Brevet FR2005718A1 — publié le 19691212

L'invention rentre dans le secteur dos appareils optiques êt concerne un modulateur digital de la distance focale à plusieurs étages successifs dont chacun comporte un polarisateur électro-optique commandé et une lentille à double diffraction. 5 Un tel modulateur est connu (U.. Schaidt: "The probien of light "beam. deflection at high frequencies" dans "Optical Processing of Informations" pages 93 à 103, Spartan Books, Baltimore 1963). Bans le modulateur connu, un faisceau lumineux est lancé à travers une série de polarisation électro-optiques alternant avec 10 des lentilles en matériau à diffraction double. L'application de tensions électriques appropriées aux polarisateurs germet de modifier l'angle d'ouverture du faisceau lumineux par étages digitaux, les variations étant déterminées uniquement par la géométrie des lentilles à diffraction double et par les valeurs des indices 15 de diffraction du matériau à double diffraction et du fluide ambiant. Le code des tensions à appliquer aux polarisateurs est binaire. Comme polarisateurs on peut utiliser des cellules de Kerr au nitrotrensene. En cas d'emploi de tels polarisateurs, il s'est avé-20 ré de disposer les lentilles à double diffraction et les électrodes des cellules de Kerr dans une cuve commune. De ce fait, les réflexions se produisant aux surfaces des lentilles sont automatiquement réduites à, une trbs petite valeur (0,1 $). Cela présente cependant un inconvénient: les fortes variations de l'indice 25 de diffraction du nitrobenzene en fonction de la température provoquent une variation de l'angle d'ouverture du faisceau lumineux avec la température. L'invention obvie à cet inconvénient et présente la particularité que le signe de la courbure de la lentille à double diffrac-30 tion à plus forte courbure est opposé à celui des autres lentilles h double diffraction. L'invention est basée sur l'idée que l'emploi de lentilles simples à double diffraction de forme spéciale permet de stabiliser la position des foyers, indépendamment du fluide entourant les 35 lentilles, lorsque des variations de température se produisent. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné h titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment 1' invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de la-40 dite invention. -1 BAD ORJG'NAL 69 10638 2 2005718 La fig. 1 représente schénatiquement un modulateur digital de la distance focale constitué par une série de (17-1 ) polarisateurs à commande électrique . .P?T_^, alternant avec (IT—1 ) lentilles convexes à double diffraction L^, ... L^_.j à axes optiques a ori-r 5 entés .de manière appropriée et par un autre polarisateur Pp et une lentille concave a double diffraction 1%,. Les courbures effec- u.* tives , ... des lentilles convexes constituent une série géométrique à raison 2 dans le sens de propagation du faisceau lumineux S qui traverse le modulateur de distance focale* Par 10 courbure effective, il y a lieu d'entendre la valeur inverse de la somme des rayons de courbure des surfaces actives des lentilles. La courbure effective de la lentille concave L^ est deux fois plus grande que celle de la lentille convexe : à plus grande courbure effective, mais de signe opposé. 15 Dans l'exemple de réalisation représenté sur la fig. 2, les lentilles concaves sont représentées par des lentilles convexes (et inversement). Dans le dispositif représenté sur la fig. 2 tout comme dans celui représenté sur la fig. 2, l'angle d'ouverture d'un faisceau traversant le modulateur de distance focale est 20 influencé dans chaque étage non seulement par la lentille à double diffraction de cet étage mais aussi par l'indice de diffraction du fluide isotrope ambiant. Cette influence du fluide ambiant peut être illustrée en considérant ce fluide comme une lentille de forme, complémentaire à celle de la lentille à double 25 diffraction.'Le signe de la distance focale des (îï-1 ) premières lentilles complémentaires est opposé à celui de la Ifème lentille. Le pouvoir de diffraction total de l'ensemble des N lentilles conplémentaires est égal à celui de l'étage à pouvoir de diffraction le plus faible, mais il est de signe opposé. Le ce fait, le' 30 fluide ambiant détermine les variations en fonction de la température de l'angle d'ouverture du faisceau uniquement par les variations en fonction de la température de" cette lentille à plus faible pouvoir de diffraction. A titre d'exemple, dans un modulateur de distance focale à dix étages ces variations en fonction 1 0 35 de la température sont 2 ^ 1000 fois plus petites.que dans un modulateur de construction usuelle dans lequel toutes les lentilles à double diffraction ont une courbure de même signe. Une stabilisation plus poussée de la position des foyers du modulateur de distance focale peut être obtenue lorsque le syste-40 me comporte en outre une lentille isotrope Lq (fig. 3) dont la bad original 69 10638 3 2005718 courbure effective est égale à celle de la lentille à double diffraction la plus faible et dont l'indice de diffraction est égal à l'indice de diffraction moyen du matériau à double diffraction, dans la mesure du possible pour toutes les températures en-5 trant en ligne de compte. Mène si la seconde condition, à savoir l'égalité de l'indice de diffraction de la lentille isotrope et de l'indice de diffraction moyen de la lentille à double effet ne peut être satisfaite qu' approximativement par suite du nombre Illimité de matériaux optiques disponibles, en .pratique, la variation 10 de position des foyers provoquée par la température sera générât-lement négligeable. La fig. 4 représente une variante de la forme de réalisation du modulateur. Dans celui-ci les courbures des deux surfaces d'une lentille à double diffraction h ••• *l! ne sont pas de même 15 signe. Bien que seule la courbure effective des lentilles à double effet soit déterminante pour la position des foyers, la distribution de la courbure sur les surfaces avant et les surfaces arrière des lentilles à double diffraction influence la position de lâ représentation du faisceau qui les traverse, la plus avan-20 tageuse des distributeurs des courbures dépend des conditions de bord du système, par exemple de l'angle que le faisceau pénétrant dans le modulateur de distance focale forme avec l'axe du système. 14 distribution la plus avantageuse peut être déterminée suivant les règles connues de 1 'optique géométrique (voir par exem-25 pie J. Flïtgge: "Leitfaden des~geom.etrisch.en Optik und des Optik-rechnens", Vqndenhoecl;: und Ruprecht, Gottingen 1956, alsmede P. Chine la; " S trahi enve rlauf in einem System aus doppelbrechenden linsen" Optik 26, pages 254 à 263 (1968). Les considérations émises ci-dessus ne sont valables que dans 30 la mesure oïl les lois relatives aux lentilles minces soient applicables auxdites lentilles complémentaires isotropes, ce qui sera généralement le cas pour les premiers étages d'un modulateur de distance focale. En général, il n'est pas nécessaire d'appliquer l'invention aux derniers étages d'un modulateur de distance foca-35 le, étages pour lesquels les lois relatives aux lentilles minces ne sont pas applicables, parce que dans ces étages on utilisera des combinaisons de lentilles à double diffraction en vue de réduire les aberrations résultant de la double diffraction et les aberrations sphériques. Pour ces étages, il faut alors veiller à 40 ce que, dans chaque cas particulier, les lentilles complémentai- 1 BAD ORIGINAL 69 10638 4 2005718 res isotropes du fluide ambiant ne fournissent au total qu'une courbure effective négligeable. La fig. 5 représente schéma1tiquement, à titre d'exemple, un modulateur de distance focale dont les premiers étages sont rêa-5 lisés conformément à l'invention et dont le dernier étage est constitué par une combinaison de deux lentilles à double diffraction, avec une courbure effective négligeable de la lentille complémentaire. Les courbures k'^ et k''^ sont en effet égales mais opposées. 10 La possibilité d'application de l'invention n'est pas limitée à l'exemple précité d'emploi de nitrobenzène coEGie fluide d'ambiance des éléments à double diffraction. Les mêmes considérations et les mêmes règles s'appliquent pour d'autres matériaux isotropes. BAD ORIGINAL 69 10638 5 2005718 BEVIlEDICÀSLOiTo 1. Modulateur digital de.la distance focale à plusieurs étages .successifs dont chacun comporte un polarisateu-r "électro-optique commande et une lentille à double diffraction, caractérisé on ce 5 pus le signe de courbure de la lentille à double diffraction, à plus forte courbure est opposé à celui des autres lentilles à double diffraction. 2. Modulateur digital de la distance focale selon la revendication 1caractérisé en ce que la somme des courbures des surfaces 10 de diffraction des polarisateurs et du fluide baignant les lentilles à double diffraction est nulle x>u pratiquement nulle. 3. Ilodulateur digital de la distance focale selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que dans le trajet des rayons est insérée une lentille isotrope dont la courbure est égale à celle 15 de la lentille h double diffraction la plus faible, alors que l'indice de diffraction de cette lentille isotrope est égale à l'indice de diffraction moyen du matériau à. double diffraction et ce, dans la mesure du possible,- h toutes les températures entrant en ligne de compte. 20 4. Modulateur digital de la distance focale selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le dernier étage comporte une combinaison de lentilles à double diffraction, et que la courbure effective de la combinaison est négligeable. BAD O