FR3120453A1 - Générateur d’un signal lumineux modulé anti-effet Kerr, dispositif de mesure interférométrique comportant un tel générateur et méthode de modulation d’un signal lumineux - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un générateur d’un signal lumineux modulé (Smod) anti-Kerr comportant une source primaire de lumière (2) présentant quatre modes longitudinaux ou moins et configurée pour générer un signal lumineux et des moyens de modulation (4) configurés pour moduler la puissance du signal lumineux par un signal de commande (50) de type carré ou créneau dont le rapport cyclique est inférieur ou égal à 50% et qui sont adaptés pour que le signal lumineux modulé (Smod) soit périodique et présente :- en un premier point du signal (Smod), une première valeur de puissance (PMes) égale au produit de sa puissance moyenne ( ) par un gain comprise entre 1,6 et 2,4,- en un deuxième point du signal (Smod), une deuxième valeur de puissance (Pmin) non nulle et différente de la première valeur de puissance (PMes). L’invention concerne également une méthode de modulation et un dispositif de mesure. Figure pour l’abrégé : Fig. 2
Description
La présente invention concerne le domaine de l’optique, notamment de la propagation de faisceaux lumineux issus d’une source lumineuse, par exemple d’un laser.
L’invention concerne tout particulièrement un générateur d’un signal lumineux modulé anti-effet Kerr, un dispositif de mesure interférométrique comportant un tel générateur et une méthode de modulation d’un signal lumineux.
L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des mesures de paramètres physiques réalisées à l’aide notamment d’un interféromètre de Sagnac. De façon préférée, l’invention s’applique à la réalisation d’un gyromètre à fibre optique.
Arrière-plan technologique
La illustre un gyromètre à fibre optique 1a qui comporte classiquement :
- un générateur 2a de signal lumineux,
- un interféromètre de Sagnac 3a, dans lequel se propagent un premier signal lumineux et un deuxième signal lumineux mutuellement contra-propagatifs, ledit interféromètre de Sagnac 3a comprenant
- un port d’entrée/sortie 4a recevant, dans un sens aller 5a, un signal lumineux d’entrée,
- un séparateur optique 6a connecté, d’une part audit port d’entrée 4a et, d’autre part, à un premier bras 7a et à un deuxième bras 8a dudit interféromètre de Sagnac 3a,
- une boucle de fibre optique 9a dont une première extrémité est couplée au premier bras 7a et une deuxième extrémité est couplée au deuxième bras 8a, configurée pour qu’une rotation du gyromètre 1a dans le plan de la figure 1 engendre un déphasage entre les signaux contra-propagatifs se propageant dans la boucle 9a,
- le port d’entrée/sortie 4a transmettant, dans un sens retour 10a opposé au sens aller 5a, un signal lumineux de sortie présentant une puissance lumineuse de sortie qui est fonction du déphasage entre les deux signaux contra-propagatifs,
- un photodétecteur 11a, configuré pour recevoir le signal de sortie et pour délivrer un signal électrique représentatif de la puissance lumineuse de sortie, et
- un coupleur optique 12a qui couple, dans le sens aller 5a, le générateur 2a de signal lumineux audit port d’entrée/sortie 4a et, dans le sens retour 10a, le port d’entrée/sortie au photodétecteur 11a.
Un tel dispositif de mesure interférométrique 1a peut par exemple être utilisé dans un gyromètre interférométrique à fibre optique (« Interferometric Fiber-Optic Gyroscope» ou « I-FOG» en anglais), le paramètre physique à mesurer étant dans ce cas une rotation.
Dans la plupart des gyromètres à fibre optique actuels, le générateur de signal lumineux comporte une source lumineuse qui émet un signal lumineux dont la bande spectrale s’étend sur une largeur comprise classiquement entre quelques nanomètres et quelques dizaines de nanomètres. Par exemple, la source est classiquement une source dite ASE (« Amplified Spontaneous Emission », en langue anglaise) ou encore une source dite SLED (« Superluminescent Light Emitting Diode », en anglais). L’emploi de telles sources présente d’une part l’avantage de limiter les effets de non-linéarité dans la fibre (par exemple l’effet Kerr détaillé ci-après) qui induisent un biais dans les mesures, et présente d’autre part l’avantage de limiter les interférences optiques parasites et le retour Rayleigh qui sont des sources de bruit perturbant les mesures.
Toutefois, ces sources présentent plusieurs inconvénients, parmi lesquels une forte consommation électrique, un coût de production élevé, un encombrement surfacique important, une élévation thermique importante en fonctionnement, ou encore un facteur d’échelle peu satisfaisant et la présence de bruit de type RIN (« Relative Intensity Noise », en langue anglaise) dans la mesure de la rotation.
Les sources monofréquence, autrement appelées sources monomodes, telles que les diodes laser, notamment les diodes de type DFB (« Distributed Feed-Back ») permettent de résoudre les inconvénients des sources à large spectre. Toutefois, bien qu'elles aient déjà été envisagées pour la réalisation d'interféromètres, leur usage s'est fortement réduit au profit des sources à large spectre, notamment en raison de l'importance de l'effet Kerr qu'elles génèrent.
L’effet Kerr désigne un phénomène électro-optique de biréfringence, c’est-à-dire une variation de l’indice de réfraction d’un matériau sous l’effet d’un champ électrique. Dans un gyromètre à fibre optique, ce champ électrique est généré par les champs électriques des signaux contra-propagatifs et chacun des faisceaux contra-propagatifs subit donc un effet Kerr auto-induit et un effet Kerr induit par l’autre signal contra-propagatif.
Ainsi dans un gyromètre à fibre optique, l’effet Kerr engendre un déphasage Δϕk entre les deux signaux contra-propagatifs, que les moyens de mesures du gyromètre, ici le photodétecteur 11a, ne sont pas capable de distinguer du déphasage Δϕr engendré par la rotation. L’effet Kerr fausse donc le résultat de la mesure de la rotation.
Il convient de noter ici que dans le domaine des mesures interférométriques, il est classique de définir un sens de propagation de référence dans la boucle optique. Dans un tel cas, on parle alors d’un signal co-propagatif, c’est-à-dire se propageant dans le sens de référence, et d’un signal contra-propagatif se propageant dans le sens contraire. A des fins de simplification, aucun sens de référence n’a été défini ici et les deux signaux sont considérés être contra-propagatifs l’un par rapport à l’autre.
Il a été observé que dans un gyromètre à fibre optique, le déphasage Δϕk généré par l’effet Kerr s’exprime par la formule suivante :
Avec l’équilibrage des voies de Sagnac, c’est-à-dire le rapport entre les puissances optiques moyennes (mesurées sur un nombre entier de périodes de modulation) de chacune des deux voies de l’interféromètre, PM esla puissance de sortie au point de mesure, k le nombre d’onde optique et L la longueur de fibre optique.
Le facteur est une grandeur caractéristique de la fibre optique, représentative de la variation d’indice de réfraction induite par les signaux contre-propagatifs. Dans une fibre optique en silice, ce facteur dépend de la susceptibilité diélectrique de la silice et est environ égal à 2x10-15μW-1. Cette grandeur caractéristique est notamment détaillée dans l’ouvrage« The fiber - optic gyroscope », H. C . Lefèvre, Artech House, Second Edition, 2014, Chapitre 7.3.
Le facteur est une constante proche de 2 ou égale à 2, par exemple comprise entre 1,6 et 2,4, dont la valeur est propre à une structure de gyromètre. Cette valeur est déterminée par étalonnage en réalisant une mesure de référence, par exemple une mesure de la vitesse de rotation de la terre en positionnant le gyromètre suivant deux orientations opposées de manière à retrouver la valeur Kerr par sommation des deux résultats, et en ajustant – dans l’électronique de la source – la valeur de α qui annule ce résidu.
Il est donc apparent que le déphasage Δϕk induit par l’effet Kerr est nul lorsque le rapport entre la puissance au point de mesure PMeset la puissance de sortie moyenne <P> est égal au facteur α.
Cette condition serait notamment remplie pour un signal lumineux carré idéal, de rapport cyclique (rapport de la durée de l’état haut sur la période du signal lumineux) égal à 50% ; toutefois, il est très difficile d’obtenir un tel signal lumineux. En effet, bien qu’il soit possible de commander une source lumineuse, notamment laser, avec un signal électrique carré quasiment idéal, les caractéristiques intrinsèques de la diode laser et de son circuit d’alimentation font que le signal lumineux est déformé et ne présente pas un rapport cyclique identique à celui du signal de commande. Il est donc difficile de respecter le rapport susmentionné entre la puissance au point de mesure PMeset la puissance moyenne <P>.
La présente invention apporte une solution aux problèmes susmentionnés
Selon un aspect, il est proposé un générateur d’un signal lumineux modulé anti-Kerr comportant une source primaire de lumière présentant quatre modes longitudinaux ou moins et configurée pour générer un signal lumineux, et des moyens de modulation du signal lumineux configurés pour moduler la puissance du signal lumineux par un signal de commande de type carré ou créneau dont le rapport cyclique est inférieur ou égal à 50% et qui sont adaptés pour que le signal lumineux modulé soit périodique et présente :
- en un premier point du signal, une première valeur de puissance égale au produit de sa puissance moyenne par un gain compris entre 1,6 et 2,4,
- en un deuxième point du signal, une deuxième valeur de puissance non nulle et différente de la première valeur de puissance.
- en un premier point du signal, une première valeur de puissance égale au produit de sa puissance moyenne par un gain compris entre 1,6 et 2,4,
- en un deuxième point du signal, une deuxième valeur de puissance non nulle et différente de la première valeur de puissance.
L’utilisation de deux valeurs de puissance non nulles permet de compenser l’effet de la déformation du signal sur le rapport entre la puissance mesuré et la puissance moyenne. Grâce à l’invention, le générateur de signal lumineux fournit un signal modulé pouvant être transmis dans un interféromètre de Sagnac, en particulier un gyromètre à fibre optique, sans générer d’effet Kerr ou en générant un effet Kerr fortement réduit.
Selon un mode de réalisation, le signal de commande présente un rapport cyclique strictement inférieur à 50%.
Régler volontairement le rapport cyclique sur une valeur inférieure à 50% (qui peut être vue comme une déformation volontaire du signal), plutôt que sur une valeur égale à 50% , permet d’assurer l’existence d’une deuxième valeur de puissance non nulle qui permette de respecter le rapport susmentionné entre la première valeur de puissance et la puissance moyenne, malgré les déformations du signal lumineux par rapport au signal de commande.
Selon une variante de réalisation, la source primaire de lumière peut être une diode laser.
Une diode laser présente avantageusement une faible consommation électrique, un faible coût de production, un encombrement surfacique réduit, un facteur d’échelle satisfaisant du fait de la stabilité en longueur d’onde et une élévation thermique en fonctionnement modérée. En outre, la présence de bruit de type RIN (Relative Intensity Noise, en langue anglaise) dans la mesure de la rotation est extrêmement réduit. Le générateur selon l’invention est ainsi fortement amélioré.
Selon un mode de réalisation, le gain est égal à 2.
Ainsi, le gain est une bonne estimation de la valeur du facteur α. Préférentiellement, le gain est choisi pour être égal au facteur α.
Selon une variante, les moyens de modulation comportent des moyens d’ajustement de la deuxième valeur de puissance du signal lumineux.
Selon un mode de réalisation, les moyens de modulation comportent des moyens d’ajustement du rapport cyclique du signal de commande.
Les moyens d’ajustement de la deuxième valeur de puissance et/ou du rapport cyclique permettent d’ajuster la modulation de façon optimale selon l’application envisagée.
Selon un mode de réalisation, la première valeur de puissance est la valeur maximale de la puissance du signal lumineux modulé.
Préférentiellement, la deuxième valeur de puissance est la valeur de puissance minimale du signal lumineux modulé.
Selon un mode de réalisation, le générateur comporte une boucle d’asservissement délivrant un signal d’asservissement représentatif de la différence entre la première valeur et la puissance moyenne du signal lumineux modulé multipliée par le gain, les moyens de modulation étant commandés par le signal d’asservissement.
Une boucle d’asservissement permet avantageusement de s’affranchir d’un réglage manuel du générateur. En outre, la précision de la modulation est améliorée puisque la boucle d’asservissement permet un ajustement dynamique de la modulation.
Selon un mode de réalisation, la boucle d’asservissement comporte un photodétecteur configuré pour recevoir une partie au moins du signal lumineux modulé et pour délivrer un premier signal représentatif de la puissance du signal lumineux, un premier filtre configuré pour délivrer un deuxième signal égal à la valeur moyenne du premier signal multipliée par le gain, un deuxième filtre configuré pour délivrer un troisième signal égal à la première valeur, un module d’asservissement configuré pour comparer le deuxième signal et le troisième signal et pour délivrer le signal d’asservissement représentatif de la différence entre le deuxième signal et le troisième signal.
Selon un mode de réalisation, la source primaire de lumière comprend un photodétecteur intégré.
Le générateur gagne ainsi en compacité, par rapport à un générateur comportant un photodétecteur distinct de la source primaire de lumière
Selon un mode de réalisation, les moyens de modulation sont adaptés pour moduler l’alimentation électrique de la source primaire de lumière.
Selon un mode de réalisation, les moyens de modulation comprennent un modulateur optique situé en aval de la source primaire de lumière.
Selon un autre aspect, il est proposé une méthode pour moduler un signal lumineux émis par une source primaire de lumière présentant quatre modes longitudinaux ou moins, comportant une étape de modulation du signal lumineux par un signal de commande de type carré ou créneau dont le rapport cyclique est inférieur ou égal à 50% de façon que le signal lumineux modulé soit périodique et présente :
- en un premier point du signal, une première valeur de puissance égale au produit de sa puissance moyenne par une constante comprise entre 1,6 et 2,4,
- en un deuxième point du signal, une deuxième valeur de puissance différente de la première valeur de puissance et non nulle.
- en un premier point du signal, une première valeur de puissance égale au produit de sa puissance moyenne par une constante comprise entre 1,6 et 2,4,
- en un deuxième point du signal, une deuxième valeur de puissance différente de la première valeur de puissance et non nulle.
Selon un mode de mise en œuvre, le rapport cyclique du signal de commande est strictement inférieur à 50%.
Selon un mode de réalisation, le gain est égal à 2.
Selon un mode de mise en œuvre, l’étape de modulation comporte un ajustement de la deuxième valeur de puissance du signal lumineux.
Selon un mode de mise en œuvre, l’étape de modulation comporte un ajustement de la valeur du rapport cyclique du signal lumineux.
Selon un mode de mise en œuvre, l’étape de modulation comporte un asservissement de la modulation par un signal d’asservissement représentatif de la différence entre la première valeur et la puissance moyenne du signal lumineux multipliée par le gain.
Selon un mode de mise en œuvre, l’étape de modulation comporte une modulation de l’alimentation électrique de la source primaire de lumière.
Selon un mode de mise en œuvre, l’étape de modulation comporte une modulation optique du signal lumineux émis par la source primaire de lumière.
Selon un mode de mise en œuvre, la méthode comporte un asservissement de la modulation par un signal de synchronisation extérieur.
Selon un autre aspect, il est proposé un dispositif de mesure interférométrique comportant un générateur de signal lumineux modulé selon l’invention.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de mesure interférométrique est un gyromètre à fibre optique.
Les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
Brève description des figures
De plus, diverses autres caractéristiques de l’invention ressortent de la description annexée effectuée en référence aux dessins qui illustrent des formes, non limitatives, de réalisation de l’invention et où :
Il est à noter que sur ces figures les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différentes variantes peuvent présenter les mêmes références.
Diverses autres modifications peuvent être apportées à l’invention dans le cadre des revendications annexées.
Description détaillée
Le générateur 1 de signal lumineux modulé illustré sur la comporte une source primaire de lumière 2 configurée pour générer un signal lumineux présentant un seul mode longitudinal. La source primaire 2 est ici alimentée par une source de courant 3 et délivre un signal lumineux Smod modulé par des moyens de modulation 4, ou circuit de modulation, de façon à présenter une première valeur de puissance, ou valeur haute, et une deuxième valeur de puissance, ou valeur basse.
Dans cet exemple, la source primaire de lumière 2 est une diode laser intégrée de type DFB, comportant classiquement une jonction PN, un guide d’onde et une cavité optique de résonnance comportant un réseau de Bragg. Une diode de type DFB est configurée pour délivrer un signal lumineux monofréquence.
La source de courant 3 comporte ici un module d’alimentation en tension 7 délivrant, au niveau d’une borne intermédiaire d’alimentation 8, une tension intermédiaire et un circuit de conversion tension-courant 9 délivrant, au niveau d’une borne principale d’alimentation 10, le courant d’alimentation Ic à la source primaire de lumière 2.
Le module d’alimentation en tension 7 comporte une première borne d’alimentation 11 configurée pour délivrer une première tension d’alimentation V1, par exemple ici 3 volts, une deuxième borne d’alimentation 12 configurée pour délivrer une deuxième tension d’alimentation V2, pouvant prendre ici par exemple toute valeur comprise entre 0 et 1 volt, et un interrupteur bidirectionnel 13 couplé entre les deux bornes d’alimentation 11, 12 et la borne intermédiaire 8.
L’interrupteur bidirectionnel 13 est configuré pour être soit dans une première configuration dans laquelle le circuit de conversion courant-tension 9 est couplé à la première borne d’alimentation 11, soit dans une deuxième configuration dans laquelle le circuit de conversion 9 est couplé à la deuxième borne d’alimentation 12. Par exemple, l’interrupteur bidirectionnel 13 est ici un circuit intégré à semi-conducteur. L’interrupteur bidirectionnel 13 est commandé électriquement par un signal de commande 50, ou signal de commande de la modulation.
Les moyens de modulation 4 sont ici configurés pour régler les paramètres de la modulation, c’est-à-dire ici la valeur de la deuxième tension d’alimentation V2 et donc la deuxième valeur de puissance, et sont configurés pour régler le rapport cyclique par la commande de l’interrupteur bidirectionnel 13.
Les moyens de modulation 4 sont ici configurés pour délivrer le signal de commande 50, qui commande ici l’interrupteur bidirectionnel 13 et qui est un signal carré pouvant être soit dans un état haut, soit dans un état bas. Par exemple ici, les moyens de modulation 4 comportent une interface de communication 60, par exemple un connecteur ou un bornier, permettant de recevoir le signal de commande 50 depuis l’extérieur, par exemple depuis des moyens de commande centralisés MC d’un interféromètre auquel le générateur de signal lumineux 1 est couplé.
Les moyens de commande MC du gyromètre sont configurés pour délivrer le premier signal de commande 50 ayant ici un rapport cyclique fixe inférieur à 50%, par exemple 47%.
L’interrupteur bidirectionnel 13 est configuré pour être dans sa première configuration lorsque le signal de commande 50 est dans l’état haut et dans sa deuxième configuration lorsque le signal de commande 50 est dans l’état bas.
Les moyens de modulation 4 comportent des moyens d’ajustement 61 de la valeur de la deuxième tension d’alimentation V2. Par exemple, les moyens d’ajustement 61 comprennent un potentiomètre réglable mécaniquement de façon à ajuster la valeur de la deuxième tension d’alimentation entre 0 volt et 1 volts. Sur la , l’action des moyens d’ajustement 61 sur la deuxième tension V2 est symbolisée par une flèche référencée 51.
Ainsi, en faisant varier de façon périodique la tension délivrée par la borne intermédiaire d’alimentation 8, le signal de commande 50 module la valeur de l’intensité du courant d’alimentation Ic et donc la valeur de la puissance du signal lumineux modulé Smod émis par la source primaire de lumière 2.
Le signal lumineux modulé Smod émis par la source primaire de lumière 2 présente donc la première valeur de puissance, par exemple ici égale à 2mW, lorsque la source primaire de lumière est alimentée par la première tension V1, et la deuxième valeur de puissance inférieure à la première valeur de puissance lorsque la source primaire de lumière 2 est alimentée par la deuxième tension V2. La deuxième valeur de puissance est ajustable par l’ajustement de la deuxième tension V2. Puisqu’aucune des deux tensions V1 et V2 n’est nulle, aucune des deux valeurs de puissance du signal modulé n’est nulle et le signal lumineux modulé Smod ne présente pas d’extinction.
Ici, les fonctions de transfert de la source de courant 3 et de la source primaire de lumière 2 sont telles que le signal lumineux modulé Smod est déformé et ne présente pas un rapport cyclique identique à celui du signal de commande 50. En particulier, le signal modulé Smod est déformé de façon qu’il n’est pas un signal carré ; il est donc difficile d’en déterminer un rapport cyclique.
Le générateur 1 comporte en outre un photodétecteur 24 configuré pour recevoir une partie du signal lumineux modulé Smod et pour délivrer un signal de mesure Sm représentatif de la puissance du signal lumineux modulé Smod. Ici, le photodétecteur est une photodiode intégrée.
Ici, le photodétecteur 24 est intégré au fond de la cavité de la diode laser et reçoit toute la puissance du signal lumineux émise de ce côté. En variante, le photodétecteur peut être situé à l’extérieur de la diode laser 2, en aval de la diode laser 2 relativement au sens de propagation du signal lumineux de façon à recevoir une partie de la puissance optique du signal lumineux, par exemple 5%.
La deuxième valeur de puissance peut donc ici être ajustée, notamment en fonction de la valeur du signal de mesure et d’opérations effectuées sur celui-ci.
La est un chronogramme représentant l’évolution de la valeur du signal de commande 50 et de la valeur de la puissance du signal lumineux modulé Smod délivré par le générateur de signal lumineux 1, ou puissance de sortie Ps. Le signal de commande 50 est ici un signal carré présentant un rapport cyclique de 47%.
Le signal lumineux modulé Smod est ici substantiellement déformé par rapport au signal de commande 50. Cette déformation est notamment due à l’architecture du générateur de signal lumineux 1, aux matériaux employés et aux conditions dans lesquelles la génération du signal modulé Smod est mise en œuvre. Le signal lumineux modulé Smod ne présente pas d’extinction ou, en d’autres termes, présente un état bas (ou minimal) non nul.
Ici, compte tenu de la forme du signal modulé Smod, la puissance moyenne <P> du signal Smod est égale à 1mW. Ici, l’égalité PMes– α<P> =0 est respectée. Le générateur de signal lumineux 1 permet donc avantageusement de réduire l’effet Kerr.
Dans la variante de réalisation illustrée sur la , le générateur de signal lumineux 1 comporte une boucle d’asservissement comportant un module d’asservissement 15 configurée pour délivrer un signal d’asservissement Sas permettant d’ajuster la valeur de la deuxième tension d’alimentation V2.
Le module d’asservissement 15 est ici configuré pour délivrer un signal d’asservissement Sas représentatif de l’intégration de la différence entre la puissance du signal modulé Smod présentant la première valeur de puissance et la valeur moyenne du signal lumineux modulé Smod multiplié par le gain, ici égal à 2.
Ici, les moyens d’ajustement 61 comportent un potentiomètre analogique commandé par le signal d’asservissement Sas et sont configurés pour asservir la valeur de la deuxième tension d’alimentation V2 sur l’annulation de la différence entre la puissance du signal modulé Smod présentant la première valeur de puissance et la valeur moyenne du signal lumineux modulé Smod multiplié par le gain .
Le module d’asservissement 15 comporte une première branche 16 et une deuxième branche 17 chacune configurée pour recevoir un premier signal, ici le signal de mesure Sm. Le module d’asservissement 15 comporte en outre un soustracteur 18 comportant une première entrée couplée à la première branche 16, une deuxième entrée couplée à la deuxième branche 17 et un intégrateur 19.
La première branche 16 est configurée pour réaliser des opérations sur le signal de mesure Sm de façon à délivrer à la première entrée du soustracteur 18 un deuxième signal S2 dont la valeur est représentative de la moyenne de la puissance du signal modulé Smod multipliée par le gain, ici égal à 2. Par exemple ici, la première branche comporte un filtre passe-bas 20 et un amplificateur 21 présentant le gain, couplés en série entre le photodétecteur 24 et le soustracteur 18.
La deuxième branche 17 est configurée pour réaliser une opération sur le signal de mesure Sm de façon à délivrer à la deuxième entrée du soustracteur 18 un troisième signal S3 dont la valeur est représentative de la valeur maximale de puissance du signal modulé Smod. Par exemple ici, la deuxième branche 17 comporte un détecteur de crête 22 qui comporte classiquement un circuit résistif-capacitif et au moins une diode.
Le soustracteur 18 est ici configuré pour établir la différence des valeurs des signaux S2, S3 issus des première et deuxième branche 16, 17 et pour délivrer un quatrième signal S4 représentatif de ce cette différence. Par exemple ici, le soustracteur 18 comporte un amplificateur différentiel.
Le quatrième signal S4 est transmis à l’intégrateur 19 qui intègre le quatrième signal S4 de façon à générer le signal d’asservissement Sas commandant la valeur de la deuxième tension d’alimentation V2.
En variante, comme l’illustre la , il serait possible que le module d’asservissement 15 soit configuré pour asservir la valeur du rapport cyclique du signal de commande 50, la valeur de la deuxième tension d’alimentation V2 étant constante ou ajustable manuellement.
Selon ce mode de réalisation, les moyens de modulation 4 comportent un module d’ajustement 62 du rapport cyclique, couplé entre l’interface de communication 60 et l’interrupteur bidirectionnel 13, commandé par le signal d’asservissement Sas et configuré pour ajuster le rapport cyclique du signal de commande 50 et pour délivrer un signal de commande ajusté.
Par exemple, le module d’ajustement 62 comporte un circuit RC, un additionneur et une bascule de Schmitt.
Dans un autre mode de réalisation, le module d’ajustement 62 n’est pas asservi mais permet d’ajuster manuellement la valeur du rapport cyclique. Par exemple, le module d’ajustement comporte un potentiomètre.
Dans le mode de réalisation illustré sur la , le générateur de signal lumineux 1 ne comporte pas de moyens de modulation électronique, mais des moyens de modulation optiques 25 situés en aval de la source primaire de lumière 2 relativement au sens de propagation du signal lumineux émis par la source 2. Les moyens de modulation optique 25 comportent ici un modulateur optique d’intensité configuré pour moduler le signal lumineux généré par la source primaire de lumière 2 de façon à produire le signal lumineux modulé Smod. Ici, le modulateur optique 25 est un modulateur de type Mach Zehnder. Il convient de noter que dans ce mode de réalisation, le photodétecteur 24 n’est pas intégré dans la cavité de la diode laser 2 mais réalisé par un composant distinct. Par exemple, 5% de la puissance du signal lumineux modulé Smod est ici dirigée vers le photodétecteur 24.
La source de courant 3 ne comporte pas ici d’interrupteur bidirectionnel et le courant fourni Ic est de valeur constante. Par exemple, la borne intermédiaire d’alimentation 8 est configurée pour délivrer la première tension d’alimentation V1.
Ici, le signal d’asservissement Sas est transmis aux moyens de commandes qui sont dans cet exemple adaptés à ajuster le rapport cyclique et/ou la deuxième valeur de puissance du signal lumineux.
La illustre un dispositif de mesure interférométrique 1b, ici un gyromètre à fibre optique, comportant
- un interféromètre de Sagnac 3b, dans lequel se propagent un premier signal lumineux et un deuxième signal lumineux contra-propagatifs, ledit interféromètre de Sagnac 3b comprenant
- un port d’entrée/sortie 4b recevant, dans un sens aller 5b, un signal lumineux d’entrée,
- un séparateur optique 6b connecté, d’une part audit port d’entrée 4b et, d’autre part, à un premier bras 7b et à un deuxième bras 8b dudit interféromètre de Sagnac,
- une boucle de fibre optique 9b dont une première extrémité est couplée au premier bras 7b et une deuxième extrémité est couplée au deuxième bras 8b, configurée pour qu’une rotation du gyromètre dans le plan de la figure 7 engendre un déphasage entre les signaux contra-propagatifs se propageant dans la boucle,
- le port d’entrée/sortie 4b transmettant, dans un sens retour 10b opposé au sens aller 5b, un signal lumineux de sortie présentant une puissance lumineuse de sortie qui est fonction du déphasage entre les deux signaux contra-propagatifs,
- un photodétecteur 11b, configuré pour recevoir ladite puissance lumineuse de sortie et pour délivrer un signal électrique représentatif de la puissance lumineuse de sortie,
- un coupleur optique 12b qui couple, dans le sens aller 5b, la source lumineuse audit port d’entrée/sortie 4b, et dans ledit sens retour, le port d’entrée/sortie 4b au photodétecteur 11b,
- un générateur de signal lumineux 2b selon l’invention,
- les moyens de commande MC notamment configurés pour délivrer un signal de commande Sx faisant ici office de signal de synchronisation, dont les caractéristiques sont calculées par les moyens de commande MC en fonction notamment du temps de circulation de la lumière dans le capteur 9b. Ainsi la génération du signal lumineux modulé se fait de façon synchronisée avec le fonctionnement du gyromètre. Les moyens de commandes MC sont en outre configurés pour réaliser, de façon synchronisée, des opérations de modulation de phase et de puissance des signaux lumineux circulant dans le gyromètre 1b, notamment au niveau du séparateur optique 6b.
Dans ce dispositif, les conséquences de l’effet Kerr sont fortement réduites grâce à la présence du générateur selon l’invention.
L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment en lien avec les figures 1 à 7.
Notamment, il a été décrit précédemment un générateur comportant une source primaire de lumière qui est une diode laser de type DFB. Toutefois, l’invention est compatible avec tout type de source lumineuse présentant un nombre de modes inférieur à quatre. Préférentiellement, l’invention est compatible avec une source de lumière monofréquence ou dont le fonctionnement s’apparente à un fonctionnement monofréquence. Par exemple, les diodes laser de type Fabry Pérot, qui émettent sur très peu de modes en laissant des modes secondaires beaucoup moins puissants, sont compatibles avec l’invention.
En outre, la valeur de 47% du rapport cyclique du signal de commande 50 décrit précédemment n’est pas limitative, le signal de commande pouvant présenter tout rapport cyclique inférieur ou égal à 50%.
La puissance maximale du signal lumineux modulé Smod peut prendre préférentiellement toute valeur comprise entre 0.5mW et 20mW, en fonction de la configuration de la source primaire de lumière et de la valeur de la première tension d’alimentation V1. La puissance minimale dépend de la valeur de la puissance maximale et du rapport cyclique, et s’obtient alors par l’ajustement de la deuxième tension d’alimentation conformément à ce qui a été décrit précédemment.
Claims (22)
- Générateur d’un signal lumineux modulé (Smod) anti-Kerr comportant une source laser primaire de lumière (2) présentant quatre modes longitudinaux ou moins et configurée pour générer un signal lumineux, et des moyens de modulation (4) du signal lumineux configurés pour moduler la puissance du signal lumineux par un signal de commande (50) de type carré ou créneau dont le rapport cyclique est inférieur ou égal à 50% et qui sont adaptés pour que le signal lumineux modulé (Smod) soit périodique et présente :
- en un premier point du signal (Smod), une première valeur de puissance (PMes) égale au produit de sa puissance moyenne (<P>) par un gain compris entre 1,6 et 2,4,
- en un deuxième point du signal (Smod), une deuxième valeur de puissance (Pmin) non nulle et différente de la première valeur de puissance (PMes). - Générateur selon la revendication 1, dans lequel le rapport cyclique du signal de commande (50) est strictement inférieur à 50%.
- Générateur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la source de lumière (2) est une diode laser.
- Générateur selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le gain est égal à 2.
- Générateur selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les moyens de modulation (4) comportent des moyens d’ajustement (61) de la deuxième valeur de puissance (Pmin) du signal lumineux.
- Générateur selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les moyens de modulation (4) comportent des moyens d’ajustement (62) du rapport cyclique du signal de commande (50).
- Générateur selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la première valeur de puissance (PMes) est la valeur maximale de la puissance du signal lumineux modulé (Smod).
- Générateur selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant un module d’asservissement (15) délivrant un signal d’asservissement (Sas) représentatif de la différence entre la première valeur (PMes) et la puissance moyenne (<P>) du signal lumineux modulé (Smod) multipliée par le gain, les moyens de modulation (4) étant commandés par le signal d’asservissement (Sas) pour créer une boucle d’asservissement.
- Générateur selon la revendication 8, dans lequel le module d’asservissement (15) comporte un photodétecteur (24) configuré pour recevoir une partie au moins du signal lumineux modulé (Smod) et pour délivrer un premier signal (Sm) représentatif de la puissance du signal lumineux modulé (Smod), un premier filtre (20 , 21) configuré pour délivrer un deuxième signal (S2) égal à la valeur moyenne du premier signal (Sm) multipliée par le gain, un deuxième filtre (22) configuré pour délivrer un troisième signal (S3) égal à la première valeur, un module d’asservissement (18, 19) configuré pour déterminer la différence entre le deuxième signal (S2) et le troisième signal (S3) et pour délivrer le signal d’asservissement (Sas) représentatif de la différence entre le deuxième signal (S2) et le troisième signal (S3).
- Générateur selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la source primaire de lumière (2) comprend une photodiode intégrée.
- Générateur selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel les moyens de modulation (4) sont adaptés pour moduler l’alimentation électrique (Ic) de la source primaire de lumière.
- Générateur selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel les moyens de modulation comprennent un modulateur optique (25) situé en aval de la source primaire de lumière (2).
- Méthode pour moduler un signal lumineux émis par une source primaire de lumière (2) présentant quatre modes longitudinaux ou moins, comportant une étape de modulation du signal lumineux par un signal de commande de type carré ou créneau dont le rapport cyclique est inférieur ou égal à 50% de façon que le signal lumineux modulé (Smod) soit périodique et présente :
- en un premier point du signal (Smod), une première valeur de puissance (PMes) égale au produit de sa puissance moyenne (<P>) par une constante comprise entre 1,6 et 2,4,
- en un deuxième point du signal , une deuxième valeur de puissance (Pmin) différente de la première valeur de puissance (PMes) et non nulle. - Méthode selon la revendication 13, dans laquelle le rapport cyclique du signal de commande est strictement inférieur à 50%.
- Méthode selon la revendication 13 ou 14, dans laquelle le gain est égal à 2.
- Méthode selon l’une quelconque des revendications 13 à 15, dans laquelle l’étape de modulation comporte un ajustement de la valeur de la deuxième valeur de puissance (Pmin) du signal lumineux.
- Méthode selon l’une quelconque des revendications 13 à 16, dans laquelle l’étape de modulation comporte un ajustement de la valeur du rapport cyclique du signal lumineux modulé (Smod).
- Méthode selon l’une quelconque des revendications 13 à 17, dans laquelle l’étape de modulation comporte un asservissement de la modulation par un signal d’asservissement (Sas) représentatif de la différence entre la première valeur de puissance (PMes) et la puissance moyenne du signal lumineux multipliée par le gain.
- Méthode selon l’une quelconque des revendications 13 à 18, dans laquelle l’étape de modulation comporte une modulation de l’alimentation électrique de la source primaire de lumière.
- Méthode selon l’une quelconque des revendications 13 à 18, dans laquelle l’étape de modulation comporte une modulation optique du signal lumineux émis par la source primaire de lumière.
- Dispositif de mesure interférométrique comportant un générateur (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 12.
- Dispositif de mesure interférométrique selon la revendication 21, le dispositif étant un gyromètre à fibre optique.
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| FR2102118A FR3120453B1 (fr) | 2021-03-04 | 2021-03-04 | Générateur d’un signal lumineux modulé anti-effet Kerr, dispositif de mesure interférométrique comportant un tel générateur et méthode de modulation d’un signal lumineux |
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Non-Patent Citations (2)
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| H. C. LEFÈVRE: "The fiber-optic gyroscope", 2014, ARTECH HOUSE |
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