Interféromètres à deux ondes

La forme commune d'un interféromètre à deux ondes est la configuration de Mach-Zehnder représenté sur la Figure 7. La source est couplée dans une fibre optique mono-mode, l'amplitude est divisée dans deux fibres après le passage dans le coupleur directionnel DC1. Une fibre représente l'onde de référence (Référence fibre) tandis que l'autre est l'onde modulée (Signal fibre). Ensuite, les deux ondes sont recombinées à l'aide du second coupleur direction DC2, il suffit donc de brancher un photodétecteur à l'une ou l'autre des sorties du DC2 pour obtenir un signal électrique proportionnel à la puissance optique incidente.

On peut démontrer [ ] que les intensités vues par les photodétecteurs 1 et 2 s'écrivent :

et

où et  sont les phases des ondes signal et référence, I0 est l'intensité moyenne et V est la visibilité des interférences. La visibilité dépend de l'intensité relative des deux ondes signal et référence. La meilleure visibilité est obtenue lorsque les intensités sont identiques et que la différence de chemin optique entre les ondes signal et référence est plus petite que la longueur de cohérence de la source. Dans ces conditions, la visibilité est égale à un. La visibilité est généralement comprise entre zéro et un. Il est à noter que les deux intensités I1 et I2 sont en opposition de phase et que leur somme est constante. L'accès aux deux sorties peut permettre de compenser les fluctuations éventuelles de la source.

La Figure 8 montre l'interféromètre de Michelson qui est un légère variante de celui de Mach-Zehnder. Les fibres référence et signal sont chacune terminées par des miroirs qui renvoient la lumière sur elle-même. Le coupleur directionnel DC sert à la fois à combiner et à diviser les faisceaux. La sensibilité de cet interféromètre est double par rapport à celui de Mach-Zehnder grâce à l'aller et au retour du signal dans la zone sensible. Toutefois cette configuration a un inconvénient important en renvoyant du signal vers la source. Ce retour peut engendrer des instabilités au niveau de la source [ ], spécialement dans le cas des diodes laser. Dans la pratique pour éviter ce problème on rajoute juste après la source un isolateur optique qui ne laisse passer la lumière que dans un sens, donc empêche tout retour vers la source. Les isolateurs optiques utilisent l'effet Faraday, pour faire tourner la polarisation, et un polariseur pour bloquer ou non l'onde. L'autre inconvénient d'avoir ce retour sur la source est de ne plus avoir accès à l'intensité en opposition de phase et de ne plus pouvoir facilement compenser les fluctuations de la source.

Un autre interféromètre à deux ondes est celui de Sagnac, représenté sur la Figure 9. Il a été principalement développé pour mesurer la vitesse angulaire, comme dans le cas du gyroscope [ ].

L'onde signal et référence se propagent maintenant dans la même fibre et tournent dans la boucle à fibre (fiber loop) dans le sens et le sens inverse des aiguilles d'une montre. A première vue, il apparaît que les deux ondes parcourent les mêmes chemins et sont donc toujours en phase, ceci est vrai si nous avons des effets réciproques. Cependant des effets non-réciproques peuvent produire des déphasages notamment : une vitesse angulaire [ ], un champ magnétique [ ] ou un mesurande dynamique[ ]. Prenons pour exemple l'effet d'une déformation mécanique dynamique s'appliquant près d'une des extrémités de la boucle à fibre. A un instant donné, les ondes signal et référence arrivant sur le coupleur directionnel pour interférer n'auront pas "vu" la même déformation, donc le déphasage ne sera plus nul.