Gyromètre à Bande Interdite Photonique – PHOBAG

L’objectif de ce projet est d’évaluer la faisabilité d’un nouveau type de gyromètre optique fondé sur une architecture innovante de gyromètre passif résonnant (R-FOG) à base de fibres creuses à bande interdite photonique (HC-PBF).
Le principe de base d’un R-FOG est de mesurer, en utilisant un laser-sonde externe, les fréquences propres de deux modes contrarotatifs d’une cavité fibrée, leur différence étant proportionnelle à la vitesse angulaire de l’ensemble (effet Sagnac). Si la première preuve de principe d’un R-FOG date de 1983, aucune application pratique n’existe pour le moment, à cause de l’effet Kerr qui dégrade fortement la stabilité du biais. Une innovation clé qui a changé les choses récemment est l’avènement de fibres HC-PBF avec des pertes modérées, dans lesquelles la lumière se propage quasiment totalement dans l’air (plus de 98%), ce qui conduit à une forte réduction de l’effet Kerr (et aussi de l’effet Brillouin, même si ce n’est pas habituellement la source dominante d’instabilité du biais). Une première preuve de principe d’un R-FOG mettant en oeuvre une fibre HC-PBF a été réalisée aux Etats-Unis très récemment (2012), sans toutefois atteindre l'objectif des moyennes performances. Pour atteindre ce but, nous proposons de construire un nouveau prototype de HC-PBF R-FOG incluant les innovations suivantes:
- implémentation d’un schéma innovant de modulation/démodulation conçu pour optimiser les performances du gyromètre (incluant la suppression de la zone aveugle et une mesure en temps réel du facteur d’échelle)
- utilisation d’une technique de type espace libre pour refermer la cavité fibrée, dans le but de réduire les pertes au couplage et d’augmenter la finesse de la cavité
- développement d’une nouvelle génération de fibres HC-PBF, spécialement conçues pour minimiser la rétrodiffusion et améliorer les performances du gyromètre. En parallèle, développement de nouvelles techniques d'épissure entre une fibre HC-PBF et une fibre conventionnelle pour minimiser les pertes au couplage, et permettre à terme une architecture de cavité entièrement fibrée.
En cas de succès, ce projet conduirait à une rupture technologique dans le domaine des gyromètres optiques. Le produit final serait non seulement compact, robuste et peu onéreux pour sa gamme de performances, mais aurait également une sensibilité minimale aux radiations et aux champs magnétiques (respectivement 50 fois et 100 fois mieux qu’un gyromètre à fibre optique conventionnel). L’objectif est d’atteindre la moyenne performance dans la mesure des rotations (bruit autour de 0.01 degré par racine d’heure et stabilité du biais autour de 0.1 degré par heure) avec un capteur qui ne serait pas soumis aux restrictions ITAR et qui ne dépasserait pas 1 litre en volume, 1 kg en masse et 10 000 euros en prix. En cas de succès, ce projet pourrait conduire au développement d’un nouveau produit adressant un marché dual allant jusqu’à 100 millions d’euros par an, avec des applications telles que les centrales de navigation pour satellites et les dispositifs de référence d’assiette et de cap pour des porteurs civils, ce qui pourrait contribuer à améliorer la sécurité du transport aérien dans le futur.
De plus, les développements accomplis dans le cadre de ce projet pourraient bénéficier à plusieurs autres projets scientifiques ayant un fort recouvrement technique avec le nôtre, comme l’étude des effets magnéto-électro-optiques dans des molécules à l’aide de cavités en anneau, ou la métrologie de la rotation terrestre à l’aide de gyrolasers géants, avec des applications possibles dans les domaines de la biophysique et de la géophysique.