FR2465202A1

FR2465202A1 - Interferometre en anneau

Info

Publication number: FR2465202A1
Application number: FR8018503A
Authority: FR
Inventors: Gerhard Schiffner
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1979-09-07
Filing date: 1980-08-26
Publication date: 1981-03-20
Also published as: DE2936269A1

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN INTERFEROMETRE EN ANNEAU. DANS CET INTERFEROMETRE EN ANNEAU COMPORTANT UNE SOURCE DE LUMIERE 5 ENVOYANT UN RAYONNEMENT SUR DEUX MIROIRS SEMI-TRANSPARENTS 3, 2 ET A DES DETECTEURS 17, 17, IL EST PREVU UN DISPOSITIF FORMATEUR QUOTIENT 9 COMPORTANT UNE ENTREE 92 POUR UN SIGNAL DIVISEUR ET UNE SORTIE 93 POUR UN SIGNAL QUOTIENT, UNE SORTIE DES SIGNAUX 71 DE L'UN 17 DES DEUX DETECTEURS 17, 17 ETANT RELIE A L'ENTREE 91 DU SIGNAL DIVIDENDE, ET UNE SORTIE DES SIGNAUX 171 DE L'AUTRE DETECTEUR 17 ETANT RELIEE A L'ENTREE 92 DU SIGNAL DIVISEUR. APPLICATION NOTAMMENT A LA MESURE DE VITESSES ANGULAIRES DE ROTATION.

Description

L'invention concerne un interféromètre en anneau comportant un guide d'ondes de lumière qui possède deux points de couplage séparés par l'intermédiaire desquels peut être injectée par couplage dans le guide d'ondes de lumière une lumière qui se propage dans le guide d'ondes en direction respectivement de l'autre point de couplage et peut y être à nouveau extraite par découplage, et dans lequel une partie de la lumière extraite par découplage parl'intermédiaire d'un premier point de couplage, et une partie de la lumière, extraite par découplage par l'intermédiaire de l'autre point de couplage, sont envoyées, en étant superposées, dans un détecteur optoélectronique, et dans lequel une autre partie de la lumière extraite par découplage au niveau du premier point de couplage et une autre partie de la lumière extraite par découplage au niveau de l'autre point de couplage sont envoyées, en étant superposées, dans un autre détecteur optoélectronique.

Les interféromètres en anneau du type indiqué plus haut servent par exemple à la détection de rotations et à la mesure de leur vitesse angulaire. Ils utilisent alors l'effet relativiste Sagnac, qui provoque des différences des temps de propagation non réciproques, qui sont proportioneflesà la vitesse angulaire. L'effet
Sagnac est valable pour tous les états de polarisation de la lumière utilisée. On mesure des différences de temps de propagation et par conséquent la vitesse angulaire par l'intermédiaire de l'intensité intégrale de la lumière mesurée par des détecteurs optoélectroniques.

Lors de telles mesures, peuvent apparaître des valeurs de mesure erronnées par suite de variations de la puissance de la source de lumière, en général un laser, ou bien par suite d'affaiblissements variables dans le guide d'ondes de lumière.

La présente invention a pour but d'améliorer un interféromètre en anneau du type indiqué plus haut de manière que de telles variations de la puissance lumineuse ou de l'affaiblissement ne puissent plus exercer aucune influence sur le signal de mesure.

Ce problème est résolu conformément à l'invention à l'aide d'un dispositif formateur de quotient comportant une entrée pour un signal dividende, une entrée pour un signal diviseur, une sortie pour un signal quotient, une sortie des signaux de l'un des deux détecteurs étant reliée à l'entrée pour le signal dividende, et une sortie des signaux de l'autre détecteur étant reliée à 11 entrée pour le signal diviseur.

A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé une forme de réalisation de l'objet de l'invention.

La figure représente schématiquement la constitution d'un interféromètre en anneau qui peut fonctionner par exemple en tant que détecteur de rotation.

L'interféromètre en anneau est constitué par une source de lumière laser 5, par deux miroirs semitransparents 3 et 2, par deux polariseurs linéaires 61 et 61', par deux systèmes optiques 7 et 7', par le guide d'ondes de lumière 1, de préférence un guide d'ondes de lumière monomode , possédant les deux extrémités Il et 11', et par deux détecteurs optoélectroniques 17 et 17', dont les surfaces photosensibles de détection sont désignées par 41 et 41'.

La source de la lumière5 émet suivant la direction R le faisceau de rayonnement laser 52 qui tombe tout d'abord sur le miroir semitransparent 3 incliné de préférence à 450 par rapport maudit faisceau. Le miroir 3 réfléchit à angle droit une partie de la lumière laser sous la forme d'un faisceau de rayonnement partiel 53, qui tombe sur un dispositif absorbeur de lumière 18.Le faisceau de rayonnement laser 50 affaibli et ayant traversé le miroir 3 tombe sur le miroir semi transparent 2 également incliné de préférence suivant un angle de 450 par rapport audit faisceau 50 qui, comme le miroir 3, réfléchit à angle droit par rapport à la direction R une partie de la lumière sous la forme du faisceau de rayonnement partiel 51, tandis que l'autre partie de la lumière traverse le miroir 2 sous la forme du faisceau de rayonnement lumineux 51' et continue ensuite à se propager suivant la direction R. Sur le trajet des faisceaux de rayonnement partieS traversant et réfléchi, se trouvent disposés les polariseurs linéaires 61' et 61, les systèmes optiques 7' et 7 et les extrémités 11' et 11 du guide d'ondes de lumière 1.Le système optique 7' ou 7 focalise le faisceau de rayonnement partiel considéré 51' ou 51 sur l'extrémité consi dégrée11' ou Il du guide d'ondes de lumière I et sert à injecter par couplage la lumière polarisée dans le guide d'ondes de lumière 1. Ce dernier est constitué de préférence par un guide d'ondes de lumière formé d'une fibre de verre monomode, enroulée pour former une bobine.

La lumière, qui est injectée respectivement par l'intermédiaire d'une extrémité ll' ou il dans le guide d'ondes de lumière 1 , traverse ce dernier et est à nouveau extraite par découplage à l'autre extrémité 11 ou 11' et est focalisée par le système optique 7 ou 7'. Les extrémités 11' et Il constituent par conséquent les points de couplage du guide d'ondes dé lumière. Le faisceau de rayonnement lumineux focalisé 110', extrait par découplage au niveau de l'extrémité 11, est dirigé essentiellement en sens opposé au faisceau de rayonnement partiel incident 51 et tombe sur une face du miroir semitransparent 2.Le faisceau de rayonnement lumineux focalisé 110, extrait par découplage hors de l'extrémité Il', est dirigé essentiellement en sens opposé du faisceau de rayonnement partiel 51' et tombe sur l'autre face du miroir 2.

Une partie du faisceau de rayonpement lumineux 110' extrait par découplage traverse le miroir 2 et se propage ensuite suivant la même direction qu'avant, tandis que l'autre partie est réfléchie par le miroir 2 suivant une direction opposée à la direction R.

I1 en est de inêffle pour le faisceau lumineux découpié llo. Une partie de ce faisceau traverse le miroir 2 et se propage ensuite suivant la même direction que précédemment, tandis que l'autre partie est réfléchie suivant la direction du faisceau de rayonnement lumineux 110 extrait par découplage. Par conséquent d'une face du miroir 2 part, suivant la direction opposée à la direction R, un faisceau de rayonnement- lumineux 111', dans lequel la partie, ayant traversé le miroir 2, du faisceau de rayonnement lumineux 110 extrait par découplage et la partie réfléchie du faisceau de rayonnement lumineux 110' extrait par découplage, sont superposées.La lumière de la partie réfléchie subit un saut de phase et est par conséquent déphasée par rapport à la partie, ayant traversé le miroir, du faisceau de rayonnement lumineux 110 extrait par découplage. A partir de l'autre face du miroir 2 part un faisceau de rayonnement lumineux 111 dans lequel la partie, qui a traversé le miroir, du faisceau de rayonnement lumineux 110' extrait par découplage et la partie réfléchie du faisceau de rayonnement lumineux 110' extrait par découplage,sont superposées. Ici également la partie réfléchie subit un saut de phase de sorte qu'elle est déphasée par rapport à la partie ayant traversé le miroir. Alors que, par conséquent, dans le faisceau de rayonnement lumineux 111', une partie du faisceau de rayonnement lumineux 110 est superposée à une partie déphasée du faisceau de rayonnement lumineux 110', ces conditions sont valables inversement pour le faisceau de rayonnement lumineux 111. Dans ce faisceau de rayonnement lumineux 111, une partie du faisceau de rayonnement lumineux 110' est su perposée à une partie déphasée du faisceau de rayonnement lumineux 110.

En outre, dans le cas de l'interféromètre en anneau ici décrit, déjà le faisceau de rayonnement lumineux 51 réfléchi est déphasé par rapport au faisceau de rayonnement lumineux 51' ayant traversé le miroir. Tous les déphasages apparaissant sont égaux à7t/2. Ceci a en particulier pour conséquence que les parties de la lumière, qui sont superposées dans le faisceau de rayonne ment lumineux 111, sont déphasées -entre elles de 7r , tandis que les parties de lumière superposées dans le faisceau de rayonnement lumineux 111' ne sont pas déphasées -eDtre elles.Et ceci a pour conséquence que les parties de lumière dans un faisceau de rayonnement lumineux 111 ou 111' se renforcent précisément lorsque les parties de lumière contenues dans l'autre faisceau de rayonnement lumineux 111' ou 111 s'affaiblissent ou s'annihilent précisément. Mais la présente invention est en principe indépendante de telles circonstances particulières.

Sur le trajet de rayonnement du faisceau de rayonnement lumineux 111 se trouve disposée la surface de détection 41. Le faisceau de rayonnement lumineux 111' tombe sur le miroir semitransparent 5 qui réfléchit une partie Il 1" de ce faisceau de rayonnement lumineux 111'. Sur le trajet du rayonnement de ce faisceau de rayonnement lumineux 111" réfléchi se trouve disposée la seconde surface de détection 41'. il faut remarquer que la somme de l'intensité intégrale de lumière dans le faisceau de rayonnement lumineux 111 et de l'intensité intégrale dans le faisceau de rayonnement lumineux 111' est constante.

Jusqu'à présent on a décrit un interféromètre en anneau connu, qui peut fonctionner par exemple en tant que détecteur de rotation. A la place du miroir semitransparent 2 ou même du miroir semitransparent 3, qui peuvent être considérés tous les deux comme formant un l système optique réciproque à portes multiples, en particulier à quatre portes, on pourrait également utiliser d'autres réalisations de telles portes multiples, possédant les mêmes caractéristiques. Par exemple,,on pourrait utiliser un coupleur directionnel optique réalisé avec des guides d'ondes de lumière, du type proposé dans la demande de brevet allemand antérieure déposée sous le numéro provisoire P 28 04 119.2.

Afin d'éliminer l'influence d'une variation de la puissance lumineuse ou de l'affaiblissement sur le signal de mesure, on a prévu le dispositif formateur de quotient 9. Ce dernier possède une entrée 91 pour un signal dividende, une entrée 92 pour le signal diviseur et une sortie 93 pour un signal quotient. Une sortie des signaux 171 du détecteur 17 est reliée à l'entrée 91 du signal dividende, tandis qu'une sortie des signaux 171' de l'autre détecteur 17' est reliée à l'entrée 92 du signal diviseur. En d'autres termes cela signifie que le signal d'un détecteur est envoyé au dispositif formateur de quotient 9 en tant que signal dividende, tandis que le signal provenant de l'autre détecteur 17' est envoyé au dispositif formateur de quotient en tant que signal diviseur. Le cas inverse serait tout aussi bien possible.La valeur du signal obtenu à la sortie 92 correspond au quotient de la valeur du signal dividende par la valeur du signal diviseur.

Grâce à cette formation de quotient, on supprime que les influences de variations de la puissance lumineuse ou de l'affaiblissement sur le signal de mesure . La raison en est que de telles variations influencent de la même façon les intensités intégrales sur les surfaces photosensibles des détecteurs. Ces influences sont supprimées par suite de la formation du quotient. Il est approprié que le miroir semitransparent 2 possède pouvoir ré- fléchissant et un pouvoir de transmission de 50%.

L'intensité intégrale sur la surface de détection 41 du détecteur 17 dépend, selon une fonction sinusof- dale quadratique, de la vitesse angulaire du guide d'ondes de lumière 1 en rotation. L'intensité intégrale sur la surface de détection 41' du détecteur 17' dépend au contraire selon une fonction en cosinus quadratique de la vitesse angulaire. Etant donné que les signaux électriques produits par les détecteurs 17-et 17' sont propor tionneà à l'intensité intégrale, le signal quotient pré- sent à la sortie 93 du dispositif formateur de quotient 9 dépend de la vitesse angulaire selon une fonction tangente quadratique.

Le dispositif formateur de quotient 9 peut être réalisé soit sous la forme d'un circuit analogique ou même d'un circuit numérique. Un circuit numérique peut être réalisé par exemple de telle manière que les signaux dividende et diviseur délivrés par les détecteurs 17 et 17' et qui sont fournis sous la forme de signaux analogiques soient envoyés respectivement à un convertisseur analogique/numérique et que les signaux numériques délivrés par ces dernier soient envoyés sous la forme d'un signal dividende et d'un signal diviseur à des entrées correspondantes d'un dispositif formateur de quotient nume- rique, par exemple à un microprocesseur. On prend pour hypothèse les déphasages particuliers de respectivement fi /2 indiqués précédemment et fournis par le miroir semitransparent 2.Des déphasages entre les parties de lumière qui sont envoyésFen superposition, à un détecteur, ne sont en principe pas nécessaires, ce qui avait également déjà été mentionné précédemment. Mais il est judicieux et approprié que des parties de lumière, qui sont envoyées en superposition à un détecteur, présentent des déphasages entre elles si d'autres parties de lumière, qui sont envoyées en superposition à un autre détecteur, ne présentent pas un tel déphasage réciproque, c'est-àdire ne présentent absolument aucun déphasage ou bien présentent un autre déphasage.En effetwlorsque des parties de lumière, qui sont envoyées en superposition à un détecteur, et les autres parties de lumière, qui sont envoyées à l'autre détecteur, possèdent respectivement les mêmes déphasages ou la même phase, le dispositif formateur de quotient délivre un signal constant et la plage d'utilisation de l'interféromètre en anneau est limitée. Par exemple, on ne peut plus l'utiliser en tant que détecteur de rotation. Mais, indépendemment de cela, des variations de- la puissance lumineuse ou de l'affaiblissement ne peuvent exercer aucune influence sur le signal constant.

Le dispositif formateur de quotient 9 peut être réalisé sous la forme d'un circuit analogique ou même d'un circuit numérique. Un circuit numérique peut être conçu par exemple de telle manière que le signal dividende ou le signal diviseur, délivrés par les détecteurs 17 et 17' et ce sous la forme de signaux analogiques, sont envoyés à des convertisseurs analogique/numérique respectifs, et que les signaux numériques, délivrés par ces convertisseurs, sont envoyés sous la-forme d'un signal dividende et d'un signal diviseur à des entrées correspondantes du dispositif formateur de quotient numérique, par exemple à un microprocesseur programmé de façon correspondante.

Claims

REVENDICATION

Interféromètre en anneau comportant un guide d'ondes de lumière qui possède deux points de couplage séparés par l'intermédiaire desquels peut être injectée par couplage dans le guide d'ondes de lumière une lumière qui se propage dans le guide d'ondes en direction respectivement de l'autre point de couplage et peut y être à nouveau extraite par découplage, et dans lequel une partie de la lumière extraite par découplage par l'intermédiaire d'un premier point de couplage, et une partie de la lumière, extraite par découplage par l'intermédiaire de l'autre point de couplage, sont envoyées, en étant superposées, dans un détecteur optoélectronique, et dans lequel une autre partie de la lumière extraite par découplage au niveau du premier point de couplage et une autre partie de la lumière extraite par découplage au niveau de l'autre point de couplage sont envoyées, en étant superposées, dans un autre détecteur optoélectronique, caractérisé par un dispositif formateur de quotient (9) comportant une entrée (92) pour un signal diviseur et une sortie (93) pour un signal quotient, une sortie des signaux (71) de l'un (17) des deux détecteurs (17,17') étant relié à l'entrée (91) du signal dividende, et une sortie des signaux (171') de l'autre détecteur (17') étant reliée à l'entrée (92) du signal diviseur.