FR2745908A1 - Interferometre pour l'etude du postulat relativiste - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un interféromètre permettant d'étudier l'influence sur la vitesse de la lumière d'une translation telle que celle de la Terre sur son orbite par un effet du premier ordre résultant d'une méthode d'interférométrie dynamique exploitant les battements entre deux faisceaux dont les axes convergent selon un angle au sommet duquel est disposé un filtre spatial derrière lequel l'élément photosensible d'un détecteur recueille l'énergie lumineuse résultant de l'addition de deux ondes dont les fréquences devraient être différentes dans la logique d'un référentiel galiléen, sauf si le déplacement de l'appareil dans ce référentiel est nul ou parallèle à la bissectrice intérieure de l'angle aigu que forment les deux faisceaux, émis par deux sources distinctes mais identiques. Un fréquencemètre analyse le signal.

Description

La présente invention a pour objet un interféromètre permettant de vérifier la validité éventuelle du postulat d'invariance de la vitesse de la lumière par un effet du premier ordre.

Ce postulat est en effet démenti quotidiennement dans les bureaux d'étude,les laboratoires et ateliers où on élabore des gyromètres optiques selon des critères de calcul qui font apparaître que pour l'observateur embarqué tournant avec le gyromètre, le temps mis par la lumière pour parcourir la fibre optique dans un sens n'est pas le même que le temps qu'elle met à parcourir la même longueur de fibre optique dans le sens opposé, ce qui revient à dire que pour cet observateur,il existe bien une vitesse de la lumière qui vaut c+v et une autre vitesse de la lumière qui vaut c-v. Les calculs montrent que la vitesse v ainsi mesurée est bien la vitesse tangentielle sur l'anneau de fibre optique et que le second vecteur d'une rotation, à savoir l'accélération centripète n'est d'aucun effet sur les photons,ce qui confirme leur absence d'inertie.

Cette vitesse tangentielle étant équivalente à une translation, le problème se ramène à la mettre en évidence d'une manière plus efficace que l'expérience de
Michelson-Morley, dont la disposition en allers-retours ne laisse subsister de la vitesse de translation de la
Terre sur son orbite qu'un résidu du second ordre dont la valeur ne dépasse pas 3 mètres par seconde alors que la précision atteinte par la plus récente éxécution connue de cette expérience est de +/-110 mètres par seconde.

Les procédés d'interférométrie statique antérieuments décrits par l'auteur de la présente invention pour tenter de mesurer des translations de l'appareil relativement au référentiel sur lequel s'appuie l'effet gyrométrique, en utilisant les différents phénomènes qui expliquent l'effet gyrométrique, mais selon une combinaison différente ne fournissent en réalité que des effets du deuxième et du troisième ordre et n'apportent donc pas le progrès attendu.

La présente invention poursuit le même but, mais par des moyens fondamentalement différents, et qui aboutissent à une équation de mesure non seulement du premier ordre, mais qui exprime directement la vitesse de translation en la rapportant à la longueur d'onde de la radiation utilisée.

Le principe fondamental de l'invention repose sur une considération plus attentive des conséquences devant logiquement résulter de l'existence d'un référentiel de propagation des ondes lumineuses que révèle l'effet gyrométrique Sagnac, et par l'emploi, pour les mettre en évidence d'une méthode d'interférométrie dynamique qui échappe aux limitations qui résultent pour l'interférométrie statique des conséquences de l'effet d'entrainement dont Fresnel a lumineusement démontré la nécessité théorique et dont Fizeau a confirmé expérimentalement 1' l'existence dans les conditions les plus prosaïques.

Cet effet d'entraînement est opportunément passé sous silence par de nombreux auteurs. Or la conjugaison des travaux de Fizeau, qui prouvent l'existence de cet effet d'entrainement dans le cas d'un déplacement intérieur au laboratoire, et de ceux de Fresnel qui démonrent sa nécéssité pour que le mouvement du laboratoire dans le référentiel qu'il appelle ether ne modifie pas les lois de la réfraction constituent dans la logique d' un observateur impartial une sérieuse présomption de 1' existence de ce référentiel.

Les auteurs qui ont dissimulé ces faits ont également travesti l'explication des expériences de Sagnac que leur auteur considérait à juste titre comme une preuve de 1' existence de ce référentiel, et où l'effet d'entrainement, qui n'avait pas été observé par Sagnac parce qu'il opérait dans l'air, apporte dans les gyromètres à fibres optiques l'explication de l'indépendance de leur équation de mesure vis à vis de l'indice de réfraction du milieu de propagation. Cette équation étant par ailleurs strictement galiléenne, c'est seulement à la dissimulation de l'effet d'entrainement de Fresnel que ces auteurs doivent de pouvoir invoquer l'intervention dans ce phénomène de ce qu'ils appellent un effet de l'Espace-Temps.

Dans un laboratoire en déplacement par rapport au référentiel de Sagnac, présumé galiléen, et par analogie avec ce qu'on observe à bord d'un navire en déplacement sur une mer formée, en appelant v la vitesse de ce déplacement relatif, une onde lumineuse se propageant dans son référentiel avec une vitesse c, une fréquence
F0 et une longueur d'onde L0 = c/F0 doit être observée avec une vitesse c-v ,une fréquence F1 = F0 x (c-v)/c et une longueur d'onde L1 = (c-v)/F1 = c/F0 = L0
Ce calcul élémentaire explique déja le caractère tautologique pour le postulat qui nous intéresse des expériences portant sur la résonance d'une cavité dont la longueur exprimée en longueurs d'onde ne varie pas dans les conditions décrites.

I1 convient également d'observer que la quasitotalité des mesures dites de fréquence de radiations lumineuses résultent en réalité de comparaisons interférentielles de longueurs d'onde, et que les expériences visant à mesurer des différences de trajet optique sont réalisées aussi entre deux faisceaux dont les axes de propagation sont superposés pour observer ces interférences, et par conséquent, reprennent à ce moment-là la même fréquence s'ils sont issus d'une même source.

La présente invention a pour objet un appareil qui déjoue ces pièges qu'Einstein qualifiait de raffinés, sans doute pour les avoir lui-même secrètement déjoués.

L'appareil faisant l'objet de l'invention utilise une méthode consistant à observer et mesurer non pas les interférences de deux faisceaux superposés mais les battements de l'intensité lumineuse résultant de la convergence au point de mesure de deux faisceaux provenant de deux sources emettant à la même longueur d'onde.

Dans la logique du référentiel de Sagnac, ces faisceaux présentent deux fréquences légèrement différentes, sauf si le déplacement du laboratoire dans le référentiel est nul ou si ce déplacement est parallèle à la bissectrice intérieure de l'angle aigu formé par les deux faisceaux.

Sinon, en appelant a l'angle entre la direction de chaque faisceau et cette bissectrice, et en supposant la direction du déplacement du laboratoire dans le référentiel étudié perpendiculaire à cette bissectrice, la fréquence des battements de l'intensité lumineuse etant égale à la différence des fréquences des deux ondes, 1' équation de mesure de l'appareil s'établit de la manière suivante, en appelant Fb la fréquence de battement:
Fb = F1 - F2
F1 = F0 x (c + v sin a) / c
F2 = F0 x (c - v sin a) / c
Fb = 2 x F0 x v sin a / c
Fb = 2 x v sin a / L0
Dans les conditions d'un laboratoire terrestre si la bissectrice des faisceaux est orientée vers le soleil la fréquence de battement devrait atteindre
100 GHz x sin a pour LO = 0,6 microns
Même avec un angle a très faible, l'observation visuelle est excluse, mais la mesure par un élément photosensible relié à un fréquencemètre ne présente pas des difficultés insurmontables, et relève de l'instrumentation courante si on se contente d'une mise en évidence qualitative du phénomène.

Pour que la mesure porte sur les battements résultant de l'addition des énergies des deux ondes totalisées sur une demi-période de chacune d'elles, elle doit être faite de préférence en lumière polarisée dont la vibration soit dirigée parallèlement au plan contenant l'angle formé par les axes des deux faisceaux, et en tout cas l'élément photosensible doit être placé derrière un filtre spatial reproduisant en bandes alternativement transparentes et opaques la figure d'interférence que donnent ces deux faisceaux lorsqu'ils ont même fréquence.

Ce filtre spatial est donc constitué d'une ou plusieurs fente(s) présentant une largeur ne dépassant pas
L0 / 4 sin (a + u) en appelant u le demi-angle de divergence de chaque faisceau. Si l'angle < a + u) est suffisamment faible, le filtre spatial peut être constitué par la largeur de l'élément photosensible dans le plan de la figure.La surface de cet élément doit dépasser le moins possible ses dimen sions utiles pour ne pas accroître inutilement sa capacité qui limite sa réponse en fréquence, et il doit donc être placé le plus près possible de la fente.

Les deux faisceaux ne doivent pas être issus de la même source, comme cela était indiqué dans la demande de brevet citée comme priorité interne, car alors, malgré les différences de vitesse et de fréquence, la somme des contributions au chemin optique allant de la source à un point de la figure de diffraction de la projection sur ce chemin optique de la vitesse du laboratoire dans le référentiel étudié constitue un invariant du premier ordre.

Cela est démontré par le procédé interférentiel utilisé pour la gravure des réseaux de spectrographes.

En raison de la limite temporelle de cohérence des sources utilisées, et du déphasage de ces discontinuités, l'affichage des battements étudiés sur l'écran d'un oscilloscope peut présenter des difficultés, mais cette difficulté n'existe pas pour un fréquencemètre qui opère par comptage des passages montants ou descendants du signal par une valeur prédéterminée, ce temps pouvant être très largement assez long pour effacer ces perturbations dans une moyenne statistiquement précise.

La Figure 1 représente un interféromètre de laboratoire pour la mise en oeuvre du procédé d'interférométrie dynamique qui vient d'être décrit. La Figure 2 représente un tachymètre dérivé de cet interféromètre en vue de prendre le relai d'un accéléromètre sur une plateforme de navigation dans le cas de vitesses élevées et d'accé lérations faibles ou nulles, par exemple navigation spatiale et particulièrement navigation interplanétaire. Ce tachymètre peut aussi servir de senseur de direction du soleil pour effectuer un point de navigation astronomique sans visibilité, par exemple d'un sous-marin en plongée.

Sur la Figure 1 sont représentés les éléments suivants:
(1,3) Sources lumineuses monochromatiques cohérentes identiques, par exemple lasers ou diodes laser collimatées.

(2,8) Polariseurs transmettant une lumiere pola risée dont la vibration est parallèle au plan de la figure,afin que les interférences se manifestent par des bandes perpendiculaires à ce plan.

Le faisceau issu de la source (1) ayant traversé le polariseur (2) se dirige à travers les prismes (10) et (11) vers le miroir (7) où il se réfléchit en direction du prisme recomposeur (4). L'autre faisceau issu de la source (3) ayant traversé le polariseur (8) en direction du recomposeur (4) à travers les prismes (12) et (13).

Les deux faisceaux s'additionnent dans le recomposeur (4) et sont ensuite dirigés vers la fente (5) par le miroir (9) disposé là pour replier le trajet optique afin de rendre l'appareil plus compact et donc plus rigide.

Derrière la fente (5) dont le grand axe est perpendiculaire au plan de la figure, et le plus près possible de cette fente est diposé l'élement photosensible du détecteur (6) dont la réponse est analysée par un fréquencemètre non représenté.

Les prismes (10,11,12,13) sont des prismes identiques et d'angle faible disposés par paires (10,11) et (12,13). Dans chaque paire les déviations de chacun des 2 prismes sont au départ orientées perpendiculairement au plan de la figure, et en directions opposées, et les auttres prismes et miroirs du systèmes sont alors réglés de manière à obtenir une superposition parfaite des deux faisceaux sortants, et donc l'absence de tout battement de l'intensité lumineuse traversant la fente (5), si les deux sources emettent rigoureusement à la même longueur d'onde, ou sinon des battements de fréquence invariable avec l'orientation de l'appareil.

On imprime alors à chacun des deux prismes(10,12) une rotation d'un angle faible et de même sens, et du même angle mais dans le sens opposé aux deux prismes(11,13)
Dans l'hypothèse du réferentiel galiléen on devrait alors mesurer sur le fréquencemètre la fréquence des battements de l'intensité lumineuse traversant la fente (5), et la variation de fréquence de ces battements suivant l'orientation donnée à l'appareil par rotation du plateau tournant (14) sur lequel il est fixé.

Sur la Figure 2 sont représentés les éléments suivants:
(20,21) Sources lumineuses monochromatiques cohérentes telles que diodes laser collimatées à émission polarisée, le boitier de ces diodes étant orientés de manière que la vibration de la lumière polarisée soit dirigée parallèlement au plan de la figure.

(22) Biprisme comportant une face d'entrée plane et une face de sortie présentant l'aspect d'un dièdre dont l'arète est perpendiculaire au plan de la figure.

(23) Réseau plan constitué de fentes dont le grand axe est perpendiculaire au plan de la figure.

(24) Elément photosensible du détecteur (25) dont un équipement électronique de type connu analyse le signal et le transforme en une donnée exprimant la composante dans la direction de mesure de l'appareil du déplacement du vehicule dont le système de navigation comporte autant de tachymètres de ce type que d'axes de coordonnées dans le référentiel qui lui a été assigné. La direction de mesure est parallèle au plan de la figure, et perpendiculaire à la bissectrice de l'angle formé par les axes des deux faisceaux.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1) Interféromètre caractérisé par l'utilisation d'un procédé d'interférométrie dynamique consistant à mesurer les battements de l'intensité lumineuse recueillie à travers un filtre spatial (5,23) recevant sous des incidences différentes deux faisceaux de lumière monochromatique cohérente provenant de deux sources distinctes (1 et 3, 20 et 21) de caractéritiques spectrales identiques.

2) Interféromètre selon la revendication 1 dans lequel les deux faisceaux sont composés après avoir traversé des moyens optiques générateurs de différence entre les deux faisceaux, caractérisé en ce que la différence ainsi générée est une déviation de l'axe optique de propagation.

3) Interféromètre selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les moyens optiques traversés séparement par les deux faisceaux sont des couples de prismes (10,11,12,13) dont l'orientation autour de l'axe optique incident produit une déviation de l'axe optique sortant qui peut être ainsi réglée avec la plus grande précision.

4) Interféromètre selon la revendication 1 carac térisé en ce que la convergence des deux faisceaux sur le filtre spatial (23) résulte de l'interposition d'un biprisme (22).

5) Interféromètre selon la revendications 1 caractérisé en ce que le filtre spatial (23) est un réseau-plan

6) Interféromètre selon la revendication 1 caractérisé en ce que le filtre spatial (5) est une fente

7) Interféromètre selon la revendication 1 caractérisé en ce que le filtre spatial est constitué par la largeur limitée de l'élement photosensible.