Brevet FR2010708A1 — publié le 19700220

L'invention concerne les générateurs d'onde, et plus particulièrement, Ibb générateurs utilisant l'effet Smith-Purcell pour faire varier la fréquence et la position angulairs d'un rayon lumineux. Quand un réssau da diffraction métallique est excité par le passage 5 d'un faisceau d'électrons près de la surface du réseau, il sa produit un mouvement périodique de la charge des 1'électrons engendrés par les traits du réseau. Le mouvement périodiqua crée une radiation qui peut être dans le domaine visible, et qui apparaît à la surface du réseau. Ce phénomène physique est décrit dans l'art antérieur, sous le nom d'effet Smith-Purcell. 10 La longueur d'onde de la radiation émise est uns fonction de la direction d'observation, de l'espacement du réseau, et de la vitesse du faisceau électronique. Dans l'art antérieur, l'effet Smith-Purcell a été utilisé dans un générateur d'ondes électromagnétiques, avec un réflecteur et un aimant pour 15 déplacer la réflecteur. Le mouvement du réflecteur permet la modulation ds l'onde électromagnétique. La présente invention produit une onde électromagnétique modulés, comprenant des ondes lumineuses mais non limitées à aaa ondes, avec un dispositif n'ayant aucune partie mobile. L'invention permet d'obtenir un pourcentage 20 de modulation électro-optique supérieur à celui dss dispositifs de l'art antérieur, permettant ainsi une utilisation plus efficeco da la sapseiii" de transmission d'information de la bande passante lumineuse. Dans d'autres réalisations, l'invention produit un raûacssu ou hyperfréquence dans lequel le déflecteur peut st;;a uXeetriquanisrit caswriantiS. 25 Ceci est fait par un dispositif n'ayant aucune partie mobile. La figura 1 montre une plaque de déviation métallique dont la surface est traversée par un faisceau d'électron et illustre l'effet Smith-Purcell. La figure 2 illustre un modulateur électre-optique utilisant l'appareil Smith-Purcell de la figura 1. 30 La figure 3 illustre un déflecteur da falsesau utilisant l'appareil de Smith-Purcell de la figure 1 avec une can.r^ïia::. €£ la vitesse du électronique. La figure 4 illustra un déflecteur da -Faisceau utilisant le dispositif de Smith-Purcell de la figure 1 avec uns eof.imanda de la dévlatiers du faiseeea 35 électronique. La figure 5 illustre un déflecteur «je ^aîsesau utilisant ûo dispositif de Smith-Purcell modifié avec un réaec- sSQr.aefitr-iq^a st un amplificateur concentrique. La figure 1 montre une u un s«ûùl» tfc îwSion « BAD OftlGINÀl, 69 12337 2 2010708 10 2G montrant des traits numérotée de 1 à 5. Cinq traits sont montrés an illustration, mais en pratique, beaucoup plus sont utilisés dans le dispositif de Smith-Purcell. Un observateur 6 regarde le réseau dans la direction 7. Un faisceau d'électrons 6 traverse la surface du réseau en faisant un angle 3 avec la direction d'observation, engendrant de la lumière ou d'autres radiations électro-magnétiques sur la surface du réseau. On peut montrer que la longueur d'onds de la radiation engandrée observée dans la direction d'observation est: ■X . * -s - d (Equation 1) v cos @ où d est la distance entre les traits, c est la vitesse de la lumière et v est la vitesse du faisceau électronique. Si 0 est variable dans l'équation 1, on obtient par différenciation: dX cd sin © d0 2 . v cos 0 (Equation 25 En combinant les équations 1 et 2, on obtient l'équation suivante qui concerne l'erreur relative de longueur d'onde par rapport à l'erreur relative de 0- ÈL. , JLÈËH® . LË- (Equation 3) k i - Bcos e e H ' ou _ (Equation 4) —• c 25 Ainsi, en changeant les tensions de commande dBs plaques dB déflsxion 9 Bt 10, s'est à dire, en changeant l'angle 0, la longueur d'onde et la fréquence de la radiation du réseau dans la direction examinée peut âtre changée. La figure 2 montre un modulateur électro-optique utilisant le dispositif Smith-Purcall de la figurB 1. Le circuit da cathode 11, comprenant un dispose sitif de focalisation classique, produit un faisceau électronique S, qui traverse la surface du réseau métallique ayant des traits 1 à 5 et frappe l'anods 12, La circuit de modulation 17 fournit des tensions de déflsxion aux plaques de déflsxion 9 et 10. La lumière ou une autre radiation électromagnétique est produite sur la surface du réseau, Désormais » dans la deserip*-35 tion, en sa référera à de la lumière, mais il est entendu que d'autres foi.na ds radiation, telles que des hyperfréquenoss,, sont possibles et peuvent Être utilisées an remplaçant le laser par un maser. etc. La lumière ds la surface du réseau a une longueur d'onde X qui dépens f- , b^D ORIGINAL 69 12337 3 2010708 de l'angle 9 que fait la direction d'observation avec la direction du faisceau électronique. X est donné par l'équation 1. La fente 13 entre las deux portions de l'anode 12 conmande la largeur du faisceau lumineux 14 qui atteint l'amplificateur optique 15. D'autres configurations de la fente de 5 commande de la largeur du faisceau et de l'anode resteront dans le cadre de cette invention. Si la fente 13 est plus large, la largeur du faisceau lumineux 14 s'accroîtra, et la bande de longueurs d'onde atteignant l'amplificateur 15 sera plus grande. La largeur de faisceau souhaitée est déterminée par la bande des longueurs d'onde acceptables sans modulation, et celle-ci 10 dépendra de l'utilisation qui sera faite du dispositif de modulation. Quand le circuit de modulation 17 applique des tensions de déflexion aux plaques 9 et 10, l'angle 0 est changé, changeant ainsi la longueur d'onde X de la lumière passant à travers la fente 13. Ainsi, un signal 4e tension du circuit 17 peut âtre utilisé pour moduler 15 la fréquence du faisceau lumineux 14. L'amplificateur optique 15 reçoit le faisceau lumineux modulé en fréquence 14 et produit un faisceau lumineux correspondant amplifié 16. L'amplificateur optique 15 peut Stre un laser accordé à la fréquence moyenne émise par le modulateur, ou il peut être un Millau optique non linéaire servant comme un mélangeur optique. 20 Si l'amplificateur 15 est un laser, ce peut fitra un laser sans les miroirs normalement utilisés pour un circuit de réaction. Bien que l'amplificateur puisse utiliser un laser avec ou sans miroir, l'absence de miroir réduit le temps de commutation et permet une plus grande rapidité de la moduler;.' tlon. Le laser utilisé a une largeur de bande limitée et peut fitra du typa 25 utilisé pour les mesures quantiques en astronomie. Si lâmpliflcateur 15 est un mélangeur optique, deux faisceaux d'entrée sont utilisés - un faisceau de puissance élevée à une fréquence porteuse et un autre faisceau 14 de faible puissance portant le signal. Dans la réalisation du dispositif pour fournir des signaux de fréquence 30 plus bas, par exemple des hyperfréquences, l'amplificateur 15 peut fitra un amplificateur paramétrique à bande large. La figure 3 illustre un déflecteur da faisceau du type Smith-Purcell. Le circuit de cathode 4 envoie un faisceau élactroniqu8 focalisé 8 à travers la surface des éléments de réseau 1 à 5 pour aboutir sur l'anode 40. Un filtre 35 monochromatique ou à bande étroite 20 sélectionnant la longueur d'onde Xffl est placé sur un arc autour du réseau. Le filtrs 20 peut Stre un lasar ou un maser accordé et avoir une fonction additionnelle d'amplification. La vitesse du faisceau électronique est commandée par le circuit 41, qui commande la tension d'accélération des électrons entre la cathode 11 et l'anode ... ^ §A0 ORIGINAL 69 12337 4 2010708 40* Un faisceau lumineux 21 ayant une longueur d'onde X émergera et passera m à travers le filtre 20 avec un angle qui est commandé par ce dispositif. A partir ds l'équation 1, on trouve v cos 0 » —— (Equation 5) où X est une constante du filtre. Ainsi, v cos 0 est uns constante pour m un faiscsau ds sortis ds longusur d'onds prédéterminée . Si v varie, l'angle 0 pour lequel un faisceau de sortie ds longueur d'onde Xffl apparaîtra, est modifié. Si v est constant, @ est constant . En faisant varier l'entrée du circuit 41, qui peut inclure des amplificateurs et dss générateurs ds fonction, 10 la vitssse du faisceau électronique 6 peut âtre modifiés, faisant varisr ainsi simultanément l'angle 0 pour lequel le faiscsau de sortis apparaît. Si ls circuit 41 inclut dss générateurs de fonction, l'angle 8 du faisceau de sortie peut Stre rendu proche de n'importe quelle fonction désirés du signal d'sntrés du système. Les générateurs de fonctions peuvent fitra fabriqués 15 par dss tschniquss bien connues par lss hommes de l'art. La figure 4 illustre une autre réalisation du déflecteur da faisceau Smith-Purcell. Comme dans le cas de la figure 3, Le circuit ds la cathode 4 envoie un faiscsau élsctronlqus focalisé 8 à travers la surfacs dss éléments ds réseau 1 à 5. Dans cette réalisation, le faisceau électronique rencontre 20 l'anode transparente 42, qui forme un arc autour du réseau. Cette anode transparente peut Stre en verre avec un recouvrement d'oxyde d'étaln. L'angle 0 pwec lequel ls faiscsau 44 d'unB radiation électromagnétique de longueur dconde X^ apparaît, est commandée pair- la tension da déflsxion appliqués aux plaquss ds déflexions S et 10. La tension ds déflsxion sst engendrés par 25 le circuit de ce®»® rida da déflestisn du faisceau 43 an réponse à un signal d'entrée. Le circuit 43 peut contenir des amplificateurs et des générateurs de fonction pour obtenir un angle 0 proche da n'importe quelle fonction désirée du signal d'entrée du circuit 43. Le filtre 20 qui peut comprendre usi dispositif d"amplification lasar ou massr, sst accordé pour laisser passer 30 seulement les radiations dcsnt ls longueur d'onds est approximativement Xffl. La position angulaire avec laquelle le faiscsau de radiation de sortie 45 apparaît est dons commandée par la signal d'entrée du circuit 43. L°électrode t-rânsparsnta peut Strs disposés an une couche qui est multiple d'un quart d'onds pour maximiser la transmission ds la lumière d'une longueur 35 d'onde désirés et pour avoir.un effet filtrant sur la lumière de longusur d'onde différents. La figure 5 illustre une autre réalisation du déflecteur de faisceau Smith-Purcell. OÂD ORIGINAL 69 12337 2010708 A partir de l'équation 1, il apparait que si v est constant, la plus petite longueur d'onde X est produite pour 0 » 0, c'est à dire, quand le faisceau lumineux coïncide avec ls faiscsau électronique. □ans la figure 5, l'élément 22 est un canon à électron servant à émsttrs 5 les électrons avec une vitesse constante dans la direction commandée par le circuit de commande de déflexion du faisceau 41, lui-même commandé par son signal d'entrée. Le faisceau électronique est dirigé à travers la surface d'un réseau contenant un grand nombre de traits parallèles concentriques et également espacés 23 à 27. Le faisceau électronique traversa les traits dans une 10 direction normale aux arcs et avec un angle dfrcârminé pas:- le circuiv. 41. Uns illustration de quelques angles ds faisceau possible est donnée par Iss faisceaux 28, 29 et 30. Cependant, un seul de ces angles ds faisceaux Qê'c Erèiliss à la fois. Dans l'explication de ce circuit, on utilise le faisceau 30. Le faisceau 30 traverse les traits jusqu'à ce qu'il rencontre l'anode transparents 15 31. Le faisceau de radiation 32, qui est formé de la plus courte longueur d'onde, coïncide avec le faisceau électronique 30 jusqu°à l'anode où il est arrêté. Le faisceau de radiation 32 traverse Iftanoda transparents 31 et rencontre l'entrée ds l'amplificateur optique caneantrique accorde 33. L'amplificateur optique 33 est acoordé avec la longueur d'onde plus courts émise et amplifie 20 seulement cette longueur d'onde. Le signal de serais 54 est produit avec la même déviation angulaire que le faisceau électronique. Quand la longusur d'onde de sortie la plus courts de la radiation atteignais»; FariipllfiesÊsur esRsefJèri-que 33 est dans le domaine visible, l'amplifieateus3 33 peut être un amplificateur laser. 25 La radiation amplifiée sortant de l'amplificateur laser sera ceilimatéÊ à moins qu'un diffuseur approprié soit placé sur la surface ds sortie de l'amplificateur laser. Un tsl diffussur peut produira uns configuration de lumière convenant è l'affichage. Bien que l'on ait décrit dans ce qui préside et ?eprôs8f>tê sur ls dessin 30 les caractéristiques essentielles de l'invantion, ûppîîquées à un ntude éo réalisation préféré de celle-ci, il est évident cps lshmma de paat y apporter toutes modifications de forme ou do dôtsila qu'il juge utiScs# ssrs pour autant sortir du cadre de ladite invention. BAD-OBiGlNÂl. 12337 6 2010708 REVENDICATIONS 1. - Dispositif recevant un signal électrique d'entrée et engendrant un signal da sortie ayant la forme électromagnétique haute fréquence commandée par l'amplitude 'dudit signal électrique d'entrée caractérisé en ce qu'il comprend un réseau ayant un grand nombre de traits coplanaires situés chacun à intervalles égaux le long d'une ligne perpendiculaire aux dits traits, des moyens pour diriger un faiscsau électronique à travers la surface dudit réseau, des moyens coumandéa par l'amplitude dudit signal électrique d'entrée pour commander le mouvement des électrons dudit faisceau électronique, st dss moyens pour recevoir et amplifier la radiation électromagnétique provenant de la surface dudit réseau pour former ledit faisceau électromagnétique haute fréquence. 2.- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en outre an ce que la fréquence dudit signal de sortie à haute fréquence est commandée par 1'amplitude dudit signal électrique d'entrée et que les dits moyens pour recevoir et amplifier une radiation électromagnétique reçoivent seulement un faisceau étrslt de radiation électromagnétique d'une direction prédéterminée 1e long ds la surface dudit réseau, grâea à quoi ledit signal de sortie du faisceau électromagnétique â haute fréquence est commandé an fréquence pour l'amplitude dudit signal électrique d'entrée, 3.- Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en outre en ce que Isa dits moyens pour commander le mouvement des électrons dudit faisceau électronique comprend un dispositif de déflexion de faisceau pour éviter le parcours dudit faisceau électronique. 4. - Dispositif selon la revendication I caractérisé en sa que ledit faisceau électromagnétique ds sortie est un faisceau lumineux. 5. - Dispositif selon la revendication I caractérisé en ce que ledit signal de sortie électromagnétique est un signal d'hyperfréquence. 6.- Dispositif selon la revendication ï caractérisé en outra en ce qas les dits moyens pour recevoir et amplifier la radiation électromagnétique sont construits pour amplifier seulement une bancfe étroite de radiation, par sa moyen la direction angulaire audit ûign-ai de sor&e ëieetFomegnâ&iqus varia e?'; réponse audit signal à'entrée sieetrïqua-. BAD ORIGINAL 69 12337 7 2010708 7.- Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que les dits moyens de commande du mouvement des électrons dudit faisceau électronique comprennent des dispositifs pour commander la vitesse dudit faisceau électronique 6.- Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce qu8 les dits 5* moyens pour commander le mouvement des électrons dudit faisceau électronique comprennent un dispositif pour commander la déflexion dudit faisceau électroni que. 9.- Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que les dits traits sont disposés en arcs concentriques, et les dits moyens pour recevoir 8t amplifier la radiation sont réglés sur la radiation de longueur d'onde la plus courte provenant de ladite surface dudit réseau.