WO2023280992A1 - Interféromètre à fibre optique basé sur une source laser monofréquence et procédé d'interférométrie corrigés des réflexions parasites - Google Patents

Interféromètre à fibre optique basé sur une source laser monofréquence et procédé d'interférométrie corrigés des réflexions parasites Download PDF

Info

Publication number
WO2023280992A1
WO2023280992A1 PCT/EP2022/068942 EP2022068942W WO2023280992A1 WO 2023280992 A1 WO2023280992 A1 WO 2023280992A1 EP 2022068942 W EP2022068942 W EP 2022068942W WO 2023280992 A1 WO2023280992 A1 WO 2023280992A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
source
optical
coil
modulation
power
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/068942
Other languages
English (en)
Inventor
Eric Ducloux
Original Assignee
Ixblue
Centre National D'etudes Spatiales
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ixblue, Centre National D'etudes Spatiales filed Critical Ixblue
Priority to EP22737505.2A priority Critical patent/EP4367475A1/fr
Publication of WO2023280992A1 publication Critical patent/WO2023280992A1/fr

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
    • G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
    • G01C19/727—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers using a passive ring resonator

Definitions

  • Fiber optic interferometer based on a single frequency laser source and method of interferometry corrected for parasitic reflections
  • the present invention relates to the technical field of interferometric systems.
  • an interferometric system of the Sagnac interferometer type comprising a loop or coil of optical fiber.
  • Such an interferometric system finds applications in particular in fiber optic gyroscopes (or FOG for fiber-optic gyroscope), electric current sensor or magnetic field sensor (see “The Fiber-Optic Gyroscope”, H. C. Lefsky, Artech House, Second Publishing, 2014).
  • the invention relates most particularly to an optical fiber interferometer based on a laser source, the interferometer being insensitive to parasitic reflections from the laser source and a method for interferometric measurement corrected for the parasitic reflections induced by the laser source.
  • interferometers There are different types of interferometers based on the use of an optical fiber coil.
  • a source beam is separated into two light beams which are each injected at one end of the fiber optic coil to browse this reel in counter-propagative direction. After having traversed the coil each one only once, the beams are extracted at the two ends of the coil and recombined to form an interferometric beam.
  • the RFOG comprises a device, for example a fiber optic coupler, which redirects the light beams that have already traveled through the fiber optic coil to reinject them and circulate in the coil, so that that they make multiple passes through the coil.
  • the RFOG includes means for modulating or shifting the frequency of each of the counter-propagating beams so as to observe the resonance frequencies of the coil.
  • the resonance frequency corresponds to a condition such that the beams having traversed the coil several times form constructive interference at any point of the coil.
  • the RFOG measures an optical frequency difference between the two counter-propagating beams to deduce a rotation speed.
  • the present invention does not relate to an RFOG, but to a conventional fiber optic interferometer.
  • the light source is a so-called broadband source, that is to say a source emitting a light beam extending over a spectral band generally comprised between a few nanometers and a few tens of nanometers.
  • the source is conventionally a so-called ASE (“Amplified Spontaneous Emission”) source or else a so-called SLED (“Superluminescent Light Emitting Diode”) source.
  • parasitic reflections are a major problem for the noise of the FOG, due to the long coherence length of a monofrequency source.
  • a parasitic reflection interferes with the main signal and generates particularly high noise on the measured power.
  • monofrequency source otherwise called monomode source, means a source configured to emit at most 4 longitudinal modes, or emitting in the emission spectral band of width less than or equal to 1 GHz, at any time t.
  • Laser diodes in particular diodes of the DFB type or with distributed feedback (“Distributed Feed-Back”) are examples of single-frequency sources.
  • Fabry Pérot type laser diodes which emit over a very few modes, leaving much less powerful secondary modes, are here also considered as sources having a monofrequency source operation.
  • One of the aims of the invention is to propose a system and method for optical fiber interferometric measurement based on a monofrequency source and which is insensitive to parasitic reflections.
  • the invention relates to an optical fiber interference meter comprising a light generator, an optical source splitter, an optical fiber coil, an optical coupler-splitter, a photodetector and an electronic signal processing system.
  • the light generator comprising a laser source capable of emitting a source beam
  • the source splitter being capable of transmitting the source beam to the optical splitter-coupler
  • the optical splitter-coupler being capable of splitting the source beam into two secondary beams and injecting each secondary beam at one end of the optical fiber coil so that the two secondary beams propagate in mutually opposite directions in the optical fiber coil, each secondary beam traversing the coil with a travel time ⁇ defining a natural frequency of the coil
  • the optical coupler-splitter being capable of recombining the two secondary beams at the output of the optical fiber coil to form an interference beam
  • the source splitter being capable of transmitting the interference beam to the photodetector.
  • the laser source is configured to emit at most 4 longitudinal modes at each instant t and in that the light generator comprises modulation means adapted to modulate the source beam at a modulation frequency equal to where n is a natural number greater than or equal to 1 and the photodetector and the electronic signal processing system are configured to acquire and process a signal representative of the interference beam at a demodulation frequency equal to
  • the laser source is configured to emit at most 4 longitudinal modes at each instant t. Equivalently, the laser source is configured to present a spectral width less than or equal to 1 GHz at each instant t. In other words, a monofrequency source is used at each instant t.
  • the modulating means are adapted to power modulate the source beam, so that the source beam has a non-zero power at a time t- ⁇ and the source beam has a power zero at times t and t-2 ⁇ .
  • the modulating means are suitable for tuning the laser source in wavelength, so that the laser source emits a first longitudinal mode at a time t- ⁇ and at least one second longitudinal mode, distinct from the first longitudinal mode, at times t and t-2 ⁇ , and in which the electronic signal processing system comprises a filter adapted to suppress a signal detected at a beat frequency between the first longitudinal mode and said at least a second longitudinal mode.
  • the modulating means comprise means for adjusting the temperature and/or electric current of the laser source.
  • the modulating means are suitable for modulating the power of the source beam in a square pattern so that the power value at the measurement point is equal to two times the average value of the power over a range of duration 2 ⁇ around the measurement point.
  • the interferometer comprises control means configured to balance the power of the two secondary beams.
  • the laser source comprises a laser diode, a distributed feedback laser diode or a Fabry-Pérot laser, or any other single-frequency optical source that can be modulated directly or by adding an external modulation.
  • a laser diode for example, mention is made of laser diodes, of the DBR type, with direct or external filtering.
  • the interferometer comprises an optical phase modulator configured to modulate a phase difference between the two secondary beams at a phase modulation frequency equal to
  • the optical phase modulator is configured to modulate the phase difference according to a modulation with M states, per phase modulation period, where M is an even integer less than or equal to 20.
  • the invention also relates to an interferometry method comprising the following steps: emission of a source beam comprising at most 4 longitudinal modes at each instant t; optical separation of the source beam into two secondary beams; injection of each secondary beam at one end of a coil of optical fiber so that the two secondary beams propagate in mutually opposite directions in the coil of optical fiber, each secondary beam traversing the coil with a travel time ⁇ defining a natural frequency of the coil; optical recombination of the two secondary beams at the output of the optical fiber coil to form an interference beam; detection of the incident interference beam on a photodetector, characterized in that the method comprises a step of modulating the source beam at a modulation frequency equal to where n is a natural integer greater than or equal to 1; the detection of interference beam being carried out at a demodulation frequency equal to
  • the interferometric method and system of the invention make it possible to suppress the effects of parasitic reflections in an optical fiber interferometer based on a monofrequency source.
  • Figure 1 is a view of an interferometric system according to the invention
  • FIG. 2 illustrates an example of interferometric phase shift measurement with a two-state phase modulation
  • FIG. 3 illustrates a classic example of interferometric phase shift measurement with two-state phase modulation
  • Figure 4 is a first example of modulation of the source beam according to the present disclosure and measurement of interferometric phase shift with the two-state phase modulation
  • FIG. 5 is a second example of modulation of the source beam according to the present disclosure and of interferometric phase shift measurement with the two-state phase modulation.
  • FIG. 1 represents an optical fiber interferometric system 100 according to an exemplary embodiment.
  • the interferometric system 100 comprises a light generator 1, an optical source splitter 2, a coil of optical fiber 4, an integrated optical circuit 3 comprising an optical coupler-splitter and an electro-optical modulator 31, a photodetector 5 and a system signal processing electronics 6, preferably digital.
  • the light generator 1 comprises a monofrequency laser source 8 which emits a source beam 10.
  • the monofrequency laser source 8 comprises a DFB type laser diode.
  • the light generator 1 also includes an electrical power supply 7, for example a current source, which supplies the laser diode.
  • the laser diode is fiberized.
  • the light generator 1 emits the source beam 10 at a source wavelength, ⁇ , for example of 1550 nm with a spectral width of 10 MHz, over at most 4 longitudinal modes.
  • ⁇ source wavelength
  • Such a monofrequency source has a very long coherence length, of the order of 50 m but which nevertheless remains less than the optical length of the coil.
  • the light power emitted by the source, or source power P0 in this document, is generally constant and between 0.2 mW and 20 mW.
  • the monofrequency laser source 8 is generally a highly polarized source. The management of the polarization is taken into account in a conventional manner in the interferometer, but is not shown in the figures so as not to complicate the description.
  • the optical source splitter 2 is for example a 2 ⁇ 2 fiber optic coupler or a circulator. Alternatively, the optical source splitter 2 comprises an integrated optical waveguide device. The source optical splitter 2 receives the source beam 10 and transmits it in the direction of the integrated optical circuit 3 via a monomode optical fiber.
  • the integrated optical circuit 3 comprises an optical coupler-splitter formed by a Y junction with a waveguide integrated on a planar substrate.
  • the flat substrate is made of lithium niobate or consists of a glass-niobate hybrid assembly.
  • electrodes are deposited along the two secondary branches of the Y junction to form an optical phase modulator 31.
  • the main branch of the Y junction is connected for example via an optical fiber to the output of the source splitter 2.
  • the main branch of the Y junction forms a waveguide polarizer which linearly polarizes the source beam 10.
  • Each of the two secondary branches of the Y junction is connected to one end 41, 42 of the fiber optic coil 4.
  • the optical coupler-splitter receives the source beam 10 which it separates into two secondary beams 11, 12.
  • the two secondary beams 11, 12 are also linearly polarized.
  • Each secondary beam 11, respectively 12, is injected at a end 41, respectively 42, of the optical fiber coil 4.
  • Each secondary beam 11, 12 propagate in mutually opposite directions in the optical fiber coil 4.
  • Each secondary beam 11, 12 traverses the coil only once times with travel time ⁇ .
  • the optical coupler-splitter recombines the two secondary beams 11, 12 at the output of the optical fiber coil 4 to form an interference beam 15.
  • the interference beam 15 propagates from the main branch of the Y junction in the direction of the optical source splitter 2.
  • the optical source splitter 2 transmits the interference beam 15 to the photodetector 5.
  • the photodetector 5 detects a signal representative of the power of the interference beam 15 as a function of time.
  • a signal processing system 6 records the detected signal, which is digitized.
  • the signal processing system 6 controls the voltage applied to the terminals of the electrodes of the optical phase modulator 31.
  • the signal processing system 6 also makes it possible to control the power of the laser source and/or to adjust the length of the waves the source beam 10, as detailed below in connection with the first and second embodiment.
  • the interface areas likely to generate parasitic reflections are represented by circles 21, 22, 41, 42. It is observed that the parasitic reflections occur mainly on the interfaces relatively close to the laser source 8.
  • the length of the optical fiber coil is usually several hundred meters or several kilometers. As indicated above, the travel time of the light waves in the coil is denoted t.
  • the reflection point 21 is located at the input interface on the source optical splitter 2.
  • the reflection point 22 is located at the input interface of the integrated waveguide forming the main branch of the Y junction
  • the reflection points 41 and 42 are located, respectively, at the interface between each secondary branch of the Y junction and the corresponding end of the optical fiber coil 4.
  • the distance between the laser source 8 and each point of reflection 21, 22, 41, 42 is very small. For simplification in the rest of the description, it is considered here that the laser source 8 and the parasitic reflection zones are almost all at the same point.
  • the photodetector 5 receives simultaneously at a time t the following three contributions: the main signal from the interference beam 15 described above, corresponding to the source beam emitted at a time t- ⁇ , having crossed (after optical separation) the entire coil of optical fiber before being recombined and transmitted to the photodetector 5; a direct reflection corresponding to the source beam emitted at time t and which is reflected on the point(s) of reflection 21, 22, 41, 42, without passing through the optical fiber coil, to return directly to the photodetector 5; and a reflection from the coil corresponding to the source beam emitted at time t-2 ⁇ , having crossed the optical fiber coil for the first time, then being reflected on an interface (on the reflection point(s) 21, 22, 41, 42) to form a parasitic reflected signal propagating a second time in the optical fiber coil, before being transmitted to the photodetector 5.
  • a finding forming part of the present disclosure is that, in a conventional continuous-emitting single-frequency source interferometric system, the main signal and the parasitic reflection signals are received simultaneously by the photodetector while being emitted at different instants. each other.
  • the modulation applied to the optical phase modulator 31 is a two-state modulation, illustrated in FIG. 2.
  • This phase modulation is periodic and at the natural frequency fp.
  • a 4-state, 6-state, 8-state or more modulation can be envisaged without departing from the scope of the present disclosure.
  • a modulated electric voltage V m (t) is applied between the electrodes of the optical phase modulator 31 to modulate the difference in phase ⁇ m (t) of the measured interferometric signal.
  • This modulation allows biasing which increases the sensitivity of the interferometric system, in particular for low amplitude rotation measurements. More precisely, the optical phase modulator 31 generates a phase shift ⁇ m (t) on each secondary beam 11 and 12.
  • a modulation of the phase difference ⁇ m (t) is thus obtained according to the following equation.
  • ⁇ m (t) ⁇ m (t) - ⁇ m (t- ⁇ )
  • This modulation of the phase shift ⁇ m (t) is obtained by applying a modulated electrical voltage 61 V m (t) to the electrodes of the optical phase modulator 31.
  • FIG. 2 shows a symmetrical phase difference as a function of time. This alternating symmetry is verified whatever the configuration of the electrodes: two push-pull electrodes or a single electrode on one arm of the optical phase modulator 31.
  • phase difference a modulation of the phase difference
  • biasing phase on two levels, ⁇ 1 and ⁇ 2 symmetrical.
  • the 2-state modulation is applied to the natural frequency f p of the optical fiber coil.
  • the modulation half-period T/2 corresponds to the difference in propagation time T between the long optical path passing through the coil and the short optical path which connects the optical phase modulator 31 to the optical coupler-splitter 3.
  • Figure 2 there is shown at the top the power Ps of the interferometric signal detected as a function of the phase shift ⁇ between the two secondary beams propagating in mutually opposite directions in the coil.
  • the modulation of the two-state phase difference as a function of time has also been represented.
  • a modulation voltage is applied to the terminals of the electrodes of the optical phase modulator 31, so as to modulate the phase difference between the two secondary beams between two symmetrical levels ⁇ 1 and ⁇ 2 .
  • FIG 3 there is shown at the top, an example of modulation of the two-state phase difference as a function of time, and, at the bottom, the power P0 of the laser source, as well as the instants of detection t and t- ⁇ .
  • the power P0 of the laser source is assumed to be constant.
  • the curved lines illustrate the link between the laser signal emitted at time t- ⁇ and the main interferometric signal detected at time t when only the main signal is considered.
  • the detection system 5 acquires the power Ps of the interferometric beam at the output of the interferometer at times t and t- ⁇ according to the two modulation states, here at ⁇ /2.
  • the signal processing system 6 digitizes the detected interferometric beam and demodulates the detected signal at f p by sampling two power measurements over each modulation period and assigning a negative sign to a first level and a positive sign to the following level.
  • This modulation-demodulation scheme based on a square modulation voltage generating 2 states at the frequency f p makes it possible to obtain a better sensitivity of the interferometric system and a better stability of the measurements around zero, independently of the variations of the output power Ps .
  • the power of the source P 0 is generally constant as a function of time.
  • the power of the source P 0 is normalized to 1.
  • the interferometric signal is acquired at times t and t ⁇ ⁇ , at each modulation period.
  • the monofrequency source emitting continuously, the main signal and the parasitic reflection signals are received simultaneously by the photodetector while being emitted at different times from each other.
  • FIG. 4 illustrates the operation of an interface based on a monofrequency source, and with a two-state phase modulation, according to an example of the first embodiment.
  • the intensity or the power of the source beam 10 is modulated.
  • the light generator 1 is configured in such a way so that the monofrequency laser source 8 emits the source beam 10 of non-zero power P 0 at time t - ⁇ .
  • the light generator 1 is configured so that the source beam 10 has a zero power P 0 at times t and t - 2 ⁇ .
  • the source beam 10 is modulated at a frequency equal to 2fp/(2n+1), where n is a natural number greater than or equal to 1.
  • the transmitted power pattern of the source beam is not necessarily defined on the other times and can be arbitrary.
  • the two-state phase modulation remains at the natural frequency fp.
  • the signal processing system 6 digitizes the detected interferometric beam and demodulates the detected signal at the frequency fp/(2n+1), here fp/3, by sampling two power measurements over three phase modulation periods.
  • the source beam 10 is here power modulated at the frequency 2fp/3.
  • the power P 0 of the source beam 10 is equal to 1 (in arbitrary units) at times t ⁇ and t ⁇ 4 ⁇ .
  • the duration of each high level (at 1) of power P0 is here for example of the order of t.
  • the power P 0 of the source beam 10 is zero at times t, t - 2 ⁇ , t - 3 ⁇ and t - 5 ⁇ .
  • the interferometric signal is modulated in phase, according to a two-state modulation, at the frequency fp.
  • the detected signal is demodulated at the frequency fp/3. More precisely, the interferometric signal is detected at times t and t ⁇ 3 ⁇ .
  • the curved lines illustrate the link between the laser signal emitted at the instant of t- ⁇ , respectively t-4 ⁇ , and the main interferometric signal detected at instant t, respectively t-3 ⁇ .
  • the interferometric signal detected at instant t indeed corresponds to the source beam emitted at instant t- ⁇ , of power equal to 1 (ua).
  • the spurious signals likely to be detected at time t and which correspond to source beam 10 emitted at time t or t-2 ⁇ are impaired, since the power of the source beam emitted at time t and t-2 ⁇ is zero.
  • the interferometric signal detected at time t-3 ⁇ corresponds to the source beam emitted at time t-4 ⁇ , of power equal to 1 (ua).
  • the parasitic signals likely to be detected at time t - 3 ⁇ and which correspond to the source beam 10 emitted at time t - 3 ⁇ or t - 5 ⁇ are damaged, since the power of the source beam emitted at time t - 3 ⁇ and t - 5 ⁇ is zero.
  • the signal detected at time t corresponds to the high modulation state, for example + ⁇ /2.
  • the signal detected at time t ⁇ 3 ⁇ corresponds to the low modulation state, for example ⁇ /2.
  • the two phase shift states are well measured with this modulation/demodulation scheme.
  • the source beam 10 is modulated on two different power levels (0 and 1 in a.u.).
  • the laser source 8 can be modulated directly via a signal 62, or even via a modulation 63 of the current source 7 which supplies the laser diode 8 so that the laser diode emits by pulse.
  • the laser diode 8 emits continuously and an external optical modulator 9, of the Mach-Zehnder type, is arranged downstream of the laser diode 8 to modulate the power of the source beam 10.
  • This particular configuration also makes it possible to attenuate or even eliminate the harmful Kerr effects liable to appear in the optical fiber with a monofrequency laser source.
  • the phase modulation is at fp, while the source power modulation is at 2fp/3.
  • the demodulation of the detected signal is at fp/3.
  • the entire modulation/demodulation scheme is therefore at fp/3.
  • this source power modulation scheme allows the total suppression of interferometric spurious reflection. It allows the elimination of local interferometers (Michelson type) measured by the interferometric system, for example for a FOG application or electric current sensor or magnetic field sensor and sources of problems. Finally, it makes it possible to eliminate potential disturbances of the source by a parasitic return, which makes it possible to dispense with an optical isolator (or optical circulator) between the laser source 8 and the source splitter 2.
  • This first embodiment is therefore advantageous when the noise reduction generated by the parasitic reflections is greater than the increase in noise resulting from the change of sampling, or when one of the other advantages indicated above is sufficiently therefore.
  • This first embodiment can be generalized to a phase modulation with 4 states, 6 states, 8 states or 12 states or 20 states, without departing from the scope of the present disclosure. More generally, the invention applies to any phase modulation with M states, where M is an even integer less than or equal to 20.
  • FIG. 5 illustrates the operation of an interface based on a monofrequency source, and with a two-state phase modulation, according to an example of the second embodiment.
  • the wavelength of the source beam 10 is modulated with a modulation frequency. However, at each instant of the phase modulation period, the source beam remains monofrequency. In other words, the source emits only one wavelength at a time.
  • the source beam 10 is modulated in wavelength (or in optical frequency) at a frequency equal to 2fp/(2n+1), where n is a natural number greater than or equal to 1.
  • the light generator 1 is configured so that the laser source 8 emits the source beam 10 at a first wavelength ⁇ 1 at time t - ⁇ (modulo 3 ⁇ ), at a second wavelength wavelength ⁇ 2 at time t - 2 ⁇ (modulo 3 ⁇ ) and at a third wavelength ⁇ 3 at time t (modulo 3 ⁇ ).
  • the minimum difference between each pair of optical frequencies corresponding to the wavelengths ⁇ 1 , ⁇ 2 and ⁇ 3 is 100 MHz, to be above the power measurement bandwidth, with an emission duration of each wavelength ( ⁇ 1 , ⁇ 2 and ⁇ 3 ) around ⁇ /2.
  • the wavelength of the source beam is not necessarily defined on the other times and can be arbitrary.
  • the source can transmit continuously. As a variant, the source emits pulses at different wavelengths.
  • the phase modulation for example with two states, remains at the natural frequency fp.
  • the signal processing system 6 digitizes the detected interferometric beam and demodulates the detected signal at the frequency fp/3 by sampling six power measurements over three phase modulation periods, therefore with a sampling corresponding to the conventional approach.
  • the source beam 10 is here modulated in wavelength, for example via a modulation of the electric current 70 generated by the current source 7 which supplies the laser diode 8.
  • the constraint of cancellation of the power of the source beam at a measurement instant is not necessary here, unlike the first embodiment.
  • the wavelength of the source beam 10 is modulated at the frequency 2fp/3 as indicated above. In this way, emission and detection are never simultaneously at the same wavelength.
  • a signal is transmitted at the first wavelength ⁇ 1 which is detected at time t.
  • a signal is transmitted at the second wavelength ⁇ 2 which is detected at time t- ⁇ .
  • a signal is transmitted at the third wavelength ⁇ 3 which is detected at time t-2 ⁇ .
  • the detected signal is demodulated at the frequency fp. More precisely, the interferometric signal is detected at times t, t - ⁇ , t - 2 ⁇ , t - 3 ⁇ , t -4 ⁇ and t - 5 ⁇ and a demodulation scheme is applied which is a duplication of the demodulation scheme at fp, therefore +-+-+- in this case.
  • the interferometric signal detected at time t indeed corresponds to the source beam emitted at the first wavelength at time t- ⁇ .
  • the spurious signals likely to be detected at time t and which correspond to the source beam 10 emitted at the third wavelength at time t and/or to the source beam 10 emitted at the second wavelength at time t instant t - 2 ⁇ generate spurious interference at a high beat frequency, corresponding to the difference in optical frequencies, which is easily electronically filtered.
  • the optical frequency difference is greater than 100MHz.
  • the interferometric signal detected at time t-3 ⁇ corresponds to the source beam emitted at the first wavelength at time t-4 ⁇ .
  • the parasitic signals likely to be detected at time t - 3 ⁇ and which correspond to the source beam 10 emitted at the third wavelength at time t - 3 ⁇ and/or at the second wavelength at instant t - 5 ⁇ are also electronically filtered at the beat frequency.
  • the interferometric signal detected at time t - ⁇ corresponds to the source beam emitted at the second wavelength at time t - 2 ⁇ .
  • the spurious signals likely to be detected at time t - ⁇ and which correspond to the source beam 10 emitted at the first wavelength at time t - ⁇ and/or at the third wavelength at instant t - 3 ⁇ are also electronically filtered at the beat frequency.
  • the interferometric signal detected at time t - 2 ⁇ corresponds to the source beam emitted at the third wavelength at time t - 3 ⁇ .
  • the spurious signals likely to be detected at time t - 2 ⁇ and which correspond to the source beam 10 emitted at the second wavelength at time t - 2 ⁇ and/or at the first wavelength at instant t - 4 ⁇ are also electronically filtered at the beat frequency.
  • the interferometric signal detected at time t - 4 ⁇ corresponds to the source beam emitted at the second wavelength at time t - 5 ⁇ .
  • the spurious signals likely to be detected at time t - 4 ⁇ and which correspond to the source beam 10 emitted at the first wavelength at time t - 4 ⁇ and/or at the third wavelength at instant t - 6 ⁇ are also electronically filtered at the beat frequency.
  • the interferometric signal detected at time t - 5 ⁇ corresponds to the source beam emitted at the third wavelength at time t - 6 ⁇ .
  • the spurious signals likely to be detected at time t - 5 ⁇ and which correspond to the source beam 10 emitted at the second wavelength at time t - 5 ⁇ and/or at the first wavelength at instant t - 7 ⁇ are also electronically filtered at the beat frequency.
  • the signal detected at times t, t - 2 ⁇ and t - 4 ⁇ corresponds to the low modulation state, for example - ⁇ /2.
  • the signal detected at times t- ⁇ , t-3 ⁇ and t-5 ⁇ corresponds to the high modulation state, for example + ⁇ /2.
  • the two phase shift states are well measured with this modulation/demodulation scheme.
  • the source is modulated with a periodicity of 2fp/3.
  • the basic periodicity of the overall modulation/demodulation scheme is therefore here also fp/3.
  • the second embodiment has the advantage of totally eliminating, by electronic filtering, the interferometric parasitic reflection. Moreover, the second embodiment does not induce any degradation of the measurement noise by sampling defect. In addition, this modulation/demodulation scheme makes it possible to maintain isolation of the source under certain conditions, without requiring an optical isolator.
  • this second embodiment has drawbacks. First of all, it does not make it possible to eliminate the effect of local interferometers (Michelson type) which can be substantial for the interferometric system, for example for a FOG application or electric current sensor or magnetic field sensor. Moreover, it requires an additional means to allow a variation of the wavelength of the source beam between the emissions at the different instants.
  • the electric power is modulated via the injection of the electric current 70 which supplies the DFB laser diode, in order to vary the wavelength of the source beam emitted.
  • a current variation of the order of 1mA easily makes it possible to make a sufficient wavelength shift since this corresponds to an optical frequency difference of several hundred MHz on standard DFBs.
  • the duty cycle is modulated (in other words the duration of the source pulses emitted successively), so as to modify the heating of the DFB laser diode and the emission wavelength.
  • a variation of 5% of the duration of the pulse (for plateau durations around 1 ⁇ s) between the pulses emitted at times t, t - ⁇ , t - 2 ⁇ makes it possible in practice to obtain a beat between the lengths d wave well above 100MHz.
  • the pulses emitted successively are shifted.
  • the effect of increasing temperature makes it possible to vary the wavelength of the emitted source beam.
  • the successive pulses being shifted with respect to each other, one thus obtains different wavelengths at the instants considered for the measurement.
  • an offset of 5% of the duration of the pulse (for plateau durations around 1 ⁇ s) between the pulses emitted at times t, t- ⁇ , t - 2 ⁇ makes it possible in practice to obtain a beat between wavelengths well above 100MHz.
  • This particular configuration also makes it possible to attenuate or even eliminate the harmful Kerr effects liable to appear in the optical fiber with a monofrequency laser source.
  • an electro-optical device is added, at the level of the optical phase modulator 31 or on the input fibers of the coil, an electro-optical device making it possible to balance the power of the two beams secondaries 11, 12.
  • This balancing of the secondary beams also makes it possible to attenuate or even eliminate the harmful Kerr effects likely to appear in the optical fiber coil with a monofrequency laser source.
  • the first and second embodiments are described here in the context of a two-state phase modulation at the frequency fp. However, those skilled in the art will easily apply the principle of the invention to a phase modulation with 4 states or more.
  • FIGS. 4 and 5 illustrate exemplary embodiments with modulation of the source beam (in power or in wavelength) at a frequency of 2fp/3.
  • the invention applies to any phase shift modulation pattern at a frequency fp/(2n+1) with alternating symmetry, combined with a modulation of the source (in terms of power and/or of wavelength) at the frequency 2fp/(2n+1), with n positive integer greater than or equal to 1.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)

Abstract

L'invention concerne un interféromètre (100) comprenant un générateur de lumière (1), une bobine de fibre optique (4), un coupleur-séparateur optique, un photodétecteur (5) et un système électronique de traitement du signal (6). Le générateur de lumière (1) comprend une source laser (8) apte à émettre un faisceau source (10) séparé en deux faisceaux secondaires (11, 12) parcourant la bobine avec un temps de parcours τ définissant une fréquence propre (A). Selon l'invention, la source laser (1) est monofréquence et le générateur de lumière (1) comprend des moyens de modulation (7, 9) adaptés pour moduler le faisceau source (10) à une fréquence de modulation égale à (B) où n est un nombre entier supérieur ou égal à 1 et le photodétecteur (5) et le système électronique de traitement du signal (6) sont configurés pour acquérir et traiter un signal représentatif du faisceau interférentiel (15) à une fréquence de démodulation égale à (C).

Description

Interféromètre à fibre optique basé sur une source laser monofréquence et procédé d'interférométrie corrigés des réflexions parasites
Domaine technique
[0001] La présente invention concerne le domaine technique des systèmes interférométriques.
[0002] Elle concerne plus particulièrement un système interférométrique de type interféromètre de Sagnac comprenant une boucle ou bobine de fibre optique. Un tel système interférométrique trouve notamment des applications dans les gyroscopes à fibre optique (ou FOG pour fiber-optic gyroscope), capteur de courant électrique ou capteur de champ magnétique (voir « The Fiber-Optic Gyroscope », H. C. Lefèvre, Artech House, Second Edition, 2014).
[0003] L'invention concerne tout particulièrement un interféromètre à fibre optique basé sur une source laser, l'interféromètre étant insensible aux réflexions parasites de la source laser et un procédé de mesure interférométrique corrigé des réflexions parasites induites par la source laser.
Technique antérieure
[0004] Il existe différents types d'interféromètres basés sur l'utilisation d'une bobine de fibre optique. Dans un interféromètre classique, destiné par exemple à une application de gyroscope à fibre optique, capteur de courant électrique ou capteur de champ magnétique, un faisceau source est séparé en deux faisceaux lumineux qui sont injectés chacun à une extrémité de la bobine de fibre optique pour parcourir cette bobine en sens contrapropagatif. Après avoir parcouru la bobine chacun une seule fois, les faisceaux sont extraits aux deux extrémités de la bobine et recombinés pour former un faisceau interférométrique.
[0005] Il existe aussi des gyroscope à fibre optique de type résonateur (ou RFOG) (cf. US2013/0107271). Contrairement à un gyroscope à fibre optique classique, le RFOG comprend un dispositif, par exemple un coupleur à fibre optique, qui redirige les faisceaux lumineux ayant déjà parcouru la bobine de fibre optique pour les réinjecter et faire circuler dans la bobine, de façon à ce qu'ils effectuent des passages multiples à travers la bobine. De plus, le RFOG comprend des moyens pour moduler ou décaler la fréquence de chacun des faisceaux contrapropagatifs de façon à observer les fréquences de résonance de la bobine. La fréquence de résonance correspond à une condition telle que les faisceaux ayant parcouru la bobine plusieurs fois forment des interférences constructives en tout point de la bobine. Le RFOG mesure une différence de fréquence optique entre les deux faisceaux contrapropagatifs pour en déduire une vitesse de rotation.
[0006] La présente invention ne concerne pas un RFOG, mais un interféromètre à fibre optique conventionnel.
[0007] Dans la plupart des interféromètres à fibre optique, par exemple pour application gyroscopes à fibre optique actuels, la source de lumière est une source dite large bande, c'est-à-dire une source émettant un faisceau lumineux s'étendant sur une bande spectrale comprise généralement 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 non-linéaires indésirables dans la fibre, par exemple l'effet Kerr, qui induisent un biais dans les mesures, et présente d'autre part l'avantage de limiter les interférences optiques parasites et la rétro- réflexion Rayleigh qui sont des sources de bruit perturbant les mesures.
[0008] Au contraire, avec une source monofréquence, par exemple une source laser ou une diode laser, les réflexions parasites sont un problème important pour le bruit du FOG, du fait de la grande longueur de cohérence d'une source monofréquence. Dans ce cas, une réflexion parasite interfère avec le signal principal et génère un bruit particulièrement élevé sur la puissance mesurée.
[0009] Dans le présent document, on entend par source monofréquence, autrement appelée source monomode, une source configurée pour émettre au plus 4 modes longitudinaux, ou encore émettant dans bande spectrale d'émission de largeur inférieure ou égale à 1GHz, à chaque instant t. Les diodes laser, notamment les diodes de type DFB ou à rétroaction distribuée (« Distributed Feed-Back ») sont des exemples de sources monofréquence. Les diodes laser de type Fabry Pérot, qui émettent sur très peu de modes en laissant des modes secondaires beaucoup moins puissants, sont ici aussi considérées comme des sources ayant un fonctionnement de source monofréquence.
[0010] Bien que les sources monofréquence aient déjà été envisagées pour la réalisation d'interféromètres, leur usage s'est fortement réduit au profit des sources large bande, notamment en raison des interférences parasites générées par les réflexions sur les interfaces rencontrées par les différents faisceaux.
[0011] Un des buts de l'invention est de proposer un système et procédé de mesure interférométrique à fibre optique basé sur une source monofréquence et qui soit insensible aux réflexions parasites.
Exposé de l'invention
[0012] Bien entendu, 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.
[0013] Plus précisément, l'invention concerne un interféra mètre à fibre optique comprenant un générateur de lumière, un séparateur optique de source, une bobine de fibre optique, un coupleur-séparateur optique, un photodétecteur et un système électronique de traitement du signal, le générateur de lumière comprenant une source laser apte à émettre un faisceau source, le séparateur de source étant apte à transmettre le faisceau source vers le coupleur-séparateur optique, le coupleur- séparateur optique étant apte à séparer le faisceau source en deux faisceaux secondaires et à injecter chaque faisceau secondaire à une extrémité de la bobine de fibre optique de façon à ce que les deux faisceaux secondaires se propagent en sens mutuellement opposés dans la bobine de fibre optique, chaque faisceau secondaire parcourant la bobine avec un temps de parcours τ définissant une fréquence propre de la bobine , le coupleur-séparateur optique étant apte à recombiner les deux
Figure imgf000005_0001
faisceaux secondaires en sortie de la bobine de fibre optique pour former un faisceau interférentiel et le séparateur de source étant apte à transmettre le faisceau interférentiel vers le photodétecteur. [0014] Selon l'invention, la source laser est configurée pour émettre au plus 4 modes longitudinaux à chaque instant t et en ce que le générateur de lumière comprend des moyens de modulation adaptés pour moduler le faisceau source à une fréquence de modulation égale à où n est un nombre entier naturel supérieur ou égal à 1 et le
Figure imgf000006_0001
photodétecteur et le système électronique de traitement du signal sont configurés pour acquérir et traiter un signal représentatif du faisceau interférentiel à une fréquence de démodulation égale à
Figure imgf000006_0002
[0015] La source laser est configurée pour émettre au plus 4 modes longitudinaux à chaque instant t. De façon équivalente, la source laser est configurée pour présenter une largeur spectrale inférieure ou égale à 1GHz à chaque instant t. Autrement dit, on utilise une source monofréquence à chaque instant t.
[0016] Selon un premier mode de réalisation, les moyens de modulation sont adaptés pour moduler en puissance le faisceau source, de façon à ce que le faisceau source présente une puissance non nulle à un instant t- τ et le faisceau source présente une puissance nulle aux instants t et t-2 τ.
[0017] Selon un deuxième mode de réalisation, les moyens de modulation sont adaptés pour accorder en longueur d'onde la source laser, de façon à ce que la source laser émette un premier mode longitudinal à un instant t- τ et au moins un deuxième mode longitudinal, distinct du premier mode longitudinal, aux instants t et t-2 τ, et dans lequel le système électronique de traitement du signal comporte un filtre adapté pour supprimer un signal détecté à une fréquence de battement entre le premier mode longitudinal et ledit au moins un deuxième mode longitudinal.
[0018] Selon un aspect particulier du deuxième mode de réalisation, les moyens de modulation comprennent des moyens d'ajustement de la source laser en température et/ou en courant électrique.
[0019] Selon un aspect particulier du premier ou du deuxième mode de réalisation, les moyens de modulation sont adaptés pour moduler la puissance du faisceau source en créneau de façon à ce que la valeur de puissance au point de mesure soit égale à deux fois la valeur moyenne de la puissance sur une plage de durée 2τ autour du point de mesure.
[0020] Selon un autre aspect particulier du premier ou du deuxième mode de réalisation, l'interféromètre comprend des moyens de contrôle configurés pour équilibrer la puissance des deux faisceaux secondaires.
[0021] De façon particulièrement avantageuse, la source laser comprend une diode laser, une diode laser à rétroaction distribuée ou un laser Fabry-Pérot, ou tout autre source monofréquence optique modulable directement ou par l'ajout d'une modulation externe. Par exemple, on cite les diodes laser, type DBR, avec filtrage direct ou externe.
[0022] Selon un aspect particulier, l'interféromètre comprend un modulateur optique de phase configuré pour moduler une différence de phase entre les deux faisceaux secondaires à une fréquence de modulation de phase égale à
Figure imgf000007_0001
[0023] De façon avantageuse, le modulateur optique de phase est configuré pour moduler la différence de phase suivant une modulation à M états, par période de modulation de phase, où M est un nombre entier pair inférieur ou égal à 20.
[0024] L'invention concerne aussi un procédé d'interférométrie comprenant les étapes suivantes : émission d'un faisceau source comprenant au plus 4 modes longitudinaux à chaque instant t ; séparation optique du faisceau source en deux faisceaux secondaires ; injection de chaque faisceau secondaire à une extrémité d'une bobine de fibre optique de façon à ce que les deux faisceaux secondaires se propagent en sens mutuellement opposés dans la bobine de fibre optique, chaque faisceau secondaire parcourant la bobine avec un temps de parcours τ définissant une fréquence propre de la bobine ; recombinaison optique des deux faisceaux secondaires en sortie de
Figure imgf000007_0003
la bobine de fibre optique pour former un faisceau interférentiel; détection du faisceau interférentiel incident sur un photodétecteur, caractérisé en ce que le procédé comporte une étape de modulation du faisceau source à une fréquence de modulation égale à où n est un nombre entier naturel supérieur ou égal à 1 ; la détection du
Figure imgf000007_0004
faisceau interférentiel étant effectuée à une fréquence de démodulation égale à
Figure imgf000007_0002
[0025] Le procédé et système interférométrique de l'invention permettent de supprimer les effets des réflexions parasites dans un interféromètre à fibre optique basé sur une source monofréquence.
Brève description des dessins
[0026] 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 :
[0027] La figure 1 est une vue d'un système interférométrique selon l'invention,
[0028] La figure 2 illustre un exemple de mesure de déphasage interférométrique avec une modulation de phase à deux états ;
[0029] La figure 3 illustre un exemple classique de mesure de déphasage interférométrique avec la modulation de phase à deux états ;
[0030] La figure 4 est un premier exemple de modulation du faisceau source selon la présente divulgation et de mesure de déphasage interférométrique avec la modulation de phase à deux états
[0031] La figure 5 est un deuxième exemple de modulation du faisceau source selon la présente divulgation et de mesure de déphasage interférométrique avec la modulation de phase à deux états.
[0032] Il est à noter que sur ces figures les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différentes variantes peuvent présenter les mêmes références.
Description détaillée
[0033] La figure 1 représente un système interférométrique 100 à fibre optique selon un exemple de réalisation. Le système interférométrique 100 comprend un générateur de lumière 1, un séparateur optique de source 2, une bobine de fibre optique 4, un circuit optique intégré 3 comprenant un coupleur-séparateur optique et un modulateur électro-optique 31, un photodétecteur 5 et un système électronique de traitement du signal 6, de préférence numérique.
[0034] Le générateur de lumière 1 comprend une source laser monofréquence 8 qui émet un faisceau source 10. Par exemple, la source laser monofréquence 8 comprend une diode laser de type DFB. Le générateur de lumière 1 comprend aussi une alimentation électrique 7, par exemple une source de courant, qui alimente la diode laser. De façon avantageuse, comme illustré sur la figure 1, la diode laser est fibrée. Le générateur de lumière 1 émet le faisceau source 10 à une longueur d'onde source, λ, par exemple de de 1550nm avec une largeur spectrale de 10MHz, sur au plus 4 modes longitudinaux. Une telle source monofréquence présente une très grande longueur de cohérence, de l'ordre de 50 m mais qui reste toutefois inférieure à la longueur optique de la bobine. La puissance lumineuse émise par la source, ou puissance source P0 dans le présent document, est généralement constante et comprise entre 0.2 mW et 20 mW. La source laser monofréquence 8 est généralement une source fortement polarisée. La gestion de la polarisation est prise en compte de manière classique dans l'interféromètre, mais n'est pas montrée sur les figures pour ne pas alourdir la description.
[0035] Le séparateur optique de source 2 est par exemple un coupleur 2x2 à fibre optique ou un circulateur. En variante, le séparateur optique de source 2 comprend un dispositif à guide d'onde optique intégré. Le séparateur optique de source 2 reçoit le faisceau source 10 et le transmet en direction du circuit optique intégré 3 via une fibre optique monomode.
[0036] Dans l'exemple représenté, le circuit optique intégré 3 comporte un coupleur- séparateur optique formé par une jonction Y à guide d'onde intégrée sur un substrat planaire. De façon avantageuse, le substrat plan est en niobate de lithium ou constitué d'un assemblage hybride verre-niobate. Dans l'exemple illustré sur la figure 1, des électrodes sont déposées le long des deux branches secondaires de la jonction Y pour former un modulateur optique de phase 31. La branche principale de la jonction Y est reliée par exemple via une fibre optique à la sortie du séparateur de source 2. De façon avantageuse, la branche principale de la jonction Y forme un polariseur à guide d'onde qui polarise linéairement le faisceau source 10. Chacune des deux branches secondaires de la jonction Y est reliée à une extrémité 41, 42 de la bobine de fibre optique 4.
[0037] Le coupleur-séparateur optique reçoit le faisceau source 10 qu'il sépare en deux faisceaux secondaires 11, 12. Les deux faisceaux secondaires 11, 12 sont aussi polarisés linéairement. Chaque faisceau secondaire 11, respectivement 12, est injecté à une extrémité 41, respectivement 42, de la bobine de fibre optique 4. De cette manière, les deux faisceaux secondaire 11, 12 se propagent en sens mutuellement opposés dans la bobine de fibre optique 4. Chaque faisceau secondaire 11, 12 parcourt la bobine une seule fois avec un temps de parcours τ. On définit la fréquence propre, fp, de la bobine selon la formule connue fp=1/2τ. Le coupleur-séparateur optique recombine les deux faisceaux secondaires 11, 12 en sortie de la bobine de fibre optique 4 pour former un faisceau interférentiel 15. Le faisceau interférentiel 15 se propage de la branche principale de la jonction Y en direction du séparateur optique de source 2.
[0038] Dans le sens retour, le séparateur optique de source 2 transmet le faisceau interférentiel 15 au photodétecteur 5. Le photodétecteur 5 détecte un signal représentatif de la puissance du faisceau interférentiel 15 en fonction du temps.
[0039] Un système de traitement du signal 6 enregistre le signal détecté, qui est numérisé. Le système de traitement du signal 6 commande la tension appliquée aux bornes des électrodes du modulateur optique de phase 31. Le système de traitement du signal 6 permet aussi d'asservir la puissance de la source laser et/ou d'ajuster en longueur d'onde le faisceau source 10, comme détaillé ci-dessous en lien avec le premier et deuxième mode de réalisation.
[0040] Sur la figure 1, les zones d'interface susceptibles de générer des réflexions parasites sont représentées par des cercles 21, 22, 41, 42. On observe que les réflexions parasites se font principalement sur les interfaces relativement proches de la source laser 8. La longueur de la bobine de fibre optique est généralement de plusieurs centaines de mètres ou de plusieurs kilomètres. Comme indiqué ci-dessus, le temps de parcours des ondes lumineuses dans la bobine est noté t. Le point de réflexion 21 est situé à l'interface d'entrée sur le séparateur optique de source 2. Le point de réflexion 22 est situé à l'interface d'entrée du guide d'onde intégré formant la branche principale de la jonction Y. Les points de réflexion 41 et 42 sont situés, respectivement, à l'interface entre chaque branche secondaire de la jonction Y et l'extrémité correspondante de la bobine de fibre optique 4. Chaque point de réflexion 21, 22, 41,
42 contribue à une réflexion parasite. [0041] Comparée à la longueur de la bobine, la distance entre la source laser 8 et chaque point de réflexion 21, 22, 41, 42 est très faible. Par simplification dans la suite de la description, on considère ici que la source laser 8 et les zones de réflexions parasites sont quasiment toutes au même point.
[0042] De ce fait, le photodétecteur 5 reçoit simultanément à un instant t les trois contributions suivantes : le signal principal issu du faisceau interférentiel 15 décrit ci- dessus, correspondant au faisceau source émis à un instant t-τ, ayant traversé (après séparation optique) toute la bobine de fibre optique avant d'être recombiné et transmis au photodétecteur 5 ; une réflexion directe correspondant au faisceau source émis à l'instant t et qui est réfléchi sur le ou les points de réflexion 21, 22, 41, 42, sans passer par la bobine de fibre optique, pour revenir directement sur le photodétecteur 5 ; et une réflexion depuis la bobine correspondant au faisceau source émis à l'instant t-2τ, ayant traversé une première fois la bobine de fibre optique, puis étant réfléchi sur une interface (sur le ou les points de réflexion 21, 22, 41, 42) pour former un signal réfléchi parasite se propageant une seconde fois dans la bobine de fibre optique, avant d'être transmis au photodétecteur 5.
[0043] Une constatation faisant partie de la présente divulgation est que, dans un système interférométrique conventionnel à source monofréquence émettant en continu, le signal principal et les signaux de réflexions parasites sont reçus simultanément par le photodétecteur tout en étant émis à des instants différents les uns des autres.
[0044] On suppose, pour la clarté de l'exposé, que la modulation appliquée au modulateur optique de phase 31 est une modulation à deux états, illustrée sur la figure 2. Cette modulation de phase est périodique et à la fréquence propre fp. Toutefois, une modulation à 4 états, 6 états, 8 états ou plus, est envisageable sans sortir du cadre de la présente divulgation.
[0045] On va décrire brièvement le fonctionnement classique d'un système interférométrique à fibre optique basé sur une source laser monofréquence, avec une modulation de phase à deux états.
[0046] Pour la modulation deux états, une tension électrique modulée Vm(t) est appliquée entre les électrodes du modulateur optique de phase 31 pour moduler la différence de phase ΔΦm(t) du signal interférométrique mesuré. Cette modulation permet une mise au biais qui augmente la sensibilité du système interférométrique, notamment pour des mesures de rotation de faible amplitude. Plus précisément, le modulateur optique de phase 31 génère un déphasage Φm(t) sur chaque faisceau secondaire 11 et 12. On obtient ainsi une modulation de la différence de phase ΔΦm(t) selon l'équation suivante.
[0047] [Math 1]
ΔΦm(t) = Φm(t) -Φm(t- τ)
[0048] Cette modulation du déphasage Φm(t) est obtenue en appliquant une tension électrique 61 modulée Vm(t) sur les électrodes du modulateur optique de phase 31.
[0049] On observe que la modulation du déphasage à la fréquence de répétition fp ou de période 2τ, implique que les différences de phase sont exactement opposées (ou présentent une symétrie d'alternance) à τ de différence, comme dans l'équation suivante.
[0050] [Math 2]
ΔΦ>m(t + τ) = Φm(t- τ) - Φm(t + τ - τ) = Φm(t - τ) - Φm(t) = - ΔΦm(t)
[0051] Cette symétrie d'alternance de la modulation apparaît sur la figure 2, qui montre une différence de phase symétrique en fonction du temps. Cette symétrie d'alternance est vérifiée quelle que soit la configuration des électrodes : deux électrodes en push- pull ou une seule électrode sur un bras du modulateur optique de phase 31.
[0052] En particulier, il est connu d'appliquer une modulation dite 2-états, en modulant la tension de modulotion Vm en carré entre deux valeurs de paliers, de manière à produire une modulation de la différence de phase, dite différence de phase de mise au biais, sur deux niveaux, Δφ 1 et Δφ 2 symétriques. Par exemple, avec une source laser, on applique une modulation de ΔΦ b(t) = ± 3 π/4. La modulation 2-états est appliquée à la fréquence propre fp de la bobine de fibre optique. La fréquence propre fp est définie de te Ile manière que T/2 = 1/(2.fp) = τ où T représente la période de la modulation carrée.
Ainsi, la demi-période de modulation T/2 correspond à la différence de temps de propagation T entre le chemin optique long passant par la bobine et le chemin optique court qui relie le modulateur optique de phase 31 au coupleur-séparateur optique 3. [0053] Sur la figure 2, on a représenté en haut la puissance Ps du signal interférométrique détecté en fonction du déphasage Δφ entre les deux faisceaux secondaires se propageant en sens mutuellement opposés dans la bobine. On a aussi représenté la modulation de la différence de phase à deux états en fonction du temps. On applique une tension de modulation aux bornes des électrodes du modulateur optique de phase 31, de manière à moduler la différence de phase entre les deux faisceaux secondaires entre deux niveaux Δφ 1 et Δφ 2 symétriques.
[0054] Sur la figure 3, on a représenté en haut, un exemple de modulation de la différence de phase à deux états en fonction du temps, et, en bas, la puissance P0 de la source laser, ainsi que les instants de détection t et t-τ. La puissance P0 de la source laser est supposée constante. Les lignes courbes illustrent le lien entre le signal laser émis à l'instant du t-τ et le signal interférométrique principal détecté à l'instant t lorsqu'on ne considère que le signal principal.
[0055] Comme illustré sur la figure 3, le système de détection 5 acquiert la puissance Ps du faisceau interférométrique en sortie de l'interféromètre aux instants t et t-τ suivant les deux états de modulation, ici à ± π/2. Le système de traitement du signal 6 numérise le faisceau interférométrique détecté et démodule à fp le signal détecté en échantillonnant deux mesures de puissance sur chaque période de modulation et en affectant un signe négatif à un premier niveau et un signe positif au niveau suivant. Ce schéma de modulation-démodulation basé sur une tension de modulation carrée générant 2 états à la fréquence fp permet d'obtenir une meilleure sensibilité du système interférométrique et une meilleure stabilité des mesures autour de zéro, indépendamment des variations de la puissance de sortie Ps.
[0056] Dans un interféromètre de l'art antérieur, avec une modulation de phase à deux états, la puissance de la source P0 est généralement constante en fonction du temps.
Sur la figure 3, la puissance de la source P0 est normalisée à 1. Le signal interférométrique est acquis aux instants t et t - τ, à chaque période de modulation.
[0057] Toutefois, comme indiqué ci-dessus, la source monofréquence émettant en continu, le signal principal et les signaux de réflexions parasites sont reçus simultanément par le photodétecteur tout en étant émis à des instants différents les uns des autres. [0058] Nous allons maintenant décrire deux modes de réalisation permettant de supprimer la contribution des réflexions parasites dans le signal détecté.
[0059] La figure 4 illustre le fonctionnement d'un interfé rom être basé sur une source monofréquence, et avec une modulation de phase à deux états, selon un exemple du premier mode de réalisation.
[0060] Dans ce premier mode de réalisation, au lieu d'émettre un faisceau source continu de puissance constante, on module l'intensité ou la puissance du faisceau source 10. D'une part, le générateur de lumière 1 est configuré de manière à ce que la source laser 8 monofréquence émette le faisceau source 10 de puissance P0 non nulle à l'instant t - τ. D'autre part, le générateur de lumière 1 est configuré de manière à ce que le faisceau source 10 ait une puissance P0 nulle aux instants t et t - 2τ. De façon avantageuse, on module le faisceau source 10 à une fréquence égale à 2fp/(2n+1), où n est un nombre entier naturel supérieur ou égal à 1. De préférence, le faisceau source 10 a une fréquence égale à 2fp/3 (autrement dit n=1). La durée du signal source à P0=1 est généralement autour de τ /2 sans toutefois devoir se limiter à cette valeur. Le schéma de puissance émise du faisceau source n'est pas nécessairement défini sur les autres temps et peut être quelconque.
[0061] Dans ce premier mode de réalisation, la modulation de phase à deux états reste à la fréquence propre fp. Le système de traitement du signal 6 numérise le faisceau interférométrique détecté et démodule le signal détecté à la fréquence fp/(2n+1), ici fp/3, en échantillonnant deux mesures de puissance sur trois périodes de modulation de phase.
[0062] Sur la figure 4, le faisceau source 10 est ici modulé en puissance à la fréquence 2fp/3. La puissance P0 du faisceau source 10 est égale à 1 (en unités arbitraires) aux instants t -τ et t - 4τ. La durée de chaque niveau haut (à 1) de puissance P0 est ici par exemple de l'ordre de t. La puissance P0 du faisceau source 10 est nulle aux instants t, t - 2τ, t - 3τ et t - 5τ. De plus, le signal interférométrique est modulé en phase, suivant une modulation à deux états, à la fréquence fp. Le signal détecté est démodulé à la fréquence fp/3. Plus précisément, on détecte le signal interférométrique aux instants t et t - 3τ. Sur la figure 4, les lignes courbes illustrent le lien entre le signal laser émis à l'instant du t-τ, respectivement t - 4τ, et le signal interférométrique principal détecté à l'instant t, respectivement t - 3τ. Le signal interférométrique détecté à l'instant t correspond bien au faisceau source émis à l'instant t-τ , de puissance égale à 1 (u.a.). Les signaux parasites susceptibles d'être détectés à l'instant t et qui correspondent au faisceau source 10 émis à l'instant t ou t - 2τ sont nuis, puisque la puissance du faisceau source émis aux instant t et t - 2τ est nulle. De même, le signal interférométrique détecté à l'instant t - 3τ correspond au faisceau source émis à l'instant t - 4τ, de puissance égale à 1 (u.a.). Les signaux parasites susceptibles d'être détectés à l'instant t - 3τ et qui correspondent au faisceau source 10 émis à l'instant t - 3τ ou t - 5τ sont nuis, puisque la puissance du faisceau source émis aux instant t - 3τ et t - 5τ est nulle.
[0063] Le signal détecté à l'instant t correspond à l'état de modulation haut, par exemple + τ/2. Le signal détecté à l'instant t - 3τ correspond à l'état de modulation bas, par exemple - τ/2. Les deux états de déphasage sont bien mesurés avec ce schéma de modulation/démodulation.
[0064] Dans cet exemple du premier mode de réalisation, le faisceau source 10 est modulé sur deux niveaux différents en puissance (0 et 1 en u.a.). A cet effet, la source laser 8 peut être modulée directement via un signal 62, ou encore via une modulation 63 de la source de courant 7 qui alimente la diode laser 8 pour que la diode laser émette par impulsion. En variante, la diode laser 8 émet en continu et un modulateur optique 9 externe, de type Mach-Zehnder, est disposé en aval de la diode laser 8 pour moduler la puissance du faisceau source 10.
[0065] Selon un aspect particulier du premier mode de réalisation, on module la puissance du faisceau source 10 en créneau avec un créneau à P0=1 de durée proche ou égale à τ de manière à ce que la valeur de puissance au point de mesure soit égale à deux fois la valeur moyenne de la puissance sur une plage de durée 2τ autour de ce point de mesure. Cette configuration particulière permet en outre d'atténuer ou même de supprimer les effets Kerr néfastes susceptibles d'apparaître dans la fibre optique avec une source laser monofréquence. [0066] Selon un autre aspect particulier du premier mode de réalisation, on ajoute, au niveau du modulateur optique de phase SI ou sur les fibres d'entrée de la bobine, un dispositif électro-optique permettant d'équilibrer la puissance des deux faisceaux secondaires 11, 12. Cet équilibrage des faisceaux secondaires permet aussi d'atténuer ou même de supprimer les effets Kerr néfastes susceptibles d'apparaître dans la bobine de fibre optique avec une source laser monofréquence.
[0067] Dans l'exemple illustré sur la figure 4 du premier mode de réalisation, la modulation de la phase est à fp, tandis que la modulation de puissance source est à 2fp/3. La démodulation du signal détecté est à fp/3. L'ensemble du schéma de modulation/démodulation est donc à fp/3.
[0068] Le premier mode de réalisation présente plusieurs avantages. Premièrement, ce schéma de modulation de la puissance de la source permet la suppression totale de la réflexion parasite interférométrique. Il permet la suppression des interféromètres locaux (type Michelson) mesurés par le système interférométrique, par exemple pour une application FOG ou capteur de courant électrique ou capteur de champ magnétique et sources de problèmes. Enfin, il permet de supprimer des perturbations potentielles de la source par un retour parasite, ce qui autorise à se passer d'isolateur optique (ou de circulateur optique) entre la source laser 8 et le séparateur de source 2.
[0069] Comparée à la configuration classique de modulation et démodulation à la fréquence fp, on observe qu'il n'y a plus de croisement entre émission et réception dans ce premier mode de réalisation. Toutefois, il ne reste que 2 points de mesure à la fréquence fp/3, alors qu'il y a 6 points de mesure dans la configuration classique. Ce premier mode de réalisation présente donc l'inconvénient d'augmenter le bruit de mesure d'un facteur √3.
[0070] Ce premier mode de réalisation est donc avantageux lorsque la réduction du bruit générée par les réflexions parasites est supérieure à l'augmentation du bruit provenant du changement d'échantillonnage, ou lorsque l'un des autres avantages indiqués ci- dessus est suffisamment conséquent.
[0071] Ce premier mode de réalisation peut être généralisé à une modulation de phase à 4 états, 6 états, 8 états ou 12 états ou 20 états, sans sortir du cadre de la présente divulgation. Plus généralement, l'invention s'applique à toute modulation de phase à M états, où M est un nombre entier pair inférieur ou égal à 20.
[0072] La figure 5 illustre le fonctionnement d'un interfé rom être basé sur une source monofréquence, et avec une modulation de phase à deux états, selon un exemple du deuxième mode de réalisation.
[0073] Dans ce deuxième mode de réalisation, au lieu d'émettre un faisceau source monofréquence de longueur d'onde constante, on module la longueur d'onde du faisceau source 10 avec une fréquence de modulation. Toutefois, à chaque instant de la période de modulation de phase, le faisceau source reste monofréquence. Autrement dit, la source n'émet qu'une seule longueur d'onde à la fois. Dans ce deuxième mode de réalisation, on module le faisceau source 10 en longueur d'onde (ou en fréquence optique) à une fréquence égale à 2fp/(2n+1), où n est un nombre entier naturel supérieur ou égal à 1. De préférence, le faisceau source 10 est modulé en longueur d'onde à une fréquence égale à 2fp/3 (autrement dit n=1). Ainsi par exemple, le générateur de lumière 1 est configuré de manière à ce que la source laser 8 émette le faisceau source 10 à une première longueur d'onde λ1 à l'instant t -τ (modulo 3τ), à une deuxième longueur d'onde λ2 à l'instant t - 2τ (modulo 3τ) et à une troisième longueur d'onde λ3 à l'instant t (modulo 3τ). La différence minimale entre chaque paire de fréquences optiques correspondant aux longueurs d'onde λ1, λ2 et λ3 est de 100MHz, pour être au-dessus de la bande passante de mesure de la puissance, avec une durée d'émission de chaque longueur d'onde ( λ1, λ2 et λ3 ) autour de τ/2. La longueur d'onde du faisceau source n'est pas nécessairement définie sur les autres temps et peut être quelconque. La source peut émettre en continu. En variante, la source émet de façon impulsionnelle aux différentes longueurs d'onde.
[0074] Dans ce deuxième mode de réalisation, la modulation de phase, par exemple à deux états, reste à la fréquence propre fp. Le système de traitement du signal 6 numérise le faisceau interférométrique détecté et démodule le signal détecté à la fréquence fp/3 en échantillonnant six mesures de puissance sur trois périodes de modulation de phase donc avec un échantillonnage correspondant à l'approche classique. [0075] Dans ce deuxième mode de réalisation, le faisceau source 10 est ici modulé en longueur d'onde, par exemple via une modulation du courant électrique 70 généré par la source de courant 7 qui alimente la diode laser 8. La contrainte d'annulation de la puissance du faisceau source à un instant de mesure n'est ici pas nécessaire, à la différence du premier mode de réalisation. Dans ce deuxième mode de réalisation, la longueur d'onde du faisceau source 10 est modulée à la fréquence 2fp/3 comme indiqué ci-dessus. De cette manière, l'émission et la détection ne sont jamais simultanément à la même longueur d'onde. A l'instant t-τ (modulo 3t), on émet à la première longueur d'onde λ1, un signal qui est détecté à l'instant t. A l'instant t-2τ (modulo 3τ), on émet à la deuxième longueur d'onde λ2, un signal qui est détecté à l'instant t-τ. A l'instant t ou t - 3τ (modulo 3x), on émet à la troisième longueur d'onde λ3, un signal qui est détecté à l'instant t-2τ.
[0076] Dans ce deuxième mode de réalisation, le signal détecté est démodulé à la fréquence fp. Plus précisément, on détecte le signal interférométrique aux instants t, t -τ, t - 2τ, t - 3τ, t -4τ et t - 5τ et on applique un schéma de démodulation qui est une duplication du schéma de démodulation à fp, donc +-+-+- dans le cas présent.
[0077] Le signal interférométrique détecté à l'instant t correspond bien au faisceau source émis à la première longueur d'onde à l'instant t-τ. Les signaux parasites susceptibles d'être détectés à l'instant t et qui correspondent au faisceau source 10 émis à la troisième longueur d'onde à l'instant t et/ou au faisceau source 10 émis à la deuxième longueur d'onde à l'instant t - 2τ génèrent des interférences parasites à une fréquence de battement haute, correspondant à la différence des fréquences optiques, qui est aisément filtrée électroniquement. Pour une différence de longueur d'onde source de 1pm, la différence de fréquence optique est supérieure à 100MHz.
[0078] De même, le signal interférométrique détecté à l'instant t - 3τ correspond au faisceau source émis à la première longueur d'onde à l'instant t -4τ . Les signaux parasites susceptibles d'être détectés à l'instant t - 3τ et qui correspondent au faisceau source 10 émis à la troisième longueur d'onde à l'instant t - 3τ et/ou à la deuxième longueur d'onde à l'instant t - 5τ sont également filtrés électroniquement à la fréquence de battement. [0079] Le signal interférométrique détecté à l'instant t -τ correspond au faisceau source émis à la deuxième longueur d'onde à l'instant t - 2τ. Les signaux parasites susceptibles d'être détectés à l'instant t -τ et qui correspondent au faisceau source 10 émis à la première longueur d'onde à l'instant t -τ et/ou à la troisième longueur d'onde à l'instant t - 3τ sont également filtrés électroniquement à la fréquence de battement.
[0080] Le signal interférométrique détecté à l'instant t - 2τ correspond au faisceau source émis à la troisième longueur d'onde à l'instant t - 3τ. Les signaux parasites susceptibles d'être détectés à l'instant t - 2τ et qui correspondent au faisceau source 10 émis à la deuxième longueur d'onde à l'instant t - 2τ et/ou à la première longueur d'onde à l'instant t - 4τ sont également filtrés électroniquement à la fréquence de battement.
[0081] Le signal interférométrique détecté à l'instant t - 4τ correspond au faisceau source émis à la deuxième longueur d'onde à l'instant t - 5τ. Les signaux parasites susceptibles d'être détectés à l'instant t - 4τ et qui correspondent au faisceau source 10 émis à la première longueur d'onde à l'instant t - 4τ et/ou à la troisième longueur d'onde à l'instant t - 6τ sont également filtrés électroniquement à la fréquence de battement.
[0082] Le signal interférométrique détecté à l'instant t - 5τ correspond au faisceau source émis à la troisième longueur d'onde à l'instant t - 6τ. Les signaux parasites susceptibles d'être détectés à l'instant t - 5τ et qui correspondent au faisceau source 10 émis à la deuxième longueur d'onde à l'instant t - 5τ et/ou à la première longueur d'onde à l'instant t - 7τ (modulo 6x, autrement dit à t- τ) sont également filtrés électroniquement à la fréquence de battement.
[0083] Sur la figure 5, le signal détecté aux instants t, t - 2τ et t - 4τ correspond à l'état de modulation bas, par exemple -π/2. Le signal détecté aux instants t -τ, t - 3τ et t - 5τ correspond à l'état de modulation haut, par exemple + π/2. Les deux états de déphasage sont bien mesurés avec ce schéma de modulation/démodulation.
[0084] Dans ce deuxième mode de réalisation, la source est modulée avec une périodicité de 2fp/3. La périodicité de base du schéma d'ensemble de modulation/démodulation est donc ici aussi de fp/3.
[0085] Le deuxième mode de réalisation présente l'avantage de supprimer totalement, par filtrage électronique, la réflexion parasite interférométrique. De plus, le deuxième mode de réalisation n'induit pas de dégradation du bruit de mesure par défaut d'échantillonnage. En outre, ce schéma de modulation/démodulation permet de conserver une isolation de la source dans certaines conditions, sans requérir un isolateur optique.
[0086] Cependant, ce deuxième mode de réalisation présente des inconvénients. Tout d'abord, il ne permet pas de supprimer l'effet des interféromètres locaux (type Michelson) qui peuvent être conséquents pour le système interférométrique, par exemple pour une application FOG ou capteur de courant électrique ou capteur de champ magnétique. De plus, il nécessite un moyen supplémentaire pour permettre une variation de la longueur d'onde du faisceau source entre les émissions aux différents instants.
[0087] Considérons le cas d'une source laser 8 de type laser DFB. On cite ici différents exemple permettant la mise en œuvre du deuxième mode de réalisation.
[0088] Selon un premier exemple, on module la puissance électrique via l'injection du courant électrique 70 qui alimente la diode laser DFB, pour faire varier la longueur d'onde du faisceau source émis. Une variation de courant de l'ordre de 1mA permet aisément de faire un décalage de longueur d'onde suffisant puisque cela correspond à une différence de fréquence optique de plusieurs centaines de MHz sur des DFB standards.
[0089] Dans un deuxième exemple, on module le rapport cyclique (autrement dit la durée des impulsions source émises successivement), de façon à modifier réchauffement de la diode laser DFB et la longueur d'onde d'émission. Une variation de 5% de la durée de l'impulsion (pour des durées de palier autour de 1μs) entre les impulsions émises aux instants t, t - τ, t - 2τ permet dans la pratique d'obtenir un battement entre les longueurs d'onde bien supérieur à 100MHz.
[0090] Dans un troisième exemple, on décale les impulsions émises successivement. Dans chaque impulsion, l'effet d'augmentation de la température permet de faire varier la longueur d'onde du faisceau source émis. Les impulsions successives étant décalées les unes par rapport aux autres, on obtient ainsi des longueurs d'onde différentes aux instants considérés pour la mesure. Pour des raisons très similaires à celles utilisées dans l'exemple précédent, un décalage de 5% de la durée de l'impulsion (pour des durées de palier autour de 1μs) entre les impulsions émises aux instants t, t-τ , t - 2τ permet dans la pratique d'obtenir un battement entre les longueurs d'onde bien supérieur à 100MHz.
[0091] Selon un aspect particulier du deuxième mode de réalisation, on module la puissance du faisceau source 10 en créneau avec un créneau à P0=1 de durée proche ou égale à τ/2 de manière à ce que la valeur de puissance au point de mesure soit égale à deux fois la valeur moyenne de la puissance sur une plage de durée 2τ autour de ce point de mesure. Cette configuration particulière permet en outre d'atténuer ou même de supprimer les effets Kerr néfastes susceptibles d'apparaître dans la fibre optique avec une source laser monofréquence.
[0092] Selon un autre aspect particulier du deuxième mode de réalisation, on ajoute, au niveau du modulateur optique de phase 31 ou sur les fibres d'entrée de la bobine, un dispositif électro-optique permettant d'équilibrer la puissance des deux faisceaux secondaires 11, 12.
Cet équilibrage des faisceaux secondaires permet aussi d'atténuer ou même de supprimer les effets Kerr néfastes susceptibles d'apparaître dans la bobine de fibre optique avec une source laser monofréquence.
[0093] Les premier et deuxième modes de réalisation sont ici décrits dans le cadre d'une modulation de phase à deux états à la fréquence fp. Toutefois, l'homme du métier appliquera sans difficulté le principe de l'invention à une modulation de phase 4 états ou plus.
[0094] Les figures 4 et 5 illustrent des exemples de réalisation avec une modulation du faisceau source (en puissance ou en longueur d'onde) à une fréquence 2fp/3.
[0095] Plus généralement, l'invention s'applique à tout motif de modulation de déphasage à une fréquence fp/(2n+1) à symétrie d'alternance, combiné avec une modulation de la source (en termes de puissance et/ou de longueur d'onde) à la fréquence 2fp/(2n+1), avec n entier positif supérieur ou égal à 1.
[0096] Bien entendu, diverses autres modifications peuvent être apportées à l'invention dans le cadre des revendications annexées.

Claims

Revendications
1. Interféromètre (100) à fibre optique comprenant un générateur de lumière (1), un séparateur optique de source (2), une bobine de fibre optique (4), un coupleur-séparateur optique, un photodétecteur (5) et un système électronique de traitement du signal (6), le générateur de lumière (1) comprenant une source laser (8) apte à émettre un faisceau source (10), le séparateur de source (2) étant apte à transmettre le faisceau source (10) vers le coupleur-séparateur optique, le coupleur-séparateur optique étant apte à séparer le faisceau source (10) en deux faisceaux secondaires (11, 12) et à injecter chaque faisceau secondaire (11, 12) à une extrémité (41, 42) de la bobine de fibre optique (4) de façon à ce que les deux faisceaux secondaires (11, 12) se propagent en sens mutuellement opposés dans la bobine de fibre optique (4), chaque faisceau secondaire (11, 12) parcourant la bobine avec un temps de parcours τ définissant une fréquence propre de la bobine , le coupleur-séparateur optique étant apte à recombiner les deux faisceaux
Figure imgf000022_0001
secondaires (11, 12) en sortie de la bobine de fibre optique (4) pour former un faisceau interférentiel (15), le séparateur de source (2) étant apte à transmettre le faisceau interférentiel (15) vers le photodétecteur (5), caractérisé en ce que la source laser (1) est configurée pour émettre au plus 4 modes longitudinaux à chaque instant t et en ce que le générateur de lumière (1) comprend des moyens de modulation (7, 9) adaptés pour moduler le faisceau source (10) à une fréquence de modulation égale à où n est un
Figure imgf000022_0002
nombre entier naturel supérieur ou égal à 1 et en ce que le photodétecteur (5) et le système électronique de traitement du signal (6) sont configurés pour acquérir et traiter un signal représentatif du faisceau interférentiel (15) à une fréquence de démodulation égale à
Figure imgf000022_0003
2. Interféra mètre à fibre optique selon la revendication 1 dans lequel les moyens de modulation (7, 9) sont adaptés pour moduler en puissance le faisceau source (10), de façon à ce que le faisceau source (10) présente une puissance non nulle à un instant t- τ et le faisceau source (10) présente une puissance nulle aux instants t et t-2 τ.
3. Interféra mètre à fibre optique selon la revendication 2 dans lequel les moyens de modulation (7, 9) comprennent un modulateur optique (9) disposé entre la source laser (8) et le séparateur de source (2), le modulateur optique (9) étant configuré pour moduler la puissance du faisceau source (10).
4. Interféra mètre à fibre optique selon la revendication 1 dans lequel les moyens de modulation (7, 9) sont adaptés pour accorder en longueur d'onde la source laser (8), de façon à ce que la source laser (1) émette un premier mode longitudinal à un instant t- τ et au moins un deuxième mode longitudinal, distinct du premier mode longitudinal, aux instants t et t-2 τ, et dans lequel le système électronique de traitement du signal (6) comporte un filtre adapté pour supprimer un signal détecté à une fréquence de battement entre le premier mode longitudinal et ledit au moins un deuxième mode longitudinal.
5. Interféra mètre à fibre optique selon la revendication 4 dans lequel les moyens de modulation (7, 9) comprennent des moyens d'ajustement de la source laser en température et/ou en courant électrique.
6. Interféra mètre à fibre optique selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel les moyens de modulation (7, 9) sont adaptés pour moduler la puissance du faisceau source (10) en créneau de façon à ce que la valeur de puissance au point de mesure soit égale à deux fois la valeur moyenne de la puissance sur une plage de durée 2t autour du point de mesure.
7. Interféra mètre à fibre optique selon l'une des revendications 1 à 6 comprenant des moyens de contrôle configurés pour équilibrer la puissance des deux faisceaux secondaires (11, 12).
8. Interféra mètre à fibre optique selon l'une des revendications 1 à 7 dans lequel la source laser (1) comprend une diode laser, une diode laser à rétroaction distribuée ou un laser Fabry-Pérot.
9. Interféra mètre à fibre optique selon l'une des revendications 1 à 8 comprenant un modulateur optique de phase (31) configuré pour moduler une différence de phase entre les deux faisceaux secondaires (11, 12) à une fréquence de modulation de phase égale à
Figure imgf000023_0001
10. Interféromètre à fibre optique selon la revendication 9 dans lequel le modulateur optique de phase (8) est configuré pour moduler la différence de phase suivant une modulation à M états, par période de modulation de phase, où M est un nombre entier pair inférieur ou égal à 20.
11. Procédé d'interférométrie comprenant les étapes suivantes : émission d'un faisceau source (10) comprenant au plus 4 modes longitudinaux à chaque instant t ; séparation optique du faisceau source (10) en deux faisceaux secondaires (11, 12) ; injection de chaque faisceau secondaire (11, 12) à une extrémité (41, 42) d'une bobine de fibre optique (4) de façon à ce que les deux faisceaux secondaires (11, 12) se propagent en sens mutuellement opposés dans la bobine de fibre optique (4), chaque faisceau secondaire (11, 12) parcourant la bobine avec un temps de parcours τ définissant une fréquence propre de la bobine ; recombinaison optique des deux faisceaux secondaires (11, 12) en sortie de la
Figure imgf000024_0001
bobine de fibre optique (4) pour former un faisceau interférentiel (15); détection du faisceau interférentiel (15) incident sur un photodétecteur (5), caractérisé en ce que le procédé comporte une étape de : modulation du faisceau source (10) à une fréquence de modulation égale à où n est un nombre entier naturel supérieur ou égal à 1 ; la
Figure imgf000024_0002
détection du faisceau interférentiel (15) étant effectuée à une fréquence de démodulation égale à
Figure imgf000024_0003
PCT/EP2022/068942 2021-07-07 2022-07-07 Interféromètre à fibre optique basé sur une source laser monofréquence et procédé d'interférométrie corrigés des réflexions parasites WO2023280992A1 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP22737505.2A EP4367475A1 (fr) 2021-07-07 2022-07-07 Interféromètre à fibre optique basé sur une source laser monofréquence et procédé d'interférométrie corrigés des réflexions parasites

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2107356A FR3125120B1 (fr) 2021-07-07 2021-07-07 Interféromètre à fibre optique basé sur une source laser monofréquence et procédé d’interférométrie corrigés des réflexions parasites
FRFR2107356 2021-07-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023280992A1 true WO2023280992A1 (fr) 2023-01-12

Family

ID=77519315

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2022/068942 WO2023280992A1 (fr) 2021-07-07 2022-07-07 Interféromètre à fibre optique basé sur une source laser monofréquence et procédé d'interférométrie corrigés des réflexions parasites

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4367475A1 (fr)
FR (1) FR3125120B1 (fr)
WO (1) WO2023280992A1 (fr)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5349441A (en) * 1991-08-06 1994-09-20 Honeywell, Inc. Fiber optic gyroscope refractive index induced error compensation
US20130107271A1 (en) 2011-11-02 2013-05-02 Honeywell International Inc. System and method for reducing errors in a resonator fiber optic gyroscope
US9823076B2 (en) * 2013-09-24 2017-11-21 Ixblue Interferometric system with multiaxial optical fibre and method for processing an interferometric signal in such a system
EP1946047B1 (fr) * 2005-10-18 2019-05-15 The Australian National University Appareil de detection interferometrique

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5349441A (en) * 1991-08-06 1994-09-20 Honeywell, Inc. Fiber optic gyroscope refractive index induced error compensation
EP1946047B1 (fr) * 2005-10-18 2019-05-15 The Australian National University Appareil de detection interferometrique
US20130107271A1 (en) 2011-11-02 2013-05-02 Honeywell International Inc. System and method for reducing errors in a resonator fiber optic gyroscope
US9823076B2 (en) * 2013-09-24 2017-11-21 Ixblue Interferometric system with multiaxial optical fibre and method for processing an interferometric signal in such a system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
H. C. LEFÈVRE: "The Fiber-Optic Gyroscope", 2014, ARTECH HOUSE

Also Published As

Publication number Publication date
FR3125120B1 (fr) 2024-01-19
EP4367475A1 (fr) 2024-05-15
FR3125120A1 (fr) 2023-01-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3111167B1 (fr) Dispositif de mesure interférométrique
EP2972086B1 (fr) Dispositif de mesure interferometrique a fibre optique comportant un resonateur en anneau, gyrometre et centrale d'attitude ou de navigation inertielle comportant un tel dispositif
EP0457668B1 (fr) Dispositif de mesure à fibre optique, gyromètre, centrale de stabilisation et capteur de courant ou de champ magnétique
EP0738873B1 (fr) Gyroscope à fibre optique multi-axe
EP3472558B1 (fr) Système de mesure et gyromètre comportant un tel système
EP0297338A1 (fr) Système interférométrique à fibre optique de type sagnac
WO2017051119A1 (fr) Systeme de mesure et capteur de temperature et/ou de deformation par analyse de retroreflexion brillouin.
WO2015044580A1 (fr) Système interférométrique à fibre optique multiaxe et procédé de traitement d'un signal interférométrique dans un tel système
FR3050025A1 (fr) Gyrometre optique resonant compact a trois frequences
EP2817590B1 (fr) Dispositif de mesure à fibre optique, gyromètre, centrale de navigation et de stabilisation inertielle
EP2635883B1 (fr) Systeme interferometrique apolarise et procede de mesure interferometrique apolarise
JP2021110754A (ja) スパイク抑制のための光学ゲート制御を有する光ファイバジャイロスコープ
FR2662805A1 (fr) Capteur de rotation optique a fibre.
EP3956634A1 (fr) Interféromètre à fibre optique en boucle ou en ligne
EP2936057B1 (fr) Dispositif de mesure interférométrique comportant un interféromètre de filtrage
WO2023280992A1 (fr) Interféromètre à fibre optique basé sur une source laser monofréquence et procédé d'interférométrie corrigés des réflexions parasites
EP2850389B1 (fr) Système de mesure interférométrique à fibre optique et système inertiel de guidage ou de navigation comprenant un tel système de mesure interférométrique
Yao et al. Sine-Cosine Techniques for Detecting Fast Optical Frequency Variations With Ultra-High Resolution
FR2679029A1 (fr) Dispositif de mesure a fibre optique, gyrometre, centrale de navigation et de stabilisation.
WO2023156682A1 (fr) Interféromètre à fibre optique et procédé de mesure de champ magnétique ou de courant électrique basé sur cet interféromètre
EP4310457A1 (fr) Système de capteur à fibre optique distribué

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22737505

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2022737505

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022737505

Country of ref document: EP

Effective date: 20240207

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE