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Theses Year : 2008

Gyrolaser semi-conducteur à cavité externe

Augustin Mignot
  • Function : Author

Abstract

A well known technique for gyrometry is to use Sagnac effect in a ring laser cavity, with a mixture of Helium and Neon as gain medium. Gyrometric qualities of this type of laser has been shown many times. But on an industrial point of view, the fact that the gain medium is a gas is the source of the limitations of the system. Other solutions based on Nd :YAG cristal have shown that it is possible to get a Sagnac signal in other kind of gain medium. However, the quality of the frequency response is limited by the long fluorescence time (230 μs) of this gain medium. Semi-conductor gain medium, through its much shorter luminescence time (3 ns) offers great opportunity of gyrometry. The possibility of electrical pumping could also give a string cost reduction. The goal in this thesis is to study the possibility of a ring laser gyroscope based on a semi-conductor gain medium in a free space cavity. The gain medium dynamic is strongly different from previously quote gain media. First we will have to study stability conditions of gyrometric behavior of such a system, and also gyrometric performance one can expect. Influence of phase-amplitude coupling, specific to semiconductor, will be shown. Second, experiment shows that we have been able to get a gyrometric behavior in ring cavity with a 1/2-VCSEL thanks to a suitable laser cavity geometry and a feed back loop to control laser intensities in order to counteract mode competition which take place in semiconductor gain medium.
Une des techniques connues pour la gyrométrie est d'utiliser l'effet Sagnac dans une cavité laser en anneau avec pour milieu à gain un mélange d'Hélium et de Néon. Si ses qualités gyrométriques sont clairement établies, ce type de laser trouve ses principales limitations industrielles dans le caractère gazeux de son milieu à gain. Des solutions fondées sur un cristal de Nd :Yag ont déjà pu montrer qu'il était possible d'obtenir un signal Sagnac dans un autre type de milieu à gain. Il est cependant apparu que le temps relativement long de la fluorescence (230 μs) était une des sources de limitation de la qualité de la réponse en fréquence. Le semi-conducteur, par son temps de vie de luminescence beaucoup plus court (3 ns) présente ainsi un avantage potentiel pour la gyrométrie. De plus, la possibilité d'un pompage électrique pourrait offrir à terme une réduction importante des coûts. L'objectif de ce travail de thèse est ainsi d'étudier la possibilité de réaliser un gyrolaser fondé sur un milieu à gain semi conducteur dans une cavité en espace libre. La dynamique du milieu à gain étant significativement différente des systèmes précédemment cités, il est d'abord nécessaire d'étudier les conditions de stabilité du fonctionnement gyrométrique, ainsi que les performances que l'on peut espérer obtenir avec un tel système. L'influence du couplage phase-amplitude propre aux milieux semi-conducteurs est en particulier mise en évidence. Dans un deuxième temps, nous montrons experimentalement qu'il est effectivement possible d'obtenir à partir d'une cavité en anneau avec un 1/2-VCSEL un fonctionnement gyrométrique, grâce une géométrie de cavité adéquate et à un asservissement des intensités permettant de contrebalancer les effets de la compétition de modes qui a lieu au sein du semi-conducteur.
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Dates and versions

pastel-00004908 , version 1 (21-04-2009)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00004908 , version 1

Cite

Augustin Mignot. Gyrolaser semi-conducteur à cavité externe. Physics [physics]. Ecole Polytechnique X, 2008. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00004908⟩

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