rotation de Faraday.

Cette division du gain est obtenue par l'utilisation de champs magnétiques à haute puissance, fortement concentrés, convenablement positionnés le long de la cavité du

gyroscope à laser en anneau.

Jusqu'à présent, le gyroscope à laser en anneau à oscillateur multiple et le gyroscope à laser en anneau à gain divisé appliquaient des champs magnétiques axiaux le long d'un segment du trajet fermé formé par la cavité en utilisant des aimants cylindriques et creux disposés parallèlement au et autour du segment de la cavité, ou à l'intérieur de ce segment. Dans le gyroscope à laser en anneau à oscillateur multiple, un verre rotateur de Faraday était habituellement monté concentriquement à l'intérieur d'un aimant tubulaire orienté axialement, l'ensemble étant "chargé au mousquet" dans la cavité o le rotateur de Faraday est aligné et positionné dans le trajet optique. Cette opération est longue et difficile. Le "chargement au mousquet" de l'ensemble à rotateur de Faraday et aimant ne doit pas rayer la paroi latérale de la cavité. Cet assemblage par "chargement au mousquet" du rotateur de Faraday du gyroscope à laser en anneau à oscillateur multiple était difficile à effectuer. Il est en outre difficile de placer les aimants à l'intérieur de

la cavité séparément de la zone vidée d'air.

Dans le cas du gyroscope à laser en anneau à modes multiples et gain divisé, un segment de branche entier du bloc de verre monolithique à partir duquel le gyroscope à laser en anneau est fabriqué doit être creusé pour recevoir un aimant cylindrique creux qui est disposé parallèlement au trajet fermé et autour de celui-ci. Cette conception exige un usinage important et coûteux d'un segment du trajet fermé et de la cavité du gyroscope à laser en anneau pour permettre la mise en place de l'aimant cylindrique autour du segment. Le gyroscope à laser en anneau à gain divisé nécessite un usinage précis pour permettre la mise en place d'un aimant permanent de forme cylindrique autour de la partie extérieure du corps du gyroscope à laser en anneau le long d'un segment de son

trajet fermé.

On a besoin d'une géométrie magnétique à pôles multiples pour un gyroscope à laser en anneau qui réalise le positionnement convenable d'un champ magnétique puissant, orienté axialement, le long d'un segment du

trajet fermé du gyroscope à laser en anneau, sans fabrica-

tion ni usinage excessifs du bâti de verre monolithique.

Pour résoudre le problème exposé précédemment, il est présenté un gyroscope à laser en anneau qui possède un trajet ou chemin fermé défini par une cavité établissant une rotation d'images réciproque non plane de plusieurs modes d'ondes électromagnétiques se propageant le long du trajet. Une rotation à polarisation non réciproque est réalisée par un système de géométrie magnétique qui

comprend plusieurs éléments magnétiques dirigés principale-

ment transversalement, extérieurs à la cavité définissant le trajet fermé. Ainsi, dans un gyroscope à laser en anneau à oscillateur multiple, plusieurs éléments magnétiques sous la forme de colonnettes cylindriques peuvent être placés le long de chaque côté du trajet fermé. Chacun des éléments magnétiques peut être une colonnette de forme cylindrique réalisée dans une matière à aimantation permanente puissante, chaque élément magnétique étant polarisé suivant un diamètre. Un accord grossier des éléments magnétiques peut être réalisé par une rotation de chaque élément à l'intérieur de sa chambre, autour de l'axe de chaque élément. De préférence, un nombre égal d'éléments magnétiques, produisant tous une même force magnétique, est disposé le long de chaque côté du segment du trajet fermé à l'intérieur du corps monolithique du gyroscope à laser en anneau. De cette manière, la force magnétique du champ produit par l'élément magnétique est équilibrée le long d'un segment du trajet. Les éléments magnétiques peuvent être configurés de façon à former un bloc à huit pôles ou

octopôle ou un dipôle imprimé sur un octopôle.

Pour le gyroscope à laser en anneau à modes multiples et gain divisé, une cavité de résonateur peut être définie, ayant un trajet optique fermé et renfermant un milieu à gain. Le milieu à gain est excité pour produire au moins quatre modes laser à l'intérieur de la cavité, de manière que le milieu à gain présente une courbe de gain

correspondante pour chaque mode laser. Des moyens magnéti-

ques sont prévus pour ajuster le milieu à gain afin de produire un décalage de fréquence entre des courbes de gain

choisies pour supprimer l'action laser de modes préalable-

ment choisis dans la cavité. Ces éléments magnétiques comprennent plusieurs colonnettes magnétiques orientées transversalement, extérieures à la cavité définissant le trajet optique fermé. Ces éléments magnétiques, tels que ceux décrits pour une utilisation avec le gyroscope à laser en anneau à oscillateur multiple, peuvent être accordés grossièrement par rotation de chacune des colonnettes dans sa chambre transversale particulière creusée dans le bloc

et dans le bâti formant le gyroscope à laser en anneau.

L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'une forme avantageuse de réalisation de la géométrie magnétique à pôles multiples pour un gyroscope à laser en anneau qui utilise un rotateur de Faraday; la figure 2 est un diagramme schématique montrant une vue en plan de dessus d'un gyroscope à laser en anneau utilisant la géométrie magnétique à pôles multiples selon l'invention pour appliquer un champ magnétique à un élément rotateur de Faraday; la figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne III-III de la figure 1; la figure 4 est une vue en élévation d'une variante d'ensemble rotateur de Faraday à utiliser conjointement avec une géométrie magnétique à pôles multiples qui convient dans des conditions de résistance aux rayonnements;30 la figure 5 est une vue schématique en perspective d'une variante de réalisation d'un ensemble de support portant un rotateur de Faraday en verre en même temps qu'une forme de géométrie magnétique à pôles multiples pour un gyroscope à laser en anneau; la figure 6 est un diagramme schématique incluant les lignes de champ magnétique, illustrant l'interaction entre six aimants différents utilisés conjointement avec un rotateur de Faraday résistant aux rayonnements pour un gyroscope à laser en anneau; la figure 7 est une vue en perspective d'un gyroscope à gain divisé et décharge de courant continu,

comportant des aimants à colonnettes disposés symétrique-

ment aux deux anodes; la figure 8 est une vue schématique du gyroscope à gain divise qui utilise la géométrie magnétique à pôles multiples de l'invention, cette vue montrant les positions des aimants produisant un champ de force élevée par rapport à la décharge; la figure 9 est un diagramme schématique montrant des interactions de lignes de champ magnétique des six aimants à colonnettes placés le long d'une seule branche du trajet optique du gyroscope à gain divisé de la figure 8; et la figure 10 est un graphique montrant des

données expérimentales indiquant que la géométrie magnéti-

que à pôles multiples produit un champ magnétique relative-

ment uniforme, à une valeur nominale, dans sa partie médiane, par une rotation et un alignement appropriés des

colonnettes cylindriques.

La géométrie magnétique à pôles multiples selon l'invention peut s'appliquer à la fois au gyroscope à laser en anneau à oscillateur multiple, qui nécessite un élément rotateur de Faraday pour une division non réciproque des faisceaux contrarotatifs, et au gyroscope à laser en anneau à oscillateur multiple et gain divisé qui ne contient aucun

élément à l'intérieur de la cavité.

En référence aux figures 1 et 3, un gyroscope à laser en anneau à oscillateur multiple non plan est représenté en 10, contenant plusieurs pôles magnétiques 32, 36, 38 et 40 chargés transversalement autour d'un alésage (qui contient un ensemble rotateur de Faraday). Ce gyroscope 10 à laser en anneau a oscillateur multiple comporte un bâti monolithique 11 en verre dur, normalement réalisé en une matière vitrocéramique commercialisée sous la marque "Zerodur", produite par Schott, Optics Division, Mainz, RFA. Le trajet ou chemin optique 20 du gyroscope 10 à laser en anneau à oscillateur multiple, montré sur la figure 1, définit un trajet reliant des miroirs d'angle 18, 22, 24 et 26. Une cathode métallisée 12 et deux anodes 14 et 16 placées de côté sont disposées le long d'une branche du trajet optique 20. Le gyroscope monolithique 10 à laser en anneau peut être monté sur un cylindre central 28 formé

d'une matière métallique du type Invar", marque commer-

ciale déposée. Le cylindre 28 aide à isoler les champs magnétiques produits par les colonnettes 32, 36, 38 et 40 afin que des effets minimaux de champs lointains soient générés dans la zone d'alésage à gain délimitée par les

anodes 14 et 16 et passant par la cathode 12.

Comme on le sait déjà dans le domaine des gyroscopes à laser en anneau, o un oscillateur multiple (tel que celui montré sur la figure 1) présente une configuration non plane, une division réciproque de deux jeux de faisceaux lumineux polarisés circulairement à droite et à gauche est réalisée du fait de la géométrie non plane des miroirs 26, 24, 22 et 18 qui définissent le trajet optique 20. Une division non réciproque entre des modes de propagation contraires, dans le sens des aiguilles

d'une montre et en sens opposé, est réalisée par l'utilisa-

tion d'un rotateur de Faraday placé à l'intérieur de l'alésage 30 montré sur la figure 1. Pour que le rotateur de Faraday réalise une rotation non réciproque, un champ magnétique doit être appliqué au rotateur 43 en verre (figure 3) afin de provoquer une division non réciproque des lumières polarisées circulairement à gauche et à droite. A la différence de la conception à *chargement au mousquet" qui était utilisée dans l'art antérieur, un rotateur 43 de Faraday peut être mis en place par insertion latérale depuis le dessous du bâti de verre jusque dans le centre du champ magnétique produit par la conception & pôles multiples. L'ensemble rotateur de Faraday peut être chargé dans le bâti 11 de verre au moyen d'une colonne 53 qui porte le rotateur 43 de Faraday en verre. Le rotateur 43 et la colonne 53 de support peuvent être insérés par l'utilisation d'un bouchon 45 optiquement étanche. Chacun des aimants, tels que 32 et 38, peut être chargé dans son alésage respectif à l'extérieur du trajet optique 20 pour produire un champ magnétique orienté axialement, ayant un faible gradient, qui est normal à la face du verre du rotateur de Faraday 43. La barre 28 de support en "Invar" au centre du gyroscope 10 à laser en anneau à oscillateur multiple peut être utilisée pour empêcher le champ magnétique d'interférer avec la décharge du milieu à gain

placé entre la cathode 12 et chacune des anodes 14 et 16.

Un exemple de la distribution des lignes de champs magnétiques qui apparaît lorsque l'on utilise les colonnettes magnétiques conjointement avec le verre de Faraday est montré sur la figure 2. Le verre 52 du rotateur de Faraday est placé à l'intérieur du trajet optique 54 en formant un petit angle. Une construction octopolaire comprenant des aimants 44, 46, 48 et 56 est placée a l'extérieur, mais le long du trajet optique, pour produire un champ magnétique orienté axialement à travers

le rotateur 52 de Faraday.

Il est bien connu dans la technique que le degré de rotation de Faraday pouvant être atteint lors d'une division non réciproque de faisceaux se propageant en sens contraire dépend de la longueur axiale du verre 52 du rotateur de Faraday, de l'intensité du champ magnétique produit par chacun des aimants 44, 46, 48 et 56 agissant ensemble en une configuration octopolaire, et de la

constante de Verdet qui est liée aux propriétés par-

ticulières du verre choisi pour être utilisé en tant que rotateur 52 de Faraday. Des verres tels que SF 57 ou FR 5 sont utilisés pour le rotateur mince 52 de Faraday montré sur la figure 2. La configuration de la figure 2 convient à l'obtention des résultats souhaités d'un champ magnétique

orienté axialement, de force appropriée.

On notera que chacun des aimants 44 à 56 montrés sur la figure 2 n'est pas un dipôle classique (dans lequel les pôles nord et sud sont aux deux extrémités longitudinales des aimants), mais plutôt que les pôles magnétiques nord et sud sont diamétralement opposés l'un à l'autre sur toute la longueur axiale de l'aimant. Un exemple d'un aimant orienté radialement, qui a été utilisé

en tant que palier, est décrit dans le brevet des Etats-

Unis d'Amérique N' 4 451 811. Cependant, ce brevet montre un champ magnétique orienté radialement, tandis que la Demanderesse a choisi des pôles opposés diamétralement pour

chaque aimant afin que naisse un champ magnétique trans-

versal à la fois à la longueur axiale de chacun des aimants 44 à 56, et aux surfaces avant et arrière du rotateur 52 de Faraday. De cette manière, on établit un flux magnétique élevé du champ lointain à utiliser avec l'ensemble rotateur de Faraday d'un gyroscope à laser en anneau à oscillateur multiple. La figure 5 montre l'ensemble des figures 1 et 3 pour positionner un rotateur 43 de Faraday en verre le long de l'axe central du trajet optique à l'intérieur de la géométrie magnétique à quatre colonnettes. Tous les aimants 32, 36, 38 et 40 sont espacés le long de l'axe central du

trajet optique à l'extérieur de la cavité de l'alésage.

L'assemblage est constitué d'une colonne 53 supportée par une embase 45 qui peut être un côté inférieur monté dans le bâti monolithique d'un gyroscope à laser en anneau à

oscillateur multiple tel que celui montré sur la figure 1.

La colonne 53 définit un évidement 27 qui peut être orienté axialement (comme montré sur la figure 5) pour que le rotateur 43 de Faraday soit exposé par ses deux faces au trajet optique du gyroscope à laser en anneau. Les figures 4 et 6 montrent une autre forme de réalisation d'un ensemble rotateur de Faraday qui convient à une utilisation dans un milieu à rayonnements élevés. Le bâti monolithique 13 définit une chambre 57 dans laquelle une colonne 56 de montage peut être insérée par le dessous du bâti 13. La colonne 56, portant sur un bouchon 55 en contact optique, supporte un rotateur 58 de Faraday en silice fondue, sensiblement en forme de cube. Un tel rotateur de Faraday satisfait les exigences actuelles pour le fonctionnement du gyroscope à laser en anneau dans un milieu à forts rayonnements nucléaires. Il est suggéré de donner au rotateur 58 de Faraday la forme d'un cube pour en faciliter la fabrication. Lorsqu'une résistance aux rayonnements nucléaires est demandée et qu'une matière du type silice fondue est utilisée pour réaliser un rotateur 58 satisfaisant cette exigence, la conception de la géométrie magnétique à pôles multiples doit tenir compte du fait que la constante de Verdet pour du verre du type silice fondue est d'environ 1/5 de celle du verre SF 57 utilisé dans le rotateur de Faraday en verre mince montré sur les figures 1 à 3 et sur la figure 5. Le rotateur 58 de Faraday en silice fondue présente une constante de Verdet sensiblement inférieure à celle du verre SF 57 utilisé précédemment. Le rotateur 58 de Faraday est donc d'environ 3 à 5 fois plus épais que le rotateur en verre classique pour que l'on obtienne un degré comparable de division non

réciproque de faisceaux se propageant en sens contraire sur le trajet optique du gyroscope à laser en anneau à oscillateur multiple.

Les champs magnétiques qui sont utilisés dans l'ensemble rotateur de Faraday en silice fondue peuvent être mieux accordés en utilisant une disposition à six colonnettes telle que montrée sur la figure 6. La figure 6 montre un rotateur 58 en silice fondue placé dans le trajet optique et un alésage 15. Le rotateur 58 de Faraday a été monté de façon à pouvoir tourner dans la chambre 57 définie par le bâti 13 de verre (voir figure 4). Le rotateur 58 est également décalé (d'un angle bêta) d'une ligne axiale droite pour éliminer la rétroréflexion à l'intérieur de la cavité du laser en anneau. La configuration montrée sur la figure 6 définit un octopôle formé par des aimants 60, 62,

64 et 66. Ces aimants produisent un champ orienté axiale-

ment à travers le rotateur 58 de Faraday, comme illustré en particulier par des lignes de champ 72 et 74. Etant donné que le rotateur 58 de Faraday est beaucoup plus épais que le rotateur classique 51 de la figure 5, les lignes de champ 72 et 74 tendent à s'incurver considérablement si l'on n'utilise que la configuration octopolaire d'aimants 60, 62, 66 et 64. Par conséquent, une configuration en dipôle 35, formée de deux aimants dipolaires plus petits 70 et 68, a été placée comme montré sur la figure 6 pour donner au flux magnétique traversant le rotateur 58 de Faraday une configuration plus uniforme et plate au passage du flux magnétique 72 et 74 à travers le rotateur 58 de

Faraday en silice fondue.

On notera que, dans toutes les configurations décrites jusqu'à présent, chacune des colonnettes d'aimants est de forme cylindrique. Ceci permet l'accord grossier aisé de chacun des éléments pour placer convenablement leurs pôles respectifs nord-sud, diamétralement opposés,

pour établir une condition de champ optimale.

En référence aux figures 7 et 8, il est représenté un gyroscope à laser en anneau à oscillateur

multiple, gain divisé et décharge de courant continu.

Cette configuration à gain divisé est décrite dans la demande NI 115 081 précitée qui décrit une configuration non plane à oscillateur multiple et gain divisé, ne nécessitant pas d'éléments à l'intérieur de la cavité. En divisant les courbes de gain pour établir les deux modes Q et Q+1, on peut établir quatre modes actifs, dont deux se propagent en sens contraire, sans nécessiter l'utilisation d'un élément rotateur de Faraday. Cependant, pour réaliser le gain divisé souhaité pour que ce gyroscope à laser en anneau à oscillateur multiple fonctionne convenablement, il faut des champs magnétiques puissants, mais localisés, qui entourent le milieu à gain pour faire naître l'effet de gain divisé et adapter les courbes de gain divisé aux fréquences des modes laser. Dans la conception à décharge de courant continu illustrée sur les figures 7 et 8, deux jeux d'alésages 96' et 97' encadrent chacune des anodes 78 et 79 pour l'établissement de champs magnétiques élevés le long de seulement la partie du trajet de décharge qui recouvre le trajet optique 82, entre les miroirs 84, 86, 88

et 91 hors du plan.

En référence à la figure 7, des aimants à colonnettes 94A, 94B et 94C sont insérés chacun dans la position inférieure de la colonnette sous la monture 99 de réception d'anode. Des aimants à colonnettes 96A, 96B et 96C peuvent être placés au-dessus du trajet optique 82 dans la position 99 de montage d'anode. Le bâti monolithique 81 du gyroscope 80 à laser en anneau à gain divisé et oscillateur multiple est creusé pour que soit formé un jeu

de gorges, tel que 93, destinées à permettre le positionne-

ment de bobines de fil 92 et 90 à courant continu autour de chaque côté de la monture 99 d'anode, entre les colonnettes de la configuration de géométrie magnétique formée par les aimants 94A, 94B, 94C, 96A, 96B et 96C. Ces bobines 92 et sont proches d'une configuration en paires de Helmholtz et peuvent être utilisées pour réaliser l'accord fin

électronique du champ magnétique produit par les colon-

nettes magnétiques 94A, 94B, 94C, 96A, 96B et 96C afin d'accorder avec précision les courbes de gain divisé avec

les fréquences des modes laser.

En référence à la figure 9, cette vue montre la partie du trajet optique 82A comprise entre les miroirs 86 et 84. Elle montre que les bobines 92 et 90 d'accord fin contiennent une partie du milieu 100A à gain continu à l'intérieur de la distance axiale entre les aimants 96A et

96C et les aimants 94A et 94C. Les lignes de flux magnéti-

que 102 et 104 sont sensiblement uniformes à travers le milieu à gain 100A pour produire une courbe symétrique de

gain élevé pour chaque mode laser.

Les résultats expérimentaux de champs magnéti-

ques produits par la géométrie magnétique à pôles multiples (6 colonnettes) décrite dans la présente demande sont montrés par une courbe 106 sur la figure 10. On notera que la courbe 106 coupe l'axe 108 de chaque côté de cette

courbe, à environ 10 mm et 30 mm.

De cette manière, un gyroscope a laser en anneau à oscillateur multiple utilisant un élément de Faraday tel que montré sur la figure 1 peut produire un champ magnétique uniforme au rotateur de Faraday, avec des effets minimaux de champs lointains, prévenant ainsi des effets Zeeman inintentionnels sur le milieu à décharge d'effluves défini entre la cathode 12 et chacune des anodes 14 et 16. Les résultats d'essai montrés sur la figure 10 indiquent que la géométrie magnétique à pôles multiples de l'invention produit le champ magnétique isolé de force élevée. Cette uniformité de la force du champ permet aussi au gyroscope à laser en anneau à gain divisé de parvenir à une force de champ maximale à l'emplacement o le milieu excité 100A (figure 9) est disposé le long du chemin optique 82A, tout en évitant une interférence des champs lointains avec le trajet optique à l'extérieur du milieu à gain. On a donc décrit une géométrie à pôles multiples de construction optimale et simple, à utiliser dans un gyroscope à laser en anneau. Cette géométrie est avantageusement formée de colonnettes cylindriques qui peuvent être orientées au moment de la réalisation pour réaliser un accord grossier et établir la direction du champ magnétique. Bien que des configurations à quatre et à six colonnettes aient été décrites, d'autres combinaisons de colonnettes magnétiques peuvent être envisagées pour produire le champmagnétique équilibré, uniforme et peu affecté par les champs lointains, nécessaires aux deux formes de réalisation de gyroscopes à laser en anneau à

oscillateur multiple décrites ici.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au gyroscope décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention, celle-ci pouvant s'appliquer aussi à des configurations de géométrie magnétique à pôles multiples équivalentes qui peuvent également être utilisées dans des gyroscopes à laser en

anneau à oscillateur multiple et gain divisé.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Gyroscope à laser en anneau, caractérisé en ce qu'il comporte un trajet fermé (20) défini par une

cavité d'alésage produisant une rotation d'images récipro-

que non plane de plusieurs ondes électromagnétiques se propageant suivant ledit trajet, et des moyens destinés à produire une rotation à polarisation non réciproque desdites ondes, comprenant des moyens magnétiques (32, 36, 38, 40) qui comprennent plusieurs éléments magnétiques extérieurs, orientés transversalement par rapport & la

cavité définissant ledit trajet fermé.

2. Gyroscope à laser en anneau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments magnétiques sont des colonnettes de forme cylindrique

réalisées en une matière à aimantation permanente puis-

sante, les pôles nord et sud de chaque élément magnétique étant placés chacun sur des côtés opposés d'un diamètre de chacune des colonnettes afin qu'un champ magnétique passe

dans un plan qui est orthogonal à ladite colonnette.

3. Gyroscope à laser en anneau selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments magnétiques sont disposés dans un corps monolithique (11), chacun des éléments magnétiques étant disposé à l'intérieur d'une chambre qui est orientée transversalement par rapport à ladite cavité d'alésage, un accord grossier des éléments magnétiques étant réalisé par une rotation de chaque élément autour de son propre axe à l'intérieur de sa chambre.

4. Gyroscope à laser en anneau selon la revendication 3, caractérisé en ce que des éléments magnétiques, produisant chacun un champ magnétique de même force, sont disposés en nombre égal le long de chaque côté d'un segment du trajet dans le corps monolithique, afin que la force du champ magnétique soit équilibrée le long dudit

segment dudit trajet.

5. Gyroscope à laser en anneau selon la revendication 4, caractérisé en ce que quatre éléments magnétiques sont configurés de façon à former un octopôle pour produire un champ magnétique uniforme dans un segment dudit trajet fermé.

6. Gyroscope à laser en anneau selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une configuration en dipôle d'éléments magnétiques est superposée à l'octopôle

pour renforcer le champ et en étendre l'uniformité.

7. Gyroscope à laser en anneau selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte un rotateur (58) de Faraday en quartz fondu qui est rendu sensiblement résistant aux radiations nucléaires, ce rotateur produisant une polarisation non réciproque des

ondes électromagnétiques.

8. Gyroscope à laser en anneau, caractérisé en ce qu'il comporte une cavité de résonateur définissant un trajet optique fermé (20) et renfermant un milieu à gain, des moyens (12, 14, 16) d'excitation du milieu destinés à produire au moins quatre modes laser dans la cavité afin

que le milieu à gain présente une courbe de gain correspon-

dante pour chaque mode laser, des moyens magnétiques (32, 36, 38, 40) destinés à ajuster le milieu à gain pour produire un décalage de fréquence entre des courbes de gain choisies afin de supprimer l'action laser de modes préalablement choisis dans la cavité, lesdits moyens magnétiques comprenant plusieurs éléments magnétiques dirigés principalement transversalement, extérieurs à la

cavité définissant le trajet optique fermé.

9. Gyroscope à laser en anneau selon la revendication 8, caractérisé en ce que les éléments magnétiques sont des colonnettes de forme cylindrique

réalisées en une matière à aimantation magnétique per-

manente puissante, les pôles nord et sud de chaque élément magnétique étant placés chacun sur des côtés opposés d'un diamètre de chacune desdites colonnettes afin qu'un champ magnétique passe dans un plan qui est orthogonal à ladite colonnette.

10. Gyroscope a laser en anneau selon la revendication 9, caractérisé en ce que les éléments magnétiques sont disposés dans un corps monolithique (11), chaque élément magnétique étant disposé dans une chambre orientée transversalement, un accord grossier des éléments magnétiques étant réalisé par rotation de chaque élément

dans sa chambre autour de son axe.

11. Gyroscope à laser en anneau selon la revendication 10, caractérisé en ce que des éléments magnétiques, produisant chacun un champ magnétique de force égale, sont disposés en nombres égaux le long de chaque côté d'un segment du trajet à l'intérieur du corps monolithique, afin que la force du champ magnétique soit

équilibrée le long dudit segment dudit trajet.

12. Gyroscope à laser en anneau selon la revendication 11, caractérisé en ce que quatre éléments magnétiques sont configurés de façon à former un octopôle pour produire un champ magnétique uniforme dans un segment

du trajet fermé.

13. Gyroscope à laser en anneau selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'une configuration en

dipôle d'éléments magnétiques est imposée sur l'octopôle pour renforcer le champ et en étendre l'uniformité.