Fibre de maintien de polarisation pour gyroscopes

La fibre optique à maintien de polarisation (PM) est un composant clé des gyroscopes à fibre optique, des appareils qui mesurent la rotation des missiles, des avions, des navires et des satellites. Il s'agit d'un type de capteur interférométrique dans lequel la différence de phase entre deux trajets lumineux est mesurée.

 

La fibre monomode standard guide une seule onde lumineuse composée de deux composants (X et Y) guidés uniformément, à condition que la fibre ait une géométrie et des propriétés matérielles parfaites et qu'elle ne soit pas pliée. De petites imperfections telles qu’une légère ovalité ou des micro-courbures dans la fibre peuvent provoquer une « biréfringence » mineure, entraînant le déplacement des deux composantes de l’onde à des vitesses légèrement différentes. Cette différence de vitesse ne suffit pas à limiter le couplage croisé qui se produit de manière aléatoire entre les 2 composants. Si la lumière polarisée d'un laser est lancée dans une fibre non PM, l'état de polarisation se dégradera à mesure que le couplage croisé se produira.

 

En quoi la fibre PM est-elle différente ? La fibre PM est délibérément conçue pour avoir une biréfringence accrue. Il existe plusieurs façons d'induire la biréfringence dans une fibre. OFS utilise la conception « à double tige de contrainte » dans laquelle des tiges de contrainte d'un coefficient de dilatation thermique différent sont insérées dans les côtés opposés de la préforme fibreuse pendant la fabrication et créent une contrainte dans la fibre, entraînant la création d'axes lents et rapides. Lorsque la lumière polarisée est lancée uniquement dans l'axe lent ou rapide, elle est moins susceptible de se coupler à l'axe opposé même pendant la courbure, de sorte que le couplage croisé est minimisé. D'où le nom de « maintien de polarisation » puisque l'état de polarisation d'entrée est maintenu.

 

Les gyroscopes à fibre optique utilisent généralement trois bobines, une pour chaque plan dans lequel une rotation peut se produire. Les bobines de détection peuvent utiliser des centaines, voire des milliers de mètres dans chaque bobine. La fibre PM a permis l’utilisation et le développement de gyroscopes à fibre optique qui sont souvent combinés avec des accéléromètres et des magnétomètres dans les unités de navigation inertielle qui mesurent la vitesse, l’orientation et les forces gravitationnelles d’un engin.