Multi-frequency low-noise semiconductor laser sources enabling advancement of resonant fiber optic gyroscopes including performance over temperature

Nous présentons des sources laser semi-conducteurs multi-fréquences à faible bruit pour l'interrogation de gyroscope résonant à fibre optique (RFOG) qui permettent une excellente stabilité du gyroscope en fonction de la température. Chaque source laser comprend trois puces laser semi-conducteurs à rétroaction distribuée couplées avec des micro-lentilles à des puces photoniques en silicium (SiP) à plusieurs composants. Un premier laser, le maître, est verrouillé sur le RFOG par une boucle Pound-Drever-Hall. Deux lasers asservis sont verrouillés en phase optiquement sur le laser maître avec des largeurs de bande de boucle d’asservissement de 100 MHz. Les puces SiP assurent la détection des battements et plusieurs autres fonctions, telles que la suppression des bruits de phase et d'intensité. Les lasers et les puces SiP sont intégrés dans un engin optique contrôlé par une électronique compacte à faible bruit. Les fibres optiques de sortie sont connectées au RFOG de manière à ce que la lumière soit envoyée à la fois dans le sens des aiguilles d'une montre et dans le sens inverse. Le suivi des fréquences de résonance du RFOG dans les deux directions permet de détecter la rotation. Un plancher de bruit différentiel ultra stable de 0,05 Hz/rt-Hz a été obtenu entre les lasers et le résonateur, ce qui a permis de tester le RFOG sur une plage de température de fonctionnement de 60˚ C. Le niveau de marche aléatoire angulaire correspondant est inférieur à 0,01 ˚/rt-hz et n'a pas été limité par le bruit de fréquence différentiel du laser. La dérive angulaire du gyroscope sur la plage de température testée a été maintenue à moins de 0,005 ˚/h, ce qui représente la meilleure performance jamais publiée à ce jour pour un RFOG en fonction de la température.

Émile Girard-Deschênes, François Costin, Simon Ayotte, André Babin, Katherine Légaré, Bruno Labranche, Laurent Dusablon, Jean-Sébastien Pelletier-Rioux, Patrick Dufour, Sébastien Deschênes, Rodrigo Falci, Ghislain Bilodeau, Philippe Chrétien, Charles-André Davidson, Dominique D'amato, Mathieu Laplante, Robert Baribault, Marc Smiciklas, Lee Strandjord, Chellappan Narayanan, Robert Compton, and Glen Sanders "Multi-frequency low-noise semiconductor laser sources enabling advancement of resonant fiber optic gyroscopes including performance over temperature", Proc. SPIE 12893, Photonic Instrumentation Engineering XI, 128930A (11 March 2024); https://doi.org/10.1117/12.3000391