FR2617281A1 - Systeme de reglage de la frequence d'un laser par detection du battement resultant de l'interference de frequence avec un laser de reference, pour spectroscopie - Google Patents
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Abstract
a) Système de réglage de la fréquence d'un laser par détection du battement résultant de l'interférence de fréquence avec un laser de référence pour spectroscopie. b) Le système se caractérise en ce qu'il comporte un premier laser accordable pour produire un faisceau laser avec une fréquence réglable f1 , un second laser de référence pour produire un faisceau laser avec une fréquence de référence f2 , un moyen formant détecteur, pour former une différence de fréquence par détection du battement résultant de l'interférence de ladite première et de ladite seconde fréquences, et un moyen de commande numérique à boucle de régulation en verrouillage de phase, sensible à ladite différence de fréquence pour régler le signal de sortie dudit moyen formant laser accordable sur un signal de sortie de fréquence prédéterminée. c) Le système de l'invention peut s'utiliser en spectroscopie pour séparation isotopique par laser, dans les diagnostics relatifs à la vapeur atomique, dans le traitement des déviations précises de la fréquence de laser par rapport à une fréquence de référence, et applications analogues.
Description
Titre: SYSTEME DE REGLAGE DE LA FREQUENCE D'UN LASER
PAR DETECTION DU BATTEMENT RESULTANT DE L'INTER-
FERENCE DE FREQUENCE AVEC UN LASER DE REFERENCE,
POUR SPECTROSCOPIE.
Le Gouvernement des Etats-Unis possède des droits
sur cette invention par suite du contrat No. W-7405-
ENG-48 entre le Ministère de l'Energie des Etats-Unis et l'Université de Californie pour le fonctionnement
du Lawrence Livermore National Laboratory.
La présente invention se rapporte à un système de réglage de la fréquence d'un laser par détection du battement résultant de l'interférence de fréquence avec un laser de référence pour spectroscopie. Dans l'art antérieur, on connait des systèmes de commande
de laser par détection du battement résultant de l'inter-
férence de fréquence avec un laser de référence, systèmes qui utilisent. des techniques de boucle de régulation en verrouillage de phase pour verrouiller directement en phase deux ou plus lasers. Toutefois, dans l'art antérieur, les concepts originaux du verrouillage de phase sont utilisés pour verrouiller des lasers émettant sur des fréquences identiques. Cette approche, toutefois, ne permet pas de régler la fréquence du laser commandé sur une valeur quelconque proche de celle d'un laser de référence et de la maintenir stable ou aussi précise que la fréquence du laser de référence. Cette limitation n'est donc pas acceptable pour des applications de spectroscopie par séparation isotopique par laser, de diagnostics concernant une vapeur atomique, de traitement précis des déviations de la fréquence d'un laser par
rapport à une fréquence de référence, et analogues.
Un but de la présente invention est de proposer une amélioration du système de réglage de la fréquence d'un laser par détection du battement résultant de l'interférence de fréquence avec un laser de référence,
ou système hétérodyne, pour spectroscopie.
Un autre objet de la présente invention est de proposer un système hétérodyne de laser qui puisse s'appliquer dans des systèmes de spectroscopie pour
séparation isotopique par laser.
Un autre objet de la présente invention est de proposer un système hétérodyne de laser qui présente des applications dans le diagnostic concernant la vapeur
atomique.
En bref, la présente invention est un système hétérodyne de laser comportant, dans une réalisation préférée, un premier laser accordable pour produire un faisceau laser avec une fréquence réglable fl et un second laser de référence pour produire un faisceau laser avec une fréquence de référence f2. Le système comprend des moyens de détection pour faire interférer la première fréquence et la seconde fréquence pour former une différence de fréquence et comprend également
un moyen de commande à boucle de régulation en ver-
rouillage de phase, moyen sensible à la différence de fréquence, pour ajuster le signal de sortie du laser
accordable sur un signal de sortie de fréquence prédé-
terminée. D'autres buts, avantages et caractéristiques nouvelles de la présente invention seront en partie
indiqués dans la description qui suit et, en partie.
apparaitront à l'homme de l'art à l'examen de ce qui suit, ou pourront être enseignés par la pratique de l'invention. On peut réaliser et atteindre les buts et avantages de l'invention au moyen des améliorations
et combinaisons sur lesquelles on attire particuliè-
rement l'attention dans les revendications jointes.
Les dessins joints, qui sont incorporés dans la spécification et en font partie, illustrent plusieurs réalisations préférées de l'invention et, en même temps
que la description détaillée qui suit, servent à
expliquer les principes de l'invention.
La figure l représente un diagramme par blocs d'un système de réglage de la fréquence d'un laser par détection du battement résultant de l'interférence de fréquence avec un laser de référence, ou système hétérodyne, pour spectroscopie, conforme à la présente invention. La figure 2 représente un diagramme par blocs
d'un récepteur hétérodyne interfacé sur fibre optique.
La figure 3A représente un diagramme par blocs d'un sous-système de verrouillage de la fréquence de
référence sur une raie de l'iode.
La figure 3B représente des formes typiques du signal, sans effet Doppler, de la raie hyperfine de
l'iode et du signal de verrouillage.
La figure 3C représente les réglages de commande des amplificateurs de verrouillage pour la boucle de
régulation en verrouillage de phase du laser de réfé-
rence à fréquence alignée sur la raie de l'iode de
la figure 3A.
La figure 4 représente un menu de fichier d'enre-
gistrement.
La figure 5 représente un menu principal.
La figure 6 représente un menu de balayage grossier. La figure 7 représente des graphiques de balayage grossier. La figure 8 représente un menu de balayage haute résolution. La figure 9 représente des graphiques de balayage
haute résolution.
La figure 10 représente des graphiques de balayage
de l'analyseur de spectre.
La figure 11 représente un tableau illustrant
les specifications et les limites du système.
La figure 12 représente un tableau illustrant
les besoins minimals concernant le matériel informa-
tique et les logiciel. La figure 13 représente un tableau illustrant
les assignations d'adresse sur le bus GPIB du système.
La figure 14 représente un tableau illustrant un répertoire d'un disque système A. La figure 15 représente un diagramme par blocs illustrant des techniques de réglage de la fréquence d'un laser par détection du battement résultant de l'interférence de fréquence avec un laser de référence,
ou techniques hétérodynes.
La figure 16 représente un diagramme par blocs d'un système hétérodyne de laser conforme à la présente invention. La figure 17 représente un diagramme par blocs
de réglage de la fréquence d'un laser par système hété-
rodyne par mélange sur une fibre monomode conforme
à la présente invention.
La figure 18 représente un diagramme par blocs d'un système de commande de mesure d'un spectre par système hétérodyne de laser conforme à la présente
invention.
La figure 19 représente un spectre hétérodyne typique. La figure 20 représente un spectre homodyne typique. Vue générale du système Avant de décrire en détail les différents aspects de la présente invention, on va donner une vue générale
d'un système hétérodyne de laser pour spectroscopie.
Le système hétérodyne de laser pour spectroscopie 10, représenté sur la figure 1, est un système pour faire que la fréquence d'un laser à colorant, accordable,
26, à onde continue, monomode, effectue un balayage numé-
rique en fréquence avec une haute précision tout en collectant simultanément des données provenant d'une expérience de spectroscopie par laser qui utilise un laser à balayage de fréquence 24. Le système 10 effectue un- mélange pour faire interférer la fréquence du laser à balayage de fréquence avec un laser de référence 26 à fréquence unique stable connue pour produire une différence de fréquence sur la plage des micro-ondes (c'est-à-dire 1-20 GHz). Des techniques numériques de boucle de régulation en verrouillage de phase servent à commander la différence de fréquence par réglage de la fréquence du laser à balayage 24. On connait
alors la fréquence du laser à balayage avec essen-
tiellement la même précision que la fréquence du laser de référence. Le laser de référence 26 est verrouillé sur une raie spectrale, connue avec précision, de l'iode moléculaire, ce qui se traduit par une précision globale dans la mesure de fréquence du laser de balayage qui
dépasse de loin celle des techniques conventionnelles.
La figure 1 représente un diagramme par blocs d'un système hétérodyne de laser pour spectroscopie conforme à la présente invention. Les principaux composants du système 10 sont interfacés à un ordinateur personnel IBM 12 par l'intermédiaire d'un bus GPIB IEEE-488 (bus d'interface d'usage général) 14. Un programme en langage BASIC compilé, piloté par menu par un opérateur, commande le système 10. Plusieurs options sont offertes à l'opérateur, comme la fréquence initiale et la fréquence finale, le nombre de points de données, le nombre de mesures dont on prend la
moyenne par point de données, des balayages supplémen-
taires avec détermination de la moyenne de données supplémentaires et ainsi de suite. Les données
6 2 617281
collectées à partir de l'expérience de spectroscopie sont immédiatement visualisées so.us forme graphique
sur l'écran de l'ordinateur 12 et peuvent être mémo-
risées pour réemploi ultérieur avec des données intéres-
santes d'identification comme le titre, la date, l'heure, la fréquence de la raie de référence de l'iode, etc, dans la mémoire sur disque 16. D'autres options permettent à l'opérateur d'imprimer sur imprimante/ traceur 18 les graphiques produits par le système 10, d'identifier automatiquement la fréquence des maxima de toutes les crêtes qui sont, dans les données,
au-dessus d'un niveau choisi par l'opérateur, d'effec-
tuer automatiquement des balayages haute résolution
sur les crêtes identifiées dans les balayages de réso-
lution grossière, etc. Le système 10 utilise les données provenant d'un ondemètre optique conventionnel 72 (et qui présente une précision considérablement moindre) et d'un analyseur de spectre micro-ondes 70 à commande numérique sophistiquée comme aide à l'opérateur pour le statut opérationnel du système 10. Les données
provenant de ces sources redondantes peuvent être mémo-
risées pour réemploi sur instruction du menu provenant du programme du dispositif de commande de l'ordinateur 12. La différence de fréquence (fl - f2) entre le
laser à balayage de fréquence 24 et le laser de réfé-
rence 26 est produite dans le récepteur hétérodyne interfacé sur fibre. optique 20. Cet appareil 20 sert d'interface pour les deux lasers à colorant 24, 26 sur les conducteurs à fibre optique monomode 30, 32, respectivement, et envoie directement sur le conducteur 34 un signal de différence micro-ondes pour un appareil disponible dans le commerce et dénommé synchroniseur de la source de micro-ondes 40. Le synchroniseur de
la source 40 contient un compteur de fréquence micro-
ondes, un diviseur de fréquence programmable commandé par le bus GPIB, un détecteur de phase et des portions, formant servo-amplificateur, d'une boucle de commande
numérique de la fréquence en verrouillage de phase.
Le signal de sortie des servo-amplicateurs est envoyé dans un appareil qui traite correctement ces signaux pour les circuits de commande de fréquence du
laser à balayage 24. Le signal de sortie 52 de l'expé-
rience 50 est collecté par un système commercial à tiroir 54 qui échantillonne numériquement le signal analogique à des intervalles de temps appropriés pour l'envoyer dans l'ordinateur 12 par l'intermédiaire du bus GPIB 14. Une caractéristique supplémentaire du système 10 produit des signaux d'activation d'une bobine électrique, par l'intermédiaire du circuit 60, pour inverser la direction du faisceau laser au cours de l'expérience 50 tout en faisant balayer de façon répétitive la fréquence du laser et en retraçant chaque fois les données relatives à la spectroscopie. Cette procédure permet à un expérimentateur de détecter et de corriger les écarts Doppler dans les données de spectroscopie dus au désalignement des faisceaux
atomiques ou d'autres sources de corpuscules spectro-
scopiques en étude.
La figure 7 représente une visualisation sur écran des images graphiques PC produites par le système 10
en mode balayage grossier ou mode basse résolution.
Ce tracé a été obtenu à partir d'une expérience sur de l'iode moléculaire sans effet Doppler. Les données contiennent en fait une structure hyperfine provenant de deux raies d'absorption de ltiode qui, par hasard,
coincident approximativement dans le spectre. La carac-
* téristique du discriminateur a été utilisée pour identifier toutes les 15 cr&tes des données qui dépassent le niveau prédéterminé de 0.6 volts. La plage totale de balayage est de 2 GHz et on a pris la moyenne de 5 lectures du signal de sortie pour chacun des 500 points de données pour obtenir l'ensemble des données. La figure 6 représente la visualisation sur écran des choix effectués sur menu par l'opérateur pour ce balayage. Le temps nécessaire pour effectuer
ce balayage a été d'environ 500 secondes.
Tous les fichiers de données créés par le système
utilisent les caractères ASCII standards pour repré-
senter toutes les quantités et sont en unités absolues pour éviter des confusions. Les caractères d'étiquetage et de format sont utilisés de façon que les fichiers soient imprimés sous forme lisible pour éviter de perdre des données dans l'avenir par perte de l'information de "décodage". D'autres programmes à la disposition
de l'utilisateur permettent la réutilisation, la visua-
lisation graphique, l'analyse ou le traitement des données, ainsi que la production de listages et de tracés sur papier à partir des fichiers de données
archivés.
Spécifications La figure 11 résume les spécifications importantes des systèmes hétérodyne de laser pour spectroscopie 10. On trouvera dans la section "théorie de l'opération"
d'autres détails concernant plusieurs de ces spécifi-
cations. A. Précision de la mesure de fréquence La différence de fréquence des lasers est commandée de façon très précise par une technique numérique de boucle de régulation en verrouillage de phase et son
erreur moyenne à long terme n'est pas significative.
La spécification indiquée d'une erreur maximale de KHz provient du bruit de phase dans la boucle de commande de fréquence et du temps de verrouillage relativement court entre les points d'échantillonnage
9 2617281
des données. Ceci peut s'optimiser si nécessaire, mais a fait l'objet d'un compromis pour aboutir à un temps
de balayage plus rapide.
L'erreur de fréquence absolue de nos mesures est généralement limitée par les données disponibles sur les fréquences de la raie de référence hyperfine de l'iode. On estime que ces raies peuvent être étalonnées de façon absolue sur toute la portion du spectre optique intéressant, pour donner des raies bien caractérisées avec une précision suffisante pour obtenir une erreur
de fréquence absolue maximale globale de 1 MHz.
B. Longueur d'onde du laser Au moins quatre facteurs indépendants définissent la plage de longueur d'onde utilisable du -laser du système 10; le colorant et le système optique installés dans les lasers à colorant accordables, la disponibilité de raies spectrales de référence pour verrouiller le laser de référence et la plage spectrale des fibres optiques et des détecteurs optiques dans le récepteur
hétérodyne sur fibre optique 34.
Plage d'accord du laser à colorant - Il faut consulter les manuels concernant les différents lasers à colorant (disponibles dans le commerce) . De façon générale, il existe des colorants et des optiques correspondant à la plupart des systèmes de laser à colorant à onde continue qui couvrent les portions à recouvrement allant du vert au rouge visible et au proche infrarouge. L'extrémité côté bleu et ultraviolet du spectre est difficile à atteindre avec des systèmes de laser à colorant à onde continue, mais on peut les atteindre en produisant un second ou un troisième harmonique du signal de sortie provenant du système
oscillateur à laser à onde continue/du système ampli-
ficateur à laser à colorant à impulsions. L'amplifi-
cateur à impulsions est nécessaire pour obtenir les
261728 1
crêtes élevées de puissance nécessaires pour produire des harmoniques dans des cristaux à caractéristiques optiques non linéaires. La fréquence du signal de sortie du laser à impulsions provenant du générateur d'harmoniques est un multiple entier exact du signal d'entrée de l'oscillateur à laser à colorant à onde continue, mais peut être commandé par le système
hétérodyne de laser pour spectroscopie 10.
Raies spéciales de référence - Il existe des raies de l'iode moléculaire à des intervalles assez aléatoires qui dépassent rarement 10 GHz à 20 GHz aux longueurs
d'ondes intéressantes à partir d'environ 500-900 nano-
mètres. Environ 20 de ces raies ont été bien caracté-
risées et peuvent être utilisées comme standards pour étalonner d'autres raies grâce à une série de sauts
à travers le spectre en utilisant ces raies intermé-
diaires. On espère que l'on pourra produire un catalogue
extensif des raies de référence acceptables en uti-
lisant le système hétérodyne de laser pour spectro-
scopie 10 de la figure 1 avec deux sous-systèmes pour spectroscopie à iode, sans effet Doppler (un pour chaque laser). Pour les longueurs d'ondes de l'infrarouge, d'autres matériels standards pour spectroscopie sont disponibles.
Plage de longueur d'onde de fibres optiques -
Les fibres optiques monomodes doivent être utilisées très près de leur longueur d'onde optique nominale pour donner une atténuation ou dégradation minimale de la qualité du mode. Au fur et à mesure que la longueur d'onde devient trop grande, l'atténuation croît rapidement. Au fur et à mesure que la longueur d'onde devient trop courte, d'autres modes transversaux vont commencer à se propager dans la fibre et vont réduire l'intensité du signal de différence hétérodyne au détecteur. La fibre monomode utilisée dans le il 2617281 système est prévue pour opérer à la longueur d'onde du laser au HeNe de 633 nanomètres. Elle fonctionnera avec une intensité de signal réduite sur une plage
allant d'environ 450 à 700 nanomètres. -Il existe éga-
lement dans le commerce des fibres optiques monomodes
centrées sur 850 nanomètres.
Plage de longueur d'onde du détecteur - L'arséniure de gallium présente une largeur de bande interdite correspondant à une longueur d'onde d'environ 900 nanomètres et n'a pas de réponse à des longueurs d'ondes plus élevées. La sensibilité aux énergies photoniques au-dessus de la largeur de bande interdite est très élevée et par conséquent elle est élevée sur toute
la plage visible.
C. Besoins des lasers en puissance Les besoins des lasers en puissance dépendent de nombreux facteurs, comprenant la longueur d'onde du laser, les fibres optiques et le détecteur utilisés, la différence de fréquence minimale et maximale des lasers, les amplificateurs utilisés et d'autres
facteurs. Des données plus complètes sur cette spécifi-
cation qui apparait sur la figure ll nécessiteront une analyse détaillée de l'application spécifique prévue du système. Les spécifications indiquées s'appliquent de façon générale à l'emploi des fibres optiques appropriées, d'un détecteur FET à l'arséniure de gallium, à 25 db d'amplification des micro-ondes à la suite des détecteurs pour les signaux au-dessus de 8 GHz, et à l'opération à l'extrémité, allant du
jaune au rouge, du spectre visible.
D. Spécifications concernant le logiciel et le système informatique Les besoins et les spécifications concernant le logiciel et le matériel informatique du système sont précisés dans les portions correspondantes des
12 2617281
I 2
instructions opératoires et dans la théorie de l'opé-
ration. Instructions opératoires A. Introduction Les instructions opératoires concernent le fonc- tionnement du programme du dispositif de commande informatique du système hétérodyne de laser pour spectroscopie. Pour cette discussion on suppose qu'un opérateur est familiarisé avec les procédures détaillées de fonctionnement et d'alignement optique pour les lasers à colorant 24, 26, pour le synchroniseur de
la source de micro-ondes 40 et pour les autres péri-
phéries de la figure 1. Des instructions pour le fonc-
tionnement de cet équipement sont données dans la
littérature des fabricants.
B. Mise en circuit et initialisation du système La première étape du fonctionnement du système consiste à mettre sous tension tous les appareils du
système et à amener les lasers à leurs conditions opéra-
toires normales. Il faut ensuite verrouiller le laser de référence 26 surla raie correcte de l'iode et régler
la fréquence du laser à balayage, en gros, à la fré-
quence initiale de balayage. La différence de fréquence doit pouvoir s'observer sur le compteur micro-ondes 40 et sur l'analyseur de spectre 70. Il doit également être possible de verrouiller en phase la différence de fréquence sur la fréquence initiale à l'aide des commandes manuelles du synchroniseur de la source EIP 40.
L'appareil EIP 40 présente des routines de pro-
gramme du microprocesseur interne qui testent auto-
matiquement les servo-gains appropriés pour les signaux
de rétroaction de commande de fréquence et les cal-
culent. Toutefois, ces routines ne sont suivies que lorsque l'on demande à l'appareil de changer la déviation 13 t 2617281 i 3 de fréquence du laser. Avant de procéder au passage
du programme informatique du système, il est habituel-
lement commode d'utiliser les commandes manuelles des appareils EIP pour changer la déviation de fréquence du laser par incréments successivement de plus en plus grands jusqu'à ce que cela permette de changer la déviation de fréquence depuis la fréquence initiale du balayage jusqu'à la fréquence finale du balayage sans perdre le verrouillage. Ceci permet à l'appareil EIP modèle 578 "d'apprendre" les facteurs de gain corrects et garantit également que le laser à balayage peut faire l'objet d'un balayage en fréquence sur la
totalité de l'intervalle prévu sans saut de mode.
C. Faire passer le programme ISCAN Le système est maintenant prêt pour faire passer
le programme ISCAN. Après avoir mis en circuit l'ordi-
nateur IBM PC 12, il faut laisser environ 2 minutes pour amorcer le système d'exploitation PCDOS et faire
passer les fichiers spécialisés d'instruction d'ini-
tialisation du système hétérodyne de laser pour spectro-
scopie. Après initialisation du système, le message
suivant apparait sur l'écran de l'ordinateur, "AJ".
En enfonçant la touche "F10" en réponse à ce message,
on fait passer la version compilée du programme ISCAN.
D. Le fichier d'enregistrement Le programme ISCAN commence par faire apparaitre sur l'écran le menu du fichier d'enregistrement, qui apparait typiquement comme représenté sur la figure 4 de l'écran. En appuyant sur la touche "C", on autorise la création d'un nouveau menu en réponse aux messages concernant les paramètres du système représenté; en appuyant sur la touche "R" et en répondant au message
inscrit sur l'écran en donnant un nom de fichier mémo-
risé, on réutilise un ancien fichier de données d'enre-
gistrement et on fait apparaitre le menu complété;
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en appuyant sur la touche "S", on sauvegarde le menu du fichier d'enregistrement apparu sur l'écran et en appuyant sur "M", on fait apparaitre sur l'écran le
menu principal.
Le programme fait tout d'abord apparaitre le menu du fichier d'enregistrement au démarrage pour rappeler
à l'opérateur qu'il doit soit créer un fichier d'enre-
gistrement, soit en réutiliser un si des données sont à enregistrer. Le fichier d'enregistrement est un fichier de texte ASCII uniquement (ne contenant pas de données), contenant une information appropriée à l'expérience générale et il n'est pas utilisé comme données d'entrée pour commander les balayages. Par conséquent l'information peut être entrée ou omise à la discrétion de l'expérimentateur. La seule exception à ce qui précède concerne l'entrée du menu du fichier
d'enregistrement "mode boxcar (tiroir d'échantillon-
nage)". Cette entrée commande le mode opératoire du tiroir d'échantillonnage qui échantillonne les données de l'expérience de spectroscopie. L'expérimentateur peut répondre soit "Asynchronous" (asynchrone) et dans ce cas l'échantillonnage par tiroir se produit immédiatement après l'instruction envoyée par le programme ISCAN ou bien "synchronous" (synchrone) et dans ce cas l'échantillonnage par tiroir se produit au prochain signal de déclenchement extérieur arrivant
après une instruction envoyée par le programme ISCAN.
Cette information est sauvegardée sur disque dans le fichier d'enregistrement et utilisée pour réinitialiser le tiroir d'échantillonnage lorsque l'on réutilise un ancien fichier d'enregistrement. Un exemple de l'utilisation de la collecte synchrone des données consiste à déclencher la porte d'échantillonnage par tiroir de façon qu'elle coincide avec une impulsion du laser à impulsions utilisée pour un pas de niveau inférieur dans une expérience de spectroscopie par
absorption de photons de niveau multiple.
Au fur et à mesure que les fichiers de données sont produits et sauvegardés par l'expérimentateur, ils sont automatiquement numérotés par addition d'un entier séquentiel au nom du titre, pour emploi comme nom de fichier pour les données. Le nombre entier qui constitue le nom actuel du fichier de données est sauvegardé dans le fichier d'enregistrement, de sorte que les noms successifs du fichier de données sont automatiquement numérotés dans la succession correcte
après réutilisation d'un ancien fichier d'enregis-
trement. Ceci permet à l'opérateur de suspendre l'opération de l'expérience, de mettre le matériel hors circuit, d'effectuer d'autres expériences, ou
de revenir à l'expérience d'origine, à tout moment.
Après avoir créé ou réutilisé un menu de fichier d'enregistrement, l'opérateur doit repasser au menu principal. Les noms de fichier d'enregistrement sont
de la forme "TITLE.LOG". Les noms de fichier d'enre-
gistrement peuvent avoir jusqu'à cinq caractères en longueur. On suggère de n'utiliser que des caractères
alphabétiques pour éviter toute confusion dans le numé-
rotage des fichiers de données. Les noms combinés de fichier de données peuvent avoir jusqu'à 8 caractères de longueur, ce qui autorise un minimum de 999 fichiers
de données possibles pour chaque fichier d'enregis-
trement. E. Le menu principal
Le menu principal apparait sur l'écran comme repré-
senté sur la figure 5. Le menu principal permet à
l'utilisateur de revenir au menu de fichier d'enregis-
trement, de choisir l'une des trois routines de balayage et d'acquisition des données, rough scan (balayage grossier), high resolution scan (balayage 1 6 haute résolution) et spectrum analyzer (analyseur du spectre), ou de choisir l'une des trois routines auxiliaires; disk directory (répertoire du disque), reset intruments (reconfigurer les instruments) et timing. L'opérateur fait son choix en appuyant sur la touche numérique appropriée ("1" à "7"). L'opérateur peut quitter le programme ISCAN en appuyant sur la
touche "E". F. La routine de balayage grossier La routine de balayage grossier sert
principalement pour de grands balayages en fréquence pour positionner les crêtes dans les données en vue d'un balayage
ultérieur en mode haute résolution. La figure 6 repré-
sente le menu du balayage grossier. L'opérateur tape "C" pour créer un nouveau menu, "R" pour réutiliser un ancien fichier de données, "D" pour visualiser les données associées au menu (s'il y en a), "G" (pour go) pour démarrer un balayage grossier, "S" pour sauvegarder le menu et les données provenant d'un
balayage, et "M" pour revenir au menu principal.
"Number of averages" (nombre de moyennes) indique le nombre de conversions analogiques-numériques de la tension de sortie du tiroir d'échantillonnage par point
de données de fréquence. Les données tracées et mémo-
risées sont la moyenne de ces lectures. "Discriminator Volts" (tension du discriminateur détecteur de crêtes) détermine le niveau de tension pour le détecteur de crêtes. "Y-axis Voltage" (tension sur l'axe Y) définit
la valeur maximale sur l'axe Y du tracé des données.
"Counter" (compteur) indique le nombre entier qui fait partie du nom du fichier des données et qui sera utilisé - pour sauvegarder les données et "Number of Markers" (nombre de crêtes repérées) indique le nombre de crêtes trouvées dans les données et dépassant le niveau du
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discriminateur. La figure 7 représente les graphiques produits sur l'écran par un tracé résultant d'un balayage grossier. Il faut noter que les fréquences de crêtes sont toutes indiquées et numérotées à la suite. Le niveau de la tension du discriminateur est représenté sous forme d'une ligne en tireté. Le titre du passage
de programme, la date et l'heure sont également indiqués.
On peut suspendre la collecte des données au cours d'un balayage en appuyant sur la touche "E". Le système reste alors en mode graphique et les données collectées
jusqu'à ce point sont encore disponibles pour visuali-
sation, impression sur papier ou sauvegarde sur un fichier de données sur disque. Après achèvement du balayage, normal ou sur instruction de l'opérateur, plusieurs autres options sont disponibles, comme indiqué en tête de l'écran graphique. En appuyant sur "H", on peut entrer la routine de balayage haute résolution qui utilise les données des repères de crêtes collectées au cours du balayage grossier; en appuyant sur "L", on a le détail des repères de crêtes; en appuyant sur "R" (pour redo, refaire), on répète le balayage; en appuyant sur la touche "S", on sauvegarde les données dans un fichier de données de balayage grossier et on incrémente l'entier qui fait partie du nom du fichier des données; et en appuyant "M", on provoque
le retour au menu du balayage grossier.
Les fichiers de données du balayage grossier sont des fichiers ASCII et ils seront imprimés sous forme tabulaire en unités décimales réelles, sous forme complète avec les titres. Ils contiennent le menu du balayage grossier et deux distributions de données; les données réelles concernant le balayage et comprenant la fréquence, la tension du tiroir d'échantillonnage, les lectures de l'ondemètre Burleigh et les lectures
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de tension du détecteur interféromètre Fabry-Perot, ainsi que les données des repères de crêtes comprenant le numéro du repère de crête et la fréquence de crête correspondante. Les noms des fichiers des données de balayage grossier sont constitués par le titre du passage de programme suivi de l'entier successif du nom du fichier de données approprié et de l'extension
".RFS".
G. La routine de balayage haute résolution Les figures 8 et 9 représentent, respectivement, le menu du balayage haute résolution et les graphiques produits par cette routine. Il y a trois différences de base entre le balayage haute résolution et le
balayage grossier.
Dans la routine de balayage grossier, le menu spécifie la "Start Frequency (GHz)"(fréquence initiale): et la "Stop Frequency (GHz)" (fréquence finale) du balayage. Par contre, dans la routine haute résolution, l'opérateur choisit une "Window Size (MHz)" (dimension de fenêtre) de fréquence pour le balayage. Le balayage est centré autour d'une fréquence de crête provenant des données, précédemment mémorisées sur le balayage grossier. Il suffit à l'opérateur de spécifier le "Marker W to scan" (No. de repère de crête à balayer) et le "Marker Center Frequency" (fréquence du centre de repère de crête) va faire apparaitre la valeur correspondante obtenue dans le fichier ".RFS" des données du balayage grossier. L'opérateur a l'option de commander arbitrairement le centre de la fenêtre de balayage en choisissant pour le numéro du repère de crête un nombre entier qui soit supérieur au "Number of Markers from Rough Scan." (nombre de repères de crête provenant du balayage grossier). ISCAN va.alors demander à l'opérateur de choisir la fréquence du centre
du repère de crêtes.
1 9L Ic2617281 La seconde différence entre les ' routines de balayage est le fait que, dans la routine de balayage haute résolution, il est prévu de corriger les données concernant la spectroscopie par absorption présentant un écart Doppler causé par un désalignement de la source. La routine produit automatiquement un signal d'activation d'une bobine électromagnétique pour inverser le sens de propagation du faisceau
laser provenant de la source après le balayage ini-
tial. La fréquence du laser à balayage est balayée à nouveau en partant de la valeur finale précédente pour revenir à la valeur initiale tout en faisant apparaitre les données acquises sous forme de trace complémentaire sur le tracé graphique. Un éventuel écart par effet Doppler apparaitra alors et sera mesurable puisque l'inversion du sens du laser va inverser le signe de l'écart par effet Doppler. Les fréquences de. crêtes vraies peuvent se calculer en prenant la moyenne des fréquences des deux crêtes
correspondantes ayant subi un écart par effet Doppler.
Si l'écart Doppler sur les données est important et si l'opérateur désire maintenir la durée du balayage, il peut spécifier sur le menu une déviation du centre de fréquence du balayage en sens inverse ("Offset from
Rough Scan (MHz)).
Enfin, la routine de balayage haute résolution présente une caractéristique de recherche de la moyenne qui permet d'effectuer des balayages supplémentaires bidirectionnels en appuyant sur la touche "I" lorsque le balayage précédent est terminé. Les nouvelles données seront intégrées avec *les anciennes données pour obtenir une moyenne vraie de toutes les données précédentes. Le nombre d'intégration des données apparait sur le menu et sur le tracé graphique des
données prises en moyenne.
Les fichiers de données du balayage haute réso-
lution consistent en une distribution de tensions et de fréquences (prises dans l'ordre). L'extension du
fichier est ".HRS".
H. Le balayage de l'analyseur de spectre Cette routine permet à l'opérateur de tracer, sauvegarder, réutiliser ou visualiser les données réutilisées de l'analyseur de spectre fournies par
un analyseur de spectre HP 8566B 70 de la figure 1.
Ceci peut se faire en deux modes: "P" pour plot,(balayage unique) et "C" pour continu (balayage continu). La
figure 10 donne une présenta tion graphique typique.
* L'extension du fichier de données est ".SPA".
I. Routines auxiliaires du menu principal Data Disk Director (répertoire du disque des données) fait apparaitre sur l'écran un répertoire du disque B: (disque des données). Après avoir vu ou imprimé le répertoire, l'opérateur peut revenir au menu principal, Reset Instruments (reconfigurer les instruments) procède à une reconfiguration du logiciel du bus GPIB 14 de la figure 1 et de tous les instruments qui lui
sont reliés pour garantir la compatibilité avec ISCAN.
Il n'y a pas de routine "Selected Device Clear" (sup-
primer l'instrument choisi).
Timing permet d'optimiser la durée du balayage en ajustant les temps d'attente de verrouillage et
de déverrouillage pour le synchroniseur de source EIP.
Des valeurs standards conservatives sont configurées
dans le logiciel.
J. Listages sur papier des menus et des tracés de données On peut obtenir à tout moment un tirage sur papier de l'écran IBM PC en appuyant simultanément sur les touches "Shift" et "PrtSc". Le passage du programme est suspendu jusqu'à ce que l'opération d'impression soit achevée, ce qui nécessite approximativement deux minutes pour un écran graphique. On peut réduire la perte de temps en se procurant un spooler d'imprimante qui est un dispositif de mémoire tampon qui assure une mémorisation temporaire de l'information sur écran pendant le temps nécessaire pour que l'imprimante édite
le tirage sur papier.
Théorie de l'opération A. Récepteur hétérodyne à interface fibre optique Le récepteur hétérodyne à interface fibre optique 20 de la figure 1 reçoit le signal de sortie optique à la fois du laser de référence 26 et du laser à balayage de fréquence 24 pour donner sur le conducteur 34 le signal de différence de fréquence micro-ondes. La figure
2 représente un diagramme par blocs du récepteur hétéro-
dyne à interface fibre optique. Le récepteur optique comprend des connecteurs d'entrée pour fibre optique sur le panneau avant, pour les fibres optiques allant vers les deux lasers, un coupleur de fibres 100 pour combiner les deux signaux laser en un signal unique (fl-f2), qui, à son tour, est envoyé dans un détecteur FET à l'arséniure de gallium large bande 102 par l'intermédiaire des fibres optiques, et un amplificateur micro-ondes large bande 104 qui amplifie le signal laser de différence micro-ondes pour donner un signal
de sortie allant vers le connecteur du panneau avant.
Cet appareil contient également une alimentation puis-.
sance courant continu et des prises de réponse micro-
ondes pour influencer la tension continue du détecteur
FET, ainsi qu'un ampèremètre pour surveiller le fonc-
tionnement du détecteur. Une sortie redondante en provenance du coupleur de fibres est prévue sur une connexion de fibres optiques à panneau avant commode pour emploi avec un appareil extérieur de mesure de puissance optique 106 pour surveiller la puissance
d'entrée du laser allant dans l'appareil.
En principe, l'appareil 20 fonctionne de façon
semblable à un récepteur hétérodyne en fréquence radio.
Le faisceau du laser de référence, correspondant à un oscillateur local à radio fréquence se mélange avec
le faisceau du laser à balayage de fréquence, corres-
pondant à un signal de radio fréquence, dans un dispo-
sitif non-linéaire qui produit le signal de différence de fréquence. Dans le récepteur hétérodyne à radio fréquence, le dispositif non-linéaire est généralement un amplificateur du type diode ou produit non-linéaire
qui suit l'antenne de détection du signal radio fréquence.
Le dispositif non-linéaire 102 utilisé dans le récepteur optique 20 de la figure 2 es-t un détecteur optique à semi-conducteur à loi quadratique qui produit une photo-intensité proportionnelle à l'intensité du signal optique incident. Le détecteur optique 102 exerce une double fonction si on le compare au récepteur rf. Il fonctionne à la fois comme convertisseur du rayonnement
électromagnétique correspondant à un signal électro-
nique d'antenne et comme dispositif non-linéaire
produisant une différence de fréquence.
La fréquence de la lumière est très élevée, environ 500 THz pour la lumière rouge, et par conséquent, la différence de fréquence entre le laser de référence 26 et le laser à balayage 24 de la figure 1 peut être une fréquence très élevée. Pour obtenir une valeur pratique pour la déviation de fréquence maximale que l'on peut commander entre les deux lasers, il faut un détecteur optique à très large bande. C'est pour cette raison que l'on a utilisé comme détecteur optique un détecteur MESFET à l'arséniure de gallium micro ondes. Ce détecteur est adapté pour servir directement d'interface entre la portion la plus photo-sensible
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de la microplaquette FET et l'entrée de la fibre optique monomode. Sur la figure 2, un coupleur de fibres 100 sert à combiner les signaux lumineux des deux lasers
fl' f2, provenant d'entrées de fibres optiques dis-
tinctes. Ce système simplifie largement la procédure d'alignement optique. Le procédé hétérodyne optique nécessite que les fronts d'onde optiques des deux entrées optiques soient parfaitement parallèles pour donner le maximum en rendement de conversion et en réponse en fréquence. La dimension et l'emplacement du foyer du signal d'entrée optique sur le détecteur sont également critiques. L'emploi de fibres optiques
et de connecteurs pour fibres optiques garantit auto-
matiquement une perfomance maximale sans les procédures pénibles d'alignement. Les fibres optiques permettent également une position des lasers éloignée l'un de l'autre et une interchangeabilité rapide des lasers, des détecteurs, etc. B. Synchroniseur de la source micro-ondes Le synchroniseur de la source micro-ondes 40 de la figure 1 est un appareil commercial EIP Modèle No. 578. L'appareil 40 comprend un compteur de fréquence micro-ondes qui fonctionne sous forme de diviseur de fréquence programmable, ainsi que d'autres portions nécessaires d'un servo de commande numérique de la fréquence en verrouillage de phase, comme un oscillateur
de référence, un détecteur de phase et un servo-ampli-
ficateur. Un filtre présélecteur YIG accordable précède
l'entrée dans le compteur micro-ondes. On peut com-
mander l'appareil 40 selon plusieurs modes opératoires, depuis le panneau avant ainsi qu'au moyen d'un ordinateur extérieur, par l'intermédiaire d'une connexion sur le bus GPIB. Des sous-routines du microprocesseur interne sont programmées avec des algoritmes qui aident à l'acquisition du signal de différence de fréquence micro-ondes et du point de réglage de la stabilisation de la boucle de servo-commande de la différence de fréquence du laser. Des détails sur la théorie de l'opération, des instructions opératoires et des instructions de programmation et sur les procédures de maintenance de cet appareil sont données dans le manuel d'exploitation et dans le manuel d'entretien
du fabricant.
C. Sous-système de verrouillage du laser de référence sur une raie de l'iode On verrouille le laser de référence à colorant
26 sur une raie d'absorption hyperfine de l'iode molé-
culaire par le procédé schématisé sur la figure 3A.
On obtient la résolution des raies hyperfines en uti-
lisant la spectroscopie par absorption saturée en l'absence d'effet Doppler avec faisceaux de pompage et de sondage à propagation inversée dans une cellule contenant de la vapeur d'iode sous faible pression, comme décrit dans l'état de l'art par Hansch, Shahin
et Schalow. Le faisceau de pompage est écrêté mécani-
quement aux environs de 2 KHz. Le signal de la raie de l'iode sans effet Doppler apparait, dans le faisceau laser de sondage, sous forme de variations d'intensité qui sont détectées par l'amplificateur de verrouillage
à la fréquence d'écrêtage du faisceau de pompage.
Le faisceau de sondage et le faisceau de pompage sont l'un et l'autre modulés en fréquence par voie acousto-optique avec une fréquence porteuse de 200 MHz, une déviation d'environ 500 KHz, et une fréquence de modulation d'environ 100 Hertz. La dérivée du signal d'absorption hyperfine par rapport à la fréquence du
laser apparait alors à la sortie d'un second amplifi-
cateur de verrouillage monté en cascade qui détecte par sensibilité de phase la fréquence de modulation FM de 100 Hz. Ce signal dérivé par rapport à la fréquence
du laser est amplifié et filtré dans un filtre passe-
bas pour être employé comme signal de rétroaction pour servo-commander la fréquence du laser de référence à colorant. Du fait que le modulateur acousto-optique est extérieur à la cavité du laser, le signal de sortie réel du laser à colorant n'est pas modulé en fréquence et il est verrouillé de façon stable par rapport à la fréquence centrale de la raie d'absorption hyperfine
de l'iode.
La fréquence du laser de référence est déviée, par rapport à la fréquence du centre de la raie, d'une valeur constante due à l'écart de fréquence Doppler introduit par le modulateur acousto-optique. Cet écart de fréquence est égal à la fréquence de la porteuse du modulateur acoustooptique, qui est synthétisée numériquement dans un générateur d'onde commercial
et qui est connueavecune précision meilleure que 1 Hertz.
Par conséquent; on peut facilement calculer la fréquence absolue du laser de référence en ajoutant cet écart
connu à la fréquence de la raie hyperfine de l'iode.
La figure 3B représente un tracé typique de ce que donne le signal d'absorption brut, sans écart Doppler, provenant du premier amplificateur de verrouillage, ainsi que le signal dérivé par rapport à la fréquence,
provenant du second amplificateur de verrouillage.
Le signal d'absorption sans effet Doppler et sa dérivée par rapport à la fréquence ont été tracés.en fonction du temps sur un enregistreur graphique pendant que le laser effectuait un balayage en fréquence sur plusieurs raies hyperfines de l'iode. Le signal dérivé a une forme qui permet de l'utiliser directement comme signal de rétroaction pour servoverrouiller en
fréquence le laser sur une raie hyperfine sélectionnée.
L'acquisition des raies se fait tout d'abord en inva-
lidant le signal de rétroaction, puis en faisant balayer le laser jusqu'à la crête désirée du signal sans effet Doppler (tout en observant l'inversion de signe attendue du signal de rétroaction en boucle ouverte de part et d'autre de la crête), puis en validant le signal de rétroaction pour obtenir le
verrouillage. La figure 3C donne les réglages recom-
mandés de commande de l'amplificateur de verrouillage
pour un fonctionnement correct du système de verrouil-
lage sur la raie de l'iode.
On peut vérifier le fonctionnement correct de la boucle de verrouillage du laser de référence en
surveillant le servo-signal de fréquence du laser.
Au cours du verrouillage, le servo-signal est essentiel-
lement un signal courant continu qui se trouve sur la plage linéaire de commande du laser. Un ondemètre Burleigh de référence 72, comme indiqué sur la figure 1, donne une confirmation supplémentaire que le laser 26 est verrouillé et qu'il n'a pas effectué de. saut
de mode sur une autre raie de l'iode.
D. Circuit électronique d'interface du laser de balayage Le circuit électronique d'interface 25 du laser de balayage de la figure 1 traite le signal provenant du synchroniseur de la source micro-ondes pour permettre une servo-commande stable de rétroaction de la fréquence du laser de balayage 24. L'appareil 25 contient des servo-amplificateurs présentant les caractéristiques spécifiques de gain et de réponse en fréquence demandées par le laser, accordable à colorant qui fait l'objet
de la commande.
De façon générale, les lasers à colorant à bague SpectraPhysics et Coherent utilisés par le système nécessitent deux signaux électriques comme signaux d'entrée pour la commande de fréquence. Le premier signal est un signal de réponse basse fréquence, ou signal de courant continu, pour commander un élément optique entrainé par un galvanomètre qui fait varier la longueur optique de la cavité. Le galvanomètre fait tourner une plaque de verre qui est placée sous l'angle de Brewster par rapport au faisceau laser pour réduire les pertes par réflexion. Etant donné que la plaque Brewster a une masse significative, cet élément présente une largeur de bande insuffisante pour permettre de compenser d'autres fluctuations rapides non désirées dans la longueur de la cavité, telles qu'un écoulement
turbulent du jet de colorant, que des vibrations méca-
niques des éléments optiques, etc. Toutefois, on obtient une très large plage de réglage courant continu dans la longueur de la cavité, ce qui permet une servo commande grossière de la fréquence du laser. On compense les fluctuations rapides dans la longueur de la cavité en déplaçant l'un des miroirs de la cavité avec un cristal piézo-électrique de commande. Le miroir et son élément de commande sont très légers, ce qui permet une réponse en fréquence élevée. Un second signal de
réponse en fréquence élevée, ou signal courant alter-
natif, est produit pour entrainer cet élément. Il est nécessaire de poursuivre le traitement du gain exact et de la réponse en fréquence de chaque signal pour obtenir une compensation de stabilité de la boucle
de servo-régulation.
Le circuit électronique d'interface 25 du laser à balayage est adapté au modèle particulier de laser
utilisé. Des modifications peuvent également être né-
cessaires pour des changements importants de la configu-
ration du laser comme le type de colorant, la source
de pompage ou l'optique de la cavité.
E. Lasers à colorant à onde continue, accordables On a utilisé avec succès le système hétérodyne de laser pour spectroscopie 10 de la figure 1 pour commander la série Coherent 699 de lasers à colorant à bague accordables. Toutefois, des lasers à colorant tels que le laser à colorant à bague Spectra-Physics pourraient également fonctionner avec ce système. Les systèmes à laser à colorant à onde continue donnent également une puissance de sortie adéquate pour un
fonctionnement correct de la portion de détection hété-
rodyne du système. La configuration de la boucle de servo-régulation en fréquence du laser de balayage est également semblable, mais la compensation, par un gain et une réponse en fréquence exacts, des signaux de commande désirés doit être adaptée au laser en question. Les manuels des fabricants donnent les instructions de fonctionnement et d'entretien pour le laser à colorant accordable utilisé par le système. On insiste sur le fait que du personnel qualifié doit établir des consignes de sécurité concernant le laser avant
d'installer ou de faire fonctionner un système laser.
Une modification ultérieure du système peut com-
porter l'aptitude à sélectionner les raies de référence spécifiques de l'iode pour permettre le verrouillage, avec acquisition automatique, de la fréquence du laser de référence sous la commande de l'ordinateur. Dans la configuration actuelle, l'opérateur doit positionner manuellement la fréquence du laser de référence près de la raie de référence, puis verrouiller la boucle de servo-régulation. L'acquisition manuelle se fait à l'aide d'un ondemètre Burleigh 74 pour avoir une indication grossière, puis en effectuant un balayage du laser au-dessus de la structure de la raie hyperfine de l'iode pour reconnaitre la raie spécifique dans la distribution de raies. Les fonctions de commande automatisée du laser à colorant à bague automatisé Coherent 699-29 semblent pouvoir s'adapter à cette
fonction avec de faibles modifications du logiciel.
F. Ondemètre Burleigh et analyseur de spectre Hewlett Packard 8566B L'ondemètre Burleigh 74 de la figure 1 donne une indication grossière de la fréquence du laser avec une résolution d'environ 300 mégahertz. Une interface du bus GPIB permet de transférer directement sous forme numérique dans l'ordinateur de commande du système les données acquises par l'ondemètre. Le système peut être configuré avec deux ondemètres 72, 74, pour le laser de référence 26 et pour le laser de balayage 24, ou bien avec un multiplexeur opto-mécanique activé par ordinateur pour partager l'utilisation d'un unique ondemètre. On peut surveiller le fonctionnement des deux lasers 24, 26 en ce qui concerne une éventuelle perte grossière de l'indication de verrouillage. Les lectures de l'ondemètre Burleigh sont automatiquement mémorisées dans les fichiers de données en même temps que les données de haute précision pour permettre une vérification ultérieure du fonctionnement correct du système.
Le logiciel du système permet également à l'opé-
rateur de surveiller un analyseur de spectre 70 Hewlett Packard Modèle numéro 8566B qui affiche le spectre du signal hétérodyne de différence de fréquence du laser et qui mémorise périodiquement les données
relatives à cette trace pour sty référer ultérieurement.
Le fonctionnement stable de la boucle de commande de l'écart de fréquence du laser se vérifie au mieux en
utilisant l'analyseur de spectre.
G. Système d'ordinateur de commande à bus GPIB Comme dispositif de commande du système on a
utilisé un ordinateur IBM PC 12 parce qu'il est lar-
gement répandu et dispose d'un bon service après-vente dans tous les pays, y compris le logiciel, les options
2617281
6 Z6
pour le matériel informatique et la maintenance. Etant donné que tous les équipements commerciaux de test utilisés dans le système présentent des interfaces GPIB, les composants du systèmes communiquent par l'intermédiaire d'un bus GPIB 14. L'ordinateur PC 12 est configuré avec une carte d'interface National Instruments Modèle No. GPIBPC2(A). Le programme du dispositif de commande a été écrit en Basic Microsoft IBM. On peut faire passer ce programme en utilisant une Basic compilé (pour fonctionnement normal) ou un Basic interprèteur (pour essai des modifications pour adaptation). Le programme sera exécuté beaucoup plus
rapidement en Basic compilé, mais du fait que le pro-
gramme est très long, la durée de compilation est longue (environ dix minutes). La durée de compilation augmente de façon importante le temps de préparation entre les tests d'itérations des modifications de
conception du logiciel. Si l'on prévoit des modifi-
cations importantes, il faut envisager l'emploi de l'interpréteur Basic Microsoft. La figure 12 donne la liste des besoins minima en ce qui concerne le
matériel informatique et le logiciel.
L'emploi de fibres optiques pour les connexions optiques avec le laser de référence et le laser de balayage permet de placer ces lasers à des endroits éloignés l'un de l'autre, ou éloignés du dispositif
de contrôle du système et/ou éloignés de l'expérience.
On a utilisé avec succès une unité d'extension du bus GPIB Hewlette Packard pour résoudre les problèmes associés aux limites spécifiées de longueur des câbles du bus GPIB. L'unité d'extension permet de faire passer la longueur totale du bus de. 20 mètres à jusqu'à 1 kilomètre. La présence et l'emplacement de l'unité
d'extension de bus HP sont transparentes au logiciel.
Par conséquent, l'insertion de l'unité d'extension dans la configuration du bus peut être 'adaptée pour
servir au mieux l'application réelle.
La figure 13 donne la liste des assignations
d'adresses numériques et mnénomiques sur le bus GPIB.
Il n'est pas nécessaire de changer l'adresse des articles de l'équipement qui sont amenés sur les portions du bus correspondant à l'unité d'extension ou qui en sont enlevés. On suppose que l'opérateur est familiarisé avec les instructions standards du système d'exploitationPCDOS IBM, y compris la manipulation des fichiers, la façon de faire passer des programmes en Basic, l'impression des écrans et des fichiers de données, etc. Les manuels de l'ordinateur IBM PC, que l'on trouve dans le commerce, constituent les meilleures références
pour cette information.
H. Logiciel Le logiciel du système est contenu sur le disque système qui est placé dans la station disque A. Les fichiers de données sont écrits sur le disque des données qui est placé dans la station disque B. La figure 14 donne la liste des 10 fichiers qui sont sur le disque A et qui sont nécessaires pour faire passer la version du programme en Basic compilé. COMMAND est le fichier du système PCDOS. ANSI,.PRINT, GRAPHICS et ASTCLOCK sont des modules de traitement pour l'écran, l'imprimante, les graphiques et l'horloge du système, respectivement. CONFIG est le fichier de configuration du système. AUTOEXEC est le fichier d'amorçage. KEY effectue les assignations de touches de fonction qui simplifient l'utilisation du programme. Le bus GPIB est demandé par la carte d'interface GPIB National -Instruments. Le nom du programme en Basic compilé du dispositif de commande du système est.ISCAN. ISCAN contient cinq sections principales: le menu principal, le fichier d'enregistrement, le balayage grossier, le balayage haute résolution et le balayage de l'analyseur de spectre. Ces cinq sections produisent quatre types de fichiers de données, le fichier d'enregistrement, le fichier des données relatives au balayage grossier, le fichier des données relatives au balayage haute résolution et le fichier des données de l'analyseur de spectre. Trois sections secondaires du programme permettent d'obtenir un répertoire du disque des données, la reconfiguration des instruments sélectionnés sur le bus GPIB pour régler correctement l'équipement pour l'acquisition des données, et enfin l'optimisation des temporisations du système pour obtenir le balayage le plus rapide. L'Appendice AA donne un listage du
code source en langage Basic du programme ISCAN.
Maintenant que l'on a décrit les détails opéra-
toires généraux du système hétérodyne de laser pour spectroscopie, on va maintenant décrire en détail des
applications spécifiques de la présente invention.
Comme précédemment décrit, les techniques hété-
rodynes du laser, c'est-à-dire les techniques de mesure de la fréquence par détection du battement résultant
de l'interférence de fréquence avec un laser de réfé-
rence, sont de façon générale, connues dans l'art antérieur. L'emploi du laser en hétérodyne consiste à mélanger deux (ou plus) faisceaux laser dont chaque faisceau a une fréquence prédéterminée différente (par exemple fl, f2). Une action hétérodyne fournit une composante de la différence de fréquence (fl - f2) (ou également de la somme de fréquence) des composantes
de fréquence du laser.
Si la différence de fréquence se trouve à l'inté-
rieur de la plage de réponse en fréquence d'un détecteur approprié, on peut traiter cette différence de fréquence pour plusieurs applications. Le principe de l'emploi hétérodyne d'un laser est illustré sur la figure 15 sur laquelle un premier laser 10 fournit un signal
de sortie P1 à une fréquence fl.
De même un second laser 112 fournit un signal de sortie P2 à une fréquence f2. Les signaux de sortie des lasers 110, 112 donnent, à travers une lentille convenable 114, une image dans un détecteur 116, à loi quadratique, dont le signal de sortie 117- est un signal idet, avec iéR (P * p * 2ipttcos (2m'(4*.- 'j t avec R = sensibilité du détecteur (ampères/watt) P1 = puissance optique du laser l(watts) P2 = puisance optique du laser 2 (watts) fl = fréquence du laser 1 (Hertz) 2 = fréquence du laser 2 (Hertz) -= angle de phase (radians)
Sur la figure 15, le détecteur 116 à loi quadra-
tique donne un signal de sortie utilisable idet. Les fronts d'onde optique des lasers 110, 112 doivent
parfaitement correspondre. En outre, la dimension du.
spot de la lentille 114 doit être inférieure à la surface du détecteur 116. Les plans focaux de chaque laser doivent correspondre à la surface du détecteur 116. La différence de fréquence (fl - f2) doit se trouver à l'intérieur de la réponse en fréquence du détecteur 116 et enfin la polarisation des signaux
lumineux doit être identique.
L'approche hétérodyne du laser représentée sur la figure 15 est connue dans l'art antérieur, mais
elle est donnée dans un but descriptif.
Un aspect de la présente invention utilise les
techniques. numériques de commande de boucle de régu-
techniques. numériques de commande de boucle de régu-
lation en verrouillage de phase avec les principes de l'utilisation hétérodyne du laser pour donner une possibilité de mesure et/ou de commande que l'on pense être significativement améliorée par rapport aux techniques de l'art antérieur. Un exemple d'une application ou l'on utilisera les techniques d'emploi hétérodyne du laser est un procédé de séparation isotopique de vapeur atomique par laser (AVLIS). Dans un procédé AVLIS, on utilise un faisceau laser d'une fréquence prédéterminée pour photo-ioniser une vapeur atomique, telle qu'une vapeur d'uranium. On désire séparer les isotopes de l'uranium, en particulier l'isotope U235, des autres isotopes
de l'uranium. Pour aboutir à cette possibilité de photo-
ionisation, il est fortement critique que le faisceau laser utilisé pour obtenir la photo-ionisation soit à une fréquence (longueur d'onde) spécifique de façon à pouvoir séparer l'isotope U23 photo-ionisé des autres
isotopes comme l'isotope U23.
-Il est donc nécessaire que le faisceau laser soit d'une longueur d'onde tout à fait spécifique pour donner cette possibilité de photo-ionisation d'un isotope
particulier de l'uranium. La technique d'emploi hété-
rodyne du laser/technique numérique de commande de la boucle de régulation en verrouillage de phase décrite
ici apporte cette possibilité.
En se reportant maintenant à la figure 16, elle représente un diagramme par blocs d'une application d'emploi hétérodyne du laser/de commande numérique
de la boucle de régulation en verrouillage de phase.
Sur la figure 16, le système comporte un laser accor-
dable 122 qui fournit un faiscau lumineux à fréquence unique, mais ajustable. Le laser accordable pourrait fournir par exemple une fréquence de sortie convenant
pour emploi.pour la photo-ionisation d'un isotope U235.
26 1728 1
Le signal de sortie du laser accordable 122 pourrait également s'utiliser pour, si nécessaire, photo-ioniser d'autres isotopes de l'uranium. Une condition concernant le laser accordable 122 est, bien entendu, que son signal de sortie, une fois réglé sur une fréquence prédéterminée, soit extrêmement stable pour obtenir
cette photo-ionisation.
Sur la figure 16, un second laser de référence fournit une fréquence de sortie stable fref' Les signaux de sortie du laser accordable 122 et du laser de référence 120 sont couplés optiquement dans le
détecteur 124 qui assure la technique d'emploi hété-
rodyne du laser décrite en liaison avec la figure 16.
La différence de fréquence (fl - fref) du détecteur 124 doit se trouver à l'intérieur d'une plage de fréquence prédéterminée (par exemple la région micro ondes), comme précédemment décrit. La différence de fréquence provenant du détecteur 124 est envoyée a un circuit diviseur de fréquence fractionnaire (N.n)
126.
Le circuit. diviseur de fréquence fractionnaire 126 assure une résolution avec des incréments inférieurs à 1 Hz. Le signal de sortie du circuit diviseur 126 est envoyé dans le détecteur de phase 128, en même
temps qu'un signal 1 MHz provenant du circuit oscil-
lateur 130.
Le circuit oscillateur 130 donne un signal de référence très stable, présentant une stabilité de cinq parties pour 101, pour donner la précision nécessaire
pour cette application spécifique.
Le détecteur de phase 128 fournit un signal de sortie (ou signal d'erreur) qui est envoyé dans le
circuit intégrateur/filtre 132 pour couplage de rétro-
action dans le circuit du laser accordable 122.
Si le signal de sortie du laser accordable 122
3 2617281
dévie d'avec la fréquence opératoire désirée, le circuit détecteur 124 et le circuit diviseur 126 vont donner un signal de sortie qui dévie d'avec ce signal désiré de façon correspondante. Le détecteur de phase 128 produit alors un signal d'erreur dont le signe et la
valeur dépendent du sens et de l'importance de la dévia-
tion par rapport à la fréquence opératoire désirée.
Par exemple, si un laser accordable 122 de la figure 16 a une fréquence opératoire qui dévie au-dessus de la fréquence désirée, il apparaitra un signal d'erreur qui commandera le laser accordable 122 de façon telle que la fréquence opératoire revienne à la fréquence désirée. On peut voir par conséquent qu'une application à boucle de régulation en verrouillage de phase, avec les techniques de commande numérique, peut donner un laser accordable dont la fréquence de sortie peut être réglable et aussi stable que la fréquence de référence du laser 120. On peut réaliser le diviseur 126 avec une technique simple de commande au clavier de façon qu'il suffise à l'opérateur d'enfoncer une touche correspondant à la fréquence opératoire désirée. La technique d'emploi hétérodyne
du laser/ de commande numérique de la boucle de régu-
lation en verrouillage de phase décrite ici fournit une fréquence opératoire du laser accordable à haute stabilité pour les besoins du procédé de séparation
isotopique AVLIS.
On utilise les concepts de verrouillage de phase de la présente invention pour verrouiller des lasers sur deux fréquences identiques. L'addition du diviseur de fréquence numérique, de l'oscillateur de référence extérieur (1 MHz) et du détecteur de phase rf permet de sélectionner numériquement une déviation précise de fréquence entre deux lasers. On peut maintenant régler la fréquence du laser commandé à une valeur quelconque proche de celle d'un laser de référence et la conserver aussi stable ou aussi précise que la fréquence du laser de référence. La possibilité de faire varier la déviation de fréquence du laser commandé est une nécessité pour des applications en spectros-
copie par séparation isotopique par laser, en diagnos-
tics concernant la- vapeur, en déviation précise de la fréquence d'un laser de processus par rapport un laser de référence, etc. Comme indiqué précédemment, une autre application des techniques d'utilisation hétérodyne d'un laser serait une application en spectroscopie en séparation isotopique de vapeur atomique par laser (AVLIS). Dans
un procédé AVLIS, une exigence critique est de déter-
miner les composantes isotopiques spectrales de la vapeur atomique, y compris les isotopes de l'uranium 235. La présente invention apporte une telle possibilité par utilisation des techniques d'emploi hétérodyne d'un laser avec des possibilités en spectroscopie
de la façon suivante.
Sur la figure 16, si un laser accordable 122 a une fréquence opératoire qui dévie au-dessus de la fréquence désirée, il sera produit un signal d'erreur qui commandera le laser accordable 122 de façon telle que la fréquence opératoire revienne à la fréquence désirée. On peut voir par conséquent qu'une application à boucle de régulation en verrouillage de phase, avec les techniques de commande numérique, peut donner un laser accordable qui a une fréquence de sortie que
l'on peut régler aux fins de balayage.
On peut utiliser le système de laser présentant la plage de fréquence balayable dans une installation de séparation isotopique AVLIS dans laquelle le faisceau du laser à plage de fréquence accordable qui a traversé la vapeur atomique peut se combiner avec le faisceau du premier laser de référence par les techniques hétérodynes connues. Les faisceaux lasers ayant fait l'objet d'un emploi hétérodyne peuvent être traités par les techniques connues de l'analyseur de spectre pour donner une analyse spectrale précise de la vapeur atomique. On peut réaliser le diviseur 126 de la figure 16 par une technique simple de commande au clavier de sorte qu'il suffit à un opérateur d'enfoncer une
touche correspondant à la fréquence opératoire désirée.
La technique d'emploi hétérodyne du laser/de commande numérique à boucle de régulation en verrouillage de phase décrite ici donne une fréquence opératoire du laser accordable à haute stabilité pour emploi dans
la technique de séparation isotopique AVLIS.
Une autre application spécifique des techniques hétérodynes de laser utilisent un analyseur de spectre et un compteur d'impulsions pour mesurer et/ou commander les fréquences d'un laser à impulsions ou d'un laser à onde continue. En faisant varier le "comptage" du diviseur 126, on peut obtenir une plage de fréquences accordables, sous réserve des limitations du laser accordable. Du fait qu'elle fournit une approche par compteur à impulsions, en liaison avec les techniques d'analyseur de spectre aux fréquences micro-ondes, il est visible que la présente invention pourrait s'utiliser pour mesurer et/ou commander de façon précise les fréquences d'un laser à impulsions ou d'un laser
à onde continue.
Une autre application des techniques hétérodynes de laser conformes à la présente invention consiste en ce que l'on peut caractériser comme calcul optique,
dans lequel est prévu un générateur de signaux électro-
niques à bande extrêmement large. Le générateur fournit un signal de sortie que l'on peut envoyer sur une
destination quelconque par une unique ligne de trans-
mission opérant sur tous canaux et insensible aux inter-
férences électromagnétiques. La largeur de bande du générateur de signaux peut aller du courant continu aux fréquences optiques. Comme précédemment décrit, si le laser accordable 122 de la figure 16 a une fréquence opératoire qui dévie au-dessus de la fréquence désirée, il apparaitra un signal d'erreur qui commandera le laser accordable 122 de façon telle que la fréquence opératoire reviendra à la fréquence désirée. On peut voir par conséquent
qu'une application à boucle de régulation en verrouil-
lage de phase, avec les techniques de commande numérique, peut donner un laser accordable dont la fréquence de sortie peut être réglable, tout en étant aussi stable que la fréquence de référence du laser 120. On peut réaliser le diviseur 126 par une technique simple de
commande au clavier de sorte qu'il suffise a un opé-
rateur d'enfoncer une touche correspondant à la
fréquence opératoire désirée.
Du fait que cette déviation peut s'ajuster de toute façon convenable, il en résulte que cette déviation
peut s'ajuster sur une déviation prédéterminée quel-
conque, à l'intérieur de, virtuellement, la totalité de largeur de bande comprise entre le courant continu et les fréquences optiques. Ce qu'il faut, c'est un signal hétérodyne de laser commandé par les techniques numériques à boucle de régulation en verrouillage de
phase, pour donner une fréquence de sortie stable.
Cette même fréquence peut s'ajuster sur une large plage, avec une précision élevée, comme représenté sur la
figure 16.
En prévoyant une pluralité de lasers accordables, il serait possible de multiplexer différentes déviations de fréquence donnant une possibilité de communication
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sur une grande largeur de bande, mais en utilisant un unique médium de transmission. La présente invention produit un signal micro-ondes sous forme de différence hétérodyne entre deux signaux de lasers, qui peuvent être l'un et l'autre envoyés à une destination par le même médium de transmission, par exemple une fibre
optique. A la différence des méthodes optiques de modu-
lation d'amplitude, l'emploi de lasers accordables permet d'obtenir une largeur de bande extrêmement grande
pour le signal émis. On peut même utiliser une diffé-
rence (ou une somme) de fréquence hétérodyne importante
entre deux lasers pour produire de la lumière visible.
Les moyens actuels de génération d'un signal utilisent de nombreuses sources pour couvrir les différentes portions du spectre radio-fréquence, micro-ondes, infrarouge et visble. Dans son principe, un laser
fixe et un laser accordable peuvent apporter une possi-
bilité de génération du signal, sur la totalité du spectre, à partir d'une source unique, remplaçant ainsi
des sources multiples de largeur de bande comparati-
vement étroite. Les avantages de cette technique com-
prennent également l'insensibilité aux interférences électromagnétiques et un amortissement largement réduit
pour le signal transmis.
Il faut noter qu'un dispositif de détection à loi quadratique convenable ou un médium non-linéaire de détection est nécessaire au récepteur. Le signal de différence de fréquence n'est produit que comme
résultat d'effets non-linéaires.
La présente invention apporte la caractéristique de large bande de ces signaux sous forme de source
de signaux d'usage général plutôt que pour un but spéci-
fique, comme un signal de communication démodulé, de largeur de bande relativement étroite. Bien que non
en service actuellement, la technique d'emploi hétéro-
41 26 1728 1
dyne du laser est la méthode la plus simple et la plus pratique de produire et de transmettre des signaux de puissance significative dans de nombreuses portions du spectre, y compris les ondes millimétriques et l'infrarouge lointain. La présente invention combine les concepts d'utilisation hétérodyne et de commande numérique à boucle de régulation en verrouillage de phase pour rendre possible la stabilité et la précision de fréquence dans le signal résultant de la différence
de fréquence des lasers.
Un autre aspect de l'utilisation hétérodyne des lasers avec les techniques de fibre monomode est qu'il n'est pas nécessaire que les lasers respectifs 110,
112 de la figure 17 se trouvent dans le même bâtiment.
* Par exemple, le laser 110 pourrait se trouver dans un premier bâtiment, le laser 112 pourrait se trouver dans un second bâtiment différent, et le coupleur 134 et le détecteur 140 pourraient se trouver dans un troisième bâtiment différent. Avec les techniques de fibre monomode, le facteur d'amortissement des faisceaux lasers n'est pas assez significatif pour empêcher de placer les lasers, coupleurs et détecteurs respectifs dans des bâtiments différents. Même dans une telle situation, la plage de fréquence désirée, obtenue par
technique hétérodyne, peut s'obtenir sans pertes signi-
ficatives par amortissement. On obtient le même rendement même si les lasers et le détecteur sont placés à distance les uns des autres. En outre, l'emploi d'un coupleur à fibre monomode contribue à diminuer la complexité de la procédure d'alignement en autorisant une entrée sur fibre indépendante pour chaque signal laser. Il existe d'autres aspects de l'emploi hétérodyne
du laser avec les techniques de fibre monomode.
Selon encore un autre aspect de la présente invention, on a observé que l'emploi de fibres monomodes
2 6 17 281
(typiquement d'un diamètre de noyau de quatre microns pour utilisation en lumière rouge) et de coupleurs de fibre monomode avec les techniques hétérodynes de
laser peuvent largement faciliter la suite du traitement.
Ceci provient du fait que les fibres monomodes poussent à l'alignement des faisceaux lasers fl, f2 à mélanger ou à traiter par voie hétérodyne, ce qui améliore le rendement. Les faisceaux laser apparaissent dans la fibre sous forme de sources ponctuelles identiques, du fait du diamètre de quatre microns de cette fibre monomode. Ceci facilite en outre le transport entre
les différents bâtiments.
Un autre aspect des fibres monomodes est l'emploi
des fibres monomodes avec des connecteurs interchan-
geables, déconnectables rapidement, ce qui simplifie les, mesures sur des sources lasers multiples. Sur la figure 18, un laser en commande de test et/ou de
fréquence est représenté sous forme du laser 210.
Le signal de sortie du laser 210 est un faisceau laser 212 qui présente un spectre de fréquence que l'on désire analyser. On a trouvé que l'emploi de fibre monomode 220 d'un diamètre de noyau de quatre microns permet de se positionner en tout point à l'intérieur du faisceau laser 212 au moyen d'un circuit positionneur en XY 222. Le signal de sortie du circuit positionneur 222 en XY est couplé au détecteur 226 par l'intermédiaire d'un coupleur de fibre 224. Un laser de référence 214 fournit un faisceau laser de référence 216 qui est envoyé dans la fibre monomode 218 et dans le coupleur
224. Le détecteur 226 fournit un signal de diffé-
rence de fréquence au préamplificateur large bande
230 pour envoi dans l'analyseur de spectre 232.
L'analyseur de spectre 232 fournit la possibilité nécessaire en traitement d'analyse spectrale, de sorte que l'on peut procéder à l'analyse spectrale du faisceau laser 212 en positionnnant la fibre monomode 220 en tout point prédéterminé du faisceau laser 212. Cet
aspect du procédé hétérodyne à laser avec fibres mono-
modes apporte une autre possibilité souhaitée.
Un autre aspect encore de la présente invention se rapporte à l'analyse spectrale des émissions et des modes parasites dans les applications hétérodynes du laser. Un problème qui apparait avec les systèmes à laser est l'analyse de fréquences optiques présentant des émissions et des modes parasites. Les systèmes de l'art antérieur ne sont de façon générale pas capables d'effectuer l'analyse spectrale aux fréquences optiques. En utilisant une technique hétérodyne/homodyne à laser avec analyse spectrale, il est possible, comme on va le décrire ci-dessous, d'apporter des techniques de traitement convenables pour détecter les émissions
et les modes parasites.
Avec une technique homodyne, telle que représentée sur les figures 19 et 20, toutes les émissions parasites tendent à se pousser l'une contre l'autre, ce qui se traduit par un signal transformé tel que celui
représenté sur la figure 20A. En utilisant une appli-
cation hétérodyne/homodyne avec analyse spectrale, comme représenté sur les figures 19 et 20, la présente invention peut apporter des possibilités améliorées
de commande pour des émissions et des modes parasites.
Ceci apporte en outre la commande du spectre du laser, ce qui est hautement désirable, en particulier dans un procédé AVLIS (séparation isotopique de la vapeur
atomique par laser).
44 21728
Claims (11)
1. Système de réglage de la fréquence d'un laser par détection du battement résultant de l'interférence de fréquence avec un laser de référence, ou système de laser à effet hétérodyne, caractérisé en ce qu'il comporte un premier laser accordable (122) pour produire un faisceau laser avec une fréquence réglable fl, un second laser de référence (120) pour produire un faisceau laser avec une fréquence de référence f2 un moyen formant déteceur (102, 116, 124), pour former une différence de fréquence par détection du battement résultant de l'interférence de ladite première et de ladite seconde fréquence, et
une moyen de commande numérique à boucle de régu-
lation en verrouillage de phase, sensible à ladite différence de fréquence pour régler le signal de sortie dudit moyen formant laser accordable sur un signal
de sortie de fréquence prédéterminée.
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de commande comporte un circuit numérique diviseur de fréquence fractionnaire (126) dont la résolution est inférieure à des incréments d'environ un hertz pour produire un premier signal de commande correspondant à ladite différence de fréquence, un moyen formant oscillateur de référence pour produire un second signal de commande de référence, et un moyen formant détecteur (128) sensible audit premier signal et audit second signal de commande pour produire un signal de sortie réglable pour permettre de sélectionner, en valeur numérique, une déviation de fréquence précise entre ledit laser accordable et
ledit laser de référence.
3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit laser accordable et ledit laser de 2 6 17 Lu l
référence sont des lasers monomode.
4. Dans un procédé de séparation isotopique d'une vapeur atomique par laser, un système de spectroscopie par laser caractérisé en ce qu'il comporte un premier laser de référence pour produire une première fréquence de laser de référence, un second laser accordable pour produire une plage de fréquences laser, des moyens pour faire balayer ledit second laser pour produire ladite plage de fréquences, des moyens pour coupler ledit second faisceau laser dans une vapeur atomique, un moyen pour provoquer un battement, résultant de l'interférence de fréquence, entre ledit premier laser de référence et ledit second laser, et un moyen pour traiter les fréquences obtenues par ledit moyen pour déterminer les composantes
spectrales de ladite vapeur atomique.
5. Système d'analyse spectrale par laser à effet hétérodyne, caractérisé en ce qu'il comporte un laser accordable pour produire un faisceau laser avec une fréquence réglable fl, un second laser de référence pour produire un faisceau laser avec une fréquence de référence f2 un moyen formant détecteur (102, 116, 124) pour provoquer un battement, résultant de l'interférence de fréquence, entre ladite première fréquence et ladite seconde fréquence pour former une différence de fréquence, et un moyen de commande à boucle de régulation en verrouillage de phase, sensible à ladite différence de fréquence pour régler le signal de sortie dudit moyen formant laser accordable sur un signal de sortie de fréquence prédéterminée, ledit moyen de commande comprenant un moyen (110) formant compteur à impulsions 4/6 pour faire varier la fréquence dudit laser accordable et un moyen (112) formant analyseur de spectre pour analyser les composantes spectrales dudit moyen formant détecteur.
6. Système de calcul optique caractérisé en ce qu'il comporte un médium de communication, une pluralité de lasers accordables, chacun desdits lasers comprenant un moyen pour produire un faisceau laser avec une fréquence réglable, un second laser de référence pour produire un faisceau laser avec une fréquence de référence,
un moyen formant détecteur pour provoquer un bat-
tement, résultant de l'interférence de fréquence, entre lesdites fréquences réglables et ladite fréquence de référence, pour former une différence de fréquence, respectivement,
un moyen de commande numérique à boucle de régu-
lation en verrouillage de phase, sensible à ladite différence de fréquence respective pour régler le signal de sortie dudit moyen formant laser accordable sur un signal de sortie de fréquence prédéterminée, et un moyen pour envoyer en multiplexage lesdites
différences de fréquences sur ledit médium de communi-
cation.
7. Système de laser à effet hétérodyne caractérisé en ce qu'il comporte un premier laser pour produire un faisceau laser avec une fréquence prédéterminée fl, un second laser pour produire un second faisceau laser avec une seconde fréquence f2, un moyen formant fibre monomode pour provoquer l'effet hétérodyne entre ledit premier faisceau laser
et ledit second faisceau laser pour former une diffé-
rence de fréquence fl - f2 de façon telle que ledit faisceau de fréquence égale à la différence de fréquence présente un front d'onde aligné sur ceux dudit premier
et dudit second faisceaux lasers.
8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte un coupleur (134) pour fibre mono- mode pour former ladite différence de fréquence de façon à permettre une entrée sur fibre indépendante pour chacun desdits lasers et pour permettre l'emploi de connecteurs de fibre interchangeables pour faciliter
les mesures sur des lasers multiples à la demande.
9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits lasers sont situés à distance les
uns des autres.
10. Appareil caractérisé en ce qu'il comporte un laser (212) pour produire un premier faisceau laser, un moyen formant fibre monomode (220), un moyen formant positionneur en XY (222) pour positionner ledit moyen formant fibre monomode en tout point d'intersection prédéterminé à l'intérieur dudit premier faisceau laser, un moyen (226) pour provoquer l'effet hétérodyne entre ledit premier faisceau laser et un second faisceau laser de référence (216) audit point prédéterminé, et un moyen (232) pour analyser le spectre dudit faisceau laser obtenu par effet hétérodyne audit point prédéterminé.
11. Dans un système laser, l'appareil caractérisé en ce qu'il comporte un moyen pour produire un premier faisceau laser de référence avec une fréquence prédéterminée, un moyen pour produire un second faisceau laser qui peut présenter des modes et/ou des émissions parasites, un moyen pour mélanger ledit premier et ledit second faisceaux lasers pour former une différence de fréquence, et
un moyen pour analyser spectralement ladite diffé-
rence de fréquence.
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