Optimisation d'un dispositif interférométrique de mesure de distance absolue utilisant une diode laser à cavité externe continûment syntonisable dans les bandes S et C

par Bertrand Pécheux

Thèse de doctorat en Optronique et système

Sous la direction de Patrick Meyrueis.

Soutenue en 2002

à Strasbourg 1 .


  • Résumé

    L'objectif de ce travail est d'optimiser un dispositif de mesure de distance absolue exploitant les propriétés d'un laser continûment syntonisable. La technique de mesure mise en oeuvre est fondée sur la modulation continue de fréquence optique. Les diodes laser à cavité externe (DLCE) disposent simultanément d'une longueur de cohérence élevée qui permet d'atteindre de grandes distances sans dégradation des qualités interférométriques du signal, et d'une large accordabilité continue en fréquence propice à des mesures de haute résolution. Afin de sélectionner la configuration de DLCE la plus adéquate, nous avons proposé des critères de comparaison fondés sur la sensibilité à la contre réaction optique et le rapport de suppression de modes latéraux. Nous avons ainsi identifié la configuration Shoshan comme étant la plus adaptée à notre cas. Pour cette configuration, nous avons évalué analytiquement et numériquement les tolérances de réglage des optiques par rapport au pivot de rotation du miroir externe. Nous avons obtenu expérimentalement des résultats concordants avec ces prédictions théoriques. Le prototype de diode laser à cavité externe que nous avons conçu et réalisé est continûment accordable en fréquence optique sur une étendue de 1,1 THz (soit 8,8 nm autour de 1540 nm) en 125 ms avec une longueur de cohérence supérieure à 300 m. Nous avons intégré au moyen de composants optiques fibrés les éléments du dispositif de mesure de distance qui pouvaient l'être. Ainsi, nous avons mis en oeuvre un interféromètre de référence, compact, de grande différence de chemin optique dont la stabilité en température est aisément contrôlée. Ce dispositif a été réalisé et a permis la mesure de distances dont la dispersion à un écart type est de 1,7 æm. Un traitement fondé sur une modélisation autoregressive d'ordre 8 des signaux expérimentaux comportant 200 000 échantillons permet d'atteindre une résolution relative de 3,5×10-5 sans post-traitement.


  • Résumé

    The purpose of this work is to optimise a device of absolute distance measurement using the properties of a continuously tunable laser. The measurement technique used is based on optical frequency modulation continuous wave. The external cavity diode lasers (ECDL) have simultaneously a high coherence length that enable to reach long distances without degradation of the signal interferometric qualities, and a wide span of optical frequency tunability suitable for high resolution measurements. In order to select the most appropriated ECDL configuration, we have proposed some comparison criteria based on the sensitivity to the optical feedback and the side mode suppression ratio. Thus we identified the Shoshan configuration as the best one in our case. For this configuration, we analytically and numerically evaluated the tuning tolerances of the optics with respect to the rotation pivot point of the external mirror. We obtained experimental results in agreement with our theoretical predictions. The prototype of external cavity diode laser that we conceived, and realized is continuously tunable in optical frequency over a range of 1. 1 THz (that is to say 8. 8 nm around 1540 nm) in 125 ms, with a coherence length greater than 300 m. We integrated, using fibered optics components, all the parts of distance measurement device that could be integrated. Thus, we implemented a compact reference interferometer of great optical path difference which stability with temperature can easily be controlled. The realised device permitted the measurement of distances having a standard deviation of 1. 7 æm. A signal processing based on an order 8 autoregressive modelization of the experimental signals composed of 200 000 samples allows to achieve a relative resolution of 3. 5×10-5 without post-processing.

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Informations

  • Détails : 125 p.ill. en coul.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 114-120

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  • Bibliothèque :
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Strbg.Sc.2002;4114
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