Brevet FR2012438A1 — publié le 19700320

.22582 1 .2012438 la présente invention se rapporte à un dispositif de contrôle de déviation de faisceaux lumineux qui augmente l'angle de' déviation du faisceau lumineux d'entrée ou qui fonctionne comme convertisseur mutuel angle-déplacement, employant un guide fi-5 breux de lumière convergente. Un dispositif de contrôle de déviation de lumière est utilisé pour irradier sélectivement une position arbitraire, parmi plusieurs positions, sur un plan par une tache lumineuse, comme c' est le cas avec les dispositifs de présentation. Un tel disposi-10 tif sert également de convertisseur mutuel angle-déplacement pour convertir, le déplacement transversal de la position d'incidence du faisceau lumineux, par rapport à l'axe optique du guide de lumière, en un angle de déviation du faisceau de lumière à l'extrémité de sortie. 15 Parmi les dispositifs classiques de ce genre, il y a un dispositif digital de déviation de lumière dans lequel un cristal ayant un effet électro-optique est combiné à un prisme à double réfraction. Un autre exemple est un dispositif de déviation de lumière dans lequel la variation d'indices de réfraction due à 20 la pression d'ondes supersoniques est utilisée pour le réseau de diffraction. Le premier type est inévitablement compliqué au point de vue construction et coûteux au point de vue fabrication. Avec le dernier type, l'angle de déflexion' est non seulement peu précis mais aussi facilement affecté par des conditions d'envi-25 ronnement, telles que la température. En outre, ces dispositifs classiques ont recours à une lentille conuave dans leurs fonctions déviation-déplacement et agrandissement-déviation. Pour améliorer l'efficacité de la déviation ou de la conversion déplacement-déviation, la longueur 30 focale de la lentille doit être aussi courte que possible. Cependant,il est très difficile dé produire une lentille à très courte distance focale, sans impliquer des effets défavorables d'aberration. Même avec une combinaison de plusieurs lentilles, le système optique ayant une telle longueur focale très courte 35 ne peut pas être réalisé avec un prix de revient raisonnable. Un objet de la présente invention est en conséquence de prévoir un dispositif de déviation de lumière ayant une efficacité élevée de déviation. Plus spécifiquement la présente invention a pour but de prévoir un dispositif de déviation d'un faisceau 40 lumineux, en ayant recours au contrôle de l'indice de réfrac- bad original 69 22582 2012438 tion en réponse à un signal extérieur et en employant plusieurs guides de lumière dans lesquels les rayons lumineux sont rendus incidents sur le dispositif de déviation de lumière et les rayons lumineux incidents sont déviés en .réponse à un signal exté-5 rieur. le dispositif selon 1?invention peut donner un grand angle de déviation avec une efficacité élevée en réponse à un signal de contrôle de faible niveau, le présent dispositif est peu coûteux, facilement adaptable à diverses applications et de petite 10 dimension. le guide fibreux de lumière convergente mentionné cirdesaus est constitué par un corps transparent qui permet le passage des rayons lumineux à travers, le long de son axe longitudinal, et qui a tin gradient d'indices de réfraction en Bection transveraa-15 le tel que l'indice est le plus'élevé au centre de la section transversale et diminue peu à peu de la surface centrale de la section vers la surface circonférentielle. les rayons lumineux aliénés à converger jusqu'à une dimension convenable en section transversale et rendus incidents sur une surface d'extrémité 20 d'entrée du guide de lumière se déplaçant à travers le guide de lumière, en oscillant autour de l'axe virtuellement sans réflexion à la surface intérieure du guide de lumièrç. Ceci est dû à la fonction de convergence du guide de lumière. Ainsi, les ~ , - - * rayons luMneux se déplacent à travers le guide de lumière sanè 25 dispersion. * Dans l'ouvrage Bell systea Technical Journal, édition de Juillet 1964» pages 1469 à 1479, D.W. Berreman a indiqué que des rayons lumineux pouvaient être transmis sans dispersion à travers une lentille à gaz, dans laquelle on donne un certain. 30 gradient à l'indice de réfraction du gaz entouré dans un tube. Ce guide de lumière convergente peut être considéré, en conséquence, comme line application du système optique à gaz à un guide de. lumière à l'état solide. Un iMaceau de laser dans le mode fondamental, qu'on doit 35 rendre incident sur une surface d'extrémité d'entrée d'un tel guide de lumière, doit avoir une surface spécifique en section transversale appelée dimension dé tache, qui est déterminéepar le gradient d'indices de réfraction. Selon l'article cLe S.E.Miller publié dans Bell System Technical Journal, édition de Novem-40 bre 1965, pages 2017 à 2064, la dimension de tache Wo du fais BAD ORIGINAL' 69 22582 2012438 ceau de lumière de laser du mode fondamental incident, adapté à l'élément, est exprimée par 1 '1 / \ "î 4 Wo =( -) a * na où. Xo est la longueur d'onde de la lumière dans l'espace libre lorsque l'indice de réfraction n du guide de lumière en un point à-une distance radiale x à partir de l'axe est exprimé par 10 tta ( 1 - 4r ax2) où n est l'indice de réfraction sur l'axe et a est une con»tan- S te positive. les caractéristiques mentionnées ci-dèssus et d'autres carac-1.5 téristiques et objets de la présente invention, ainsi que 1«» moyens pour les atteindre seront mieux compris en se référant à la description suivante d'exemples de réalisation, de la présente invention, en relation avec les dessins ci-joints dans lesquels : La figure 1 illustre le principe de la fonction de déplace-20 ment et de déviation de lumière de la présente invention où un guide fibreux de lumière convergente est employé pour transmettre un faisceau de lumière cohérente, et La figure 2 représente schématiquement un exemple de réalisation de la présente invention. 25 Sur la figure 1, qui représente le guide de la lumière conver gente constituant la partie essentielle de la présente invention, 101 est le guide de lumière convergente, 102 est l'axe optique du guide de:lumière 101, 103 un faisceau d'entré» de lumière cohé-rentê incident sur une surface d'extrémité du guide d'onde» »t 30 104 un faisceau de lumière de sortie. On suppose ici que l'angle formé par le faisceau de lumière d'entrée 103 avec l'axe de lumière 102 est que la distance de la position de l'incidence du faisceau lumineux 103 à partir de l'axe de lumière 102 est x1, que l'angle formé par le faisceau lumineux 104 avec l'axe de luf 35 mière 102 est Pg, que la distance de la position d'émission du faisceau de lumière de sortie 104 à partir de l'axe de lumière 102 est Xg et que la longueur du guide de lumière 101 est Z. Il y a alors la relation suivante entre x.pl^x^ et Pg^-voir Herming Kogelnik, "Imaging of Optical Modes- Resonator with Internai 4-0 lenses", the Bel system Technical Journal, Mars 1965, BAD ORIGINAL 69 22582 4 2012438 pages 455 - 494, " /*2\ /ooscy-r.z) iBia (\fT . z)\/xA V î2/ V - VT sin(Va.Z) cos ( • Z>' U, / Supposons que la longueur axiale Z du guide de lumière con-5 vergente soit déterminée pour satisfaire à la condition sin (\n , Z) = 1, on obtient alors la relation.P2« -\f& d'après la relation indiquée ci-dessus. En d'autres termes, lorsqu'un faisceau lumineux 103 est appliqué au point de distance x^.( le faisceau lumineux est transmis dans le guide de lumière conrer-10 gente T01 sans réflexion, le faisceau résultant de lumière de sortie 104 sort du guide de lumière dans la âlzèctlon définie par l'angle ^.proportionnellement'à x^. Arec le nireau actuel d'installations de fabrication et de technologie, la constante "-a," peut être amenée à une valeur 15 d'environ 102 cm2. En conséquence, si le faisceau de lumière d'entrée 203 est déplacé de 0,1mm, l'angle de faisceau de lumière de sortie peut être modifié jusqu'à 0,1 radian* Cette conversion angulaire est plusieurs dizaines de fois supérieure au dispositif classique du genre ayant recours à une lentille ordinaire . 20 En utilisant le guide de lumière convergente, la conversion déplacement-angle peut être réalisée avec une efficacité élevée en réponse à un signal de contrôle de déviation. Egalement,puisque le guide de lumière convergente est flexible, la conversion déplacement-angle peut être réalisée sous un angle et une direo-25 tion arbitraires en courbant simplement le guide de lumière sans avoir recours à un miroir réflecteur àu à un prisme. Sur la figure 2, qui représente tm exemple de réalisation de la présente invention, 201 est un dispositif de réflexion de lumière qui entraîne une variation de l'indice de réfraction d'un 30 milieu en réponse à un signal extérieur pour dévier le faisoaau de lumière. Un exemple d'un dispositif de déviation est décrit par Charles E.Baker dans the IEEE Spectru*, Décembre 1968, pages 39-50. 202' et 202 " sont des bornes extérieures pour rece- » voir des signaux, 203 est le guide de lumière convergente , et 35 204 désigne l'axe optique du guide de lumière 204 placé en coïncidence avec celui du dispositif 201 de déviation de lumière. Le dispositif 201 est disposé à une distance 1 du guide de lumière 203 . En cours de fonctionnement, un faisceau lumineux 205 est ap-40 pliqué au dispositif 201 de déviation de lumière le long de l'axe BAO ORIGINAL* 69 22582 5 2012438 de lumière 204. En réponse à une tension de" signaux appliquée aux bornes 202* et 202" à son maximum, le .faisceau de lumière d'entrée 205 est dévié par le dispositif de déviation 201 pour prendre les chemins optiques 206'. Au contraire, lorsque le si-5 gnal est à son minimum, le faisceau de lumière' incidente 205 est dévié par le dispositif 201 pour prendre le chemin 206."„ L'angle de déviation qu'on peut obtenir par un dispositif ordinaire de déviation de lumière est inférieur à 1°, c'est-à-dire que l'angle formé par le faisceau de lumière de sortie 206' avec 206" 10 est considéré comme étant inférieur a 1°. Le faisceau de lumière 206'ou 206" sortant du dispositif 201 de déviation de lumière est appliqué au guide 203 de lumière convergente. Lorsque la longueur Z du guide de lumière est déterminée pour satisfaire à la condition sin ( Z)- = 1, un faisceau de lumière de sortie 15 207' ou 207" est émis dans la direction définie par un angle représenté par le produit de Va et de la distance à partir de l'axe de lumière dans le plan d'entrée du guide de lumière 203 vers le faisceau de lumière 206' ou 206". En d'autres termes, l'angle formé par le faisceau de lumière 207' ou 207" avec l'axe 20 204 est agrandi d'un facteur V"r. 1 , par comparaison avec l'angle formé par le faisceau de lumière 206' ou 206" avec l'axe 204. dans ce cas, le faisceau de lumière de sortie 207' ou 207" provoque un petit déplacement par rapport à l'axe de lumière 204. Cependant, ce déplacement est négligeable puisque l'angle de dé-25 viation du dispositif 201 dé déviation de lumière est très petit. Par suite du niveau actuel d'installations de fabrication et de technologie, si 1= 1cm, l'angle formé par le faisceau lumineux 207' ou 207" avec l'axe de lumière 204 peut être rendu 10 fois plus grand que celui formé par le faisceau lumineux 206' ou 206" 30 avec l'axe de lumière 204. Plus spécifiquement, si l'angle de déviation maximum du dispositif de déviation de lumière 201 est de 1°, le dispositif de déviation de lumière de la présente inven -. tion est capable de dévier le faisceau de lumière donné jusqu'à 10°. 35 Selon cet exemple de réalisation, comme on l'a expliqué, le guide de lumière convergente est combiné avec un dispositif de déviation de lumière dans lequel l'indice de réfraction est modifié en réponse à un signal extérieur et, ainsi, il est possible de dévier en grande proportion le faisceau lumineux en réponse au 40 signal extérieur. En outré, puisque le guide de lumière conver- BAD ORIGINAL M 69 22582 6 2012438 gente est flexible, le' faiscèàu de lumière de sortie peut être dirigé dans la direction ou ia position désirée en recourbant simplement le guide de lumière sans avoir'recours à un miroir réflecteur ou à un prisme 0 5 La présente invention a été décrite en relation avec un exem ple de réalisation employant un seul guide de lumière convergente. Le fonctionnement semblable à celui décrit ci-dessus peut être réalisé par l'utilisation de deux ( ou davantage) guides de lumière agencés en cascade ou en série. 0 Bien que la présente invention ait été décrite en relation avec l'exemple de réalisation dans lequel une déviation à une dimension est réalisée, il est facile de modifier l'exemple de réalisation à une déviation de lumière à deux dimensions en disposant deux dispositifs de déviation de lumière dans une relation 15 croisée . Dans la description précédente, la nature du faisceau de lumière incidente, n'a pas été spécifiée. Cependant, le fonctionnement décrit ci-deasus peut être obtenu même lorsque le faisceau lumineux est modulé dans le temps. 20 La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modification qui apparaîtront à l'homme de 1'art. BAD ORIGINAL 69 22582 7 2012438 RsreroiCAiious .1- Dispositif de contrôle de déviation de faisceaux lumineux dans lequel la position et l'angle d'incidence d'un faisceau d'entrée de lumière cohérente, à une surface d'extrémité dfentrée 5 du convertisseur, sont transformés en angle et en position d'émission d'un faisceau de lumière de sortie à une surface d'extrémité de sortie du convertisseur, respectivement, caractérisé par le fait qu'il comprend un guide fibreux de lumière convergente ayant une distribution d'indices de réfraction telle que l'indi-10 ce est le plus grand sur l'axe du guide de lumière et diminue de manière approximativement proportionnelle au carré de la distance radiale de l'axe vers la surface, et des moyens pour diriger un faisceau de lumière vers l'extrémité d'entrée du guide de lumière. 15 2- Dispositif de contrôle de déviation dé faisceau de lumière, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour dévier légèrement un faisceau d'entrée de lumière cohérente en réponse à un signal de contrôle de déviation qui y est fourni, et un guide fibreux de lumière convergente disposé au voisinage des moyens 20 de déviation pour recevoir la sortie déviée à sa surface d'extrémité d'entrée, et, de ce fait, la déviation obtenue par les moyens de déviation est augmentée par le guide de lumière. bad original