Brevet FR2013275A1 — publié le 19700327

La présente invention concerne les techniques de modulation de la lumière, et plus particulièrement la modulation à l'aide de matériaux photochromiques, ténébrescents ou similaires. L'un des objets de la présente invention est d'obtenir 5 une sensibilité accrue dans certaines régions du spectre de longueurs d'onde, lorsque l'on utilise de tels matériaux dans des systèmes de modulation de la tuMère. Selon la présente invention, on réalise une structure périodique sous la forme d'un élément optique multi-couches, avec 10 des couches ayant des indices de réfraction différents, dont une au moins des couches composantes est en matériau photochro-mique, ténébrescent ou analogue, ou en un matériau dont on peut commander l'indice de réfraction, les variations dans la réflexion ou la transmission, résultant des modifications dans le matériau 15 photochromique ou analogue, étant fortement accentuées dans certaines régions étroites du spectre de longueurs d'ondes, comparativement aux variations obtenues lorsque ledit matériau est utilisé seul, sous la forme d'un élément de transmission normal non périodique. 20 Une telle structure périodique peut être utilisée avanta geusement dans un régime voisin de la limite d'une bande de blocage. En variante, on peut utiliser cette structure comme un système passe-bande, soit lorsque la lumière incidente trouve à l'interface de deux quelconques des matériaux successifs de la structure les 25 conditions correspondant à l'angle de Brewster, soit lorsque le rayon subit pratiquement une réflexion totale interne, sur une telle interface. Une autre possibilité intéressantè- consiste à utiliser des techniques d'interférence, avec le matériau photochromique 30 ou analogue judicieusement disposé dans le plan où le champ est intense. Si l'on considère maintenant les structures périodiques en général, on peut en donner les exemples suivants : 1 Un tiroir multi-couches 35 2 Le résultat de l'exposition d'uneénalsion photogra phique, matériau photochromique ou tout autre matéh riau dont les constantes caractéristiques dépendent d'un champ électromagnétique, simultanément à deux ondes planes sécantes, c'est-à-dire un ensemble 69 24518 2 2013275 enregistré de franges d1interférence. 3 Un filtre de longueur d'onde. Pour exprimer les conditions de propagation dans une telle structure périodique, on suppose qu'à la traversée de chaque 5 période dans la structure, l'amplitude de l'onde est multipliée par une quantité complexe constante : C = e * - Ainsi qu'il est bien connu dans la théorie des filtres, s'il n'y a pas de phénomène de dissipation d'énergie à l'inté-10 rieur de la structure, deux cas seulement peuvent se présenter : ou bien a) ^ est réel ; ou bien b) y est une imaginaire pure Le cas a) correspond à une atténuation sans déphasage (c'est à dire que l'énergique propage en suivant la structure 15 est nulle). Le cas b) correspond à un déphasage (c'est-à-dire à une propagation) sans atténuation, en suivant la structure; Alix fréquences des ondes micrométriques et au dessus, le cas idéal théorique des pertes nulles est très proche de la réalité, dans les structures volontairement construites pour avoir 20 de bonnes caractéristiques de transmission. Les cas a) et b) sont alors appelés respectivement "bande bloquée" et "bande passante". L'absence de transmission (du fait de la réflection), dans une structure périodique à faibles pertes, peut être virtuellement complète, par exemple dans le cas des miroirs diélectriques ppur 25 l'optique. La nouvelle technique selon la présente invention suppose qu'en travaillant à la limite extrême d'une bande bloquée (c'eâb-$-dire à une fréquence qui est pratiquement celle où Y passe d'une valeur réelle à une valeur imaginaire), et en introduisant-volontai-30 rement une perte dans la structure, au moyen du matériau photochromique ou analogue, on déterminera une transmission d'énergie. Le résultatqu'il est possible d'obtenir e^r un accroissement rapide de la transmission avec seulement une augmentation modérée des pertes. Ce qui revient à dire qu'avec le matériau photochromique 35 ou analogue ainsi utilisé on obtient une sensibilité plus grande que cela ne serait possible en utilisant ce même matériau sous la forme d'un absorbeur massif, non périodique. Comme réalisations pratiques de cette invention, on peut citer à titre d'exemple les dispositions-ci-dessous : 69 24518 3 2013275 1°) Un revêtement multi-couches, dont une ou plusieurs couches sont constituées, d'un matériau photochromique, ténébrescent ou se décolorant, le changement des conditions de transmission et/ ou de réflexion, pour une même variation d'absorption par le 5 matériau considéré, se trouvant amplifié, comparativement au résultat obtenu lorsque l'on utilise un tel matériau selon les méthodes normales de la transmission à travers un bloc. 9°) Un revêtement multi-couches, dont l'une des couches composantes a un indice de réfraction qui peut être modifié, 10 soit par un rayonnement, soit par une contrainte mécanique, une température ou par d'autres moyens, à un degré suffisant pour -altérer la fréquence critique, limite de la bande bloquée. 3°) Un commutateur transmission/réception pour une source d'oscillation (par exemple un magnétron^ , fonctionnant en vertu 15 du délai de quelques microsecondes qui s'écoule après l'irradiation du dispositif et avant que s'établisse la modification des constantes optiques ; c'est-à-dire que le commutateur est perméable pour laisser passer une impulsion de l'émetteur, mais qu'il se rebloque immédiatement après le délai ci-dessus (en passant dans le cas 20 de la réflexion totale). 4°) Comme dans l'application t), mais en assurant une sensibilité accrue aux effets des changements de phase et de polarisation, quant aux caractéristiques de transmission et de réflexion, comparativement à un milieu massif ou à une interface 25 unique. 5°) Commande de la couleur de la lumière, avec seulement de très faibles variations de l'absorption, en utilisant l'absorption pour modifier les bandes passantes d'une structure périodique multiple. Changement de couleur quand on s'éloigne de l'une des 30 couleurs dominantes caractéristiques du matériau utilisé, pour laquelle on a transmission ou absorption. Utilisation de la structure périodique pour décaler les fréquences d'absorption effectives des matériaux photochromiques. Des dispositions simples, correspondant à la fréquence 35 invention, sont représentées à titre d'exemples sur le dessin ci-annexé, la figure 1 représente sous la forme d'un schéma le principe de la présente invention ; et . La figure 2 représente un dispositif plus particulier, 40 incorporant les caractéristiques de l'invention. 69 24518 4 2013275 La figure 1 Représente un dispositif multi-couches 11, dont au moins l'une des couches 10- est un matériau photochromique, ténébrescent ou se décolorant, ou dont l'indice de réfraction peut être modifié par un» rayonnement,-par une contrainte mécanique, 5 par la température, ou par un autre moyen. La lumière incidente 12 a une longueur d'onde ^ pour laquelle l'absorption ou l'indice de réfraction peut varier. La lumière de longueur d'onde ^ qui est transmise est représentée par 13, et celle qui est réfléchie est représentée par 14. Le rayonnement incident 15 te 10 longueur d'onde^g détermine une variation de l'indice d'absorption ou de réfraction du matériau photochromique. En variante, l'effet du rayonnement 15 peut être remplacé par celui d'une contrainte mécanique ou de la température, selon le matériau utilisé poûyr la couche 10. Le rayonnement incident 15 commande une modification de 15 la répartition de l'intensité lumineuse de longueur d'onde ^ entre la lumière transmise 13 et la lumière réfléchie 14. Le rayonnement incident 15 peut•aussi être le vecteur d'une image répartie sur la surface plane du dispositif multi-couches 11, ce rayonnement peut aussi varier en fonction du temps. 20 Une forme plus spécifique d'un tel dispositif est représen tée sur la figure 2. Une feuille de matériau photochromique 16, avec une épaisseur d, égale à un multiple entier de demi-longueurs-d'ondes de , est disposée entre deux miroirs toulti-couches 17» 18 à grand pouvoir réfléchissant. Néanmoins, avec la présence du 25 matériau photochromique 16, ce dispositif aura un coefficient de transmission de 100# et un coefficient de réflexion nul pour une longueur d'onde Une variation de l'indice de réfraction, ou une augmentation de l'absorption, dans le matériau photochromique, provoquée par le rayonnement de longueur d'onde \ g» aura pour 30 conséquence une diminution du coefficient de transmission et une augmentation du coefficient de réflexion. Si les miroirs 17 et 18 ont un pouvoir réflecteur suffisamment élevé, la quantité de matériau photochromique requise, pour une variation donnée du coefficient de transmission, sera beaucoup 35 plusnfaible que dans le cas d'une simple couché photochromique, : sans les miroirs. La. quantité d'énergie nécessaire, à la -longueur d'onde%2 sera aussi fortement réduite, comparativement à celle qui aurait été nécessaire pour obtenir la même Variation du coefficient de transmission, dans le cas d'une simple couche de matériau photochromique sans les miroirs. 69 24518 5 2013275 REVENDICATIONS 1°) Dispositif à modulation de lumière caractérisé en ce qu'il comprend une structure périodique réalisée sous la forme d'un élément optique multi-couches, avec des couches ayant des indices de réfraction différents et dont au moins une des couches 5 constitutives est en matériau photochromique, ténébrescent ou analogue, ou en un matériau dont on peut commander l'indice de réfraction, les variations du coefficient de réflexion , résultant des variations dans le matériau photochromique ou analogue, étant fortement amplifiées dans certaines régions étroi-1B tes du spectre de longueurs d'ondes, comparativement aux variations qu^auraient été obtenues si ledit matériau avait été utilisé seul, sous la forme d'un élément de transmission normal, non périodique. 2°) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en c e que la structure périodique est utilisée à un régime voisin 15 de la limite d'une bande de blocage. 3°) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la structure périodique est utilisée comme un filtre passe-bande. 4°) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé 20 en ce que la structure périodique est utilisée à un r égime tel que la lumière satisfait aux conditions d'incidence de Brewster, à l'interface de deux quelconques des matériaux constitutifs successifs de la structure, ou bien qu'elle subit pratiquement une réflexion interne totale sur une telle interface. 25 5°) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce l'une au moins des couches constitutives de la structure a un indice de réfraction dont la valeur peut être commandée par un rayonnement, par une contrainte mécanique, par la température ou par tout autre moyen , à un degré suffisant pour altérer la 30 valeur de fréquence critique, limite de la bande bloquée. 6°) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la structure périodique reçoit line lumière incidente d'une première longueur d'onde, qui provoque une variation de l'indice d'absorption ou de réfraction dans le matériau photochromique 35 constituant l'une des couches de la structure, de telle sorte qu'il en résulte une modification du rapport entre la lumière transmise et la lumière réfléchie jiour un rayon incident d'une deuxième Ion- 69 24518 6 2013275 gueur d'onde. 7°) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on a inséré, entre deux miroirs multi-couches, une feuille de matériau photochromique d'une épaisseur égale à an multiple 5 entier de la demi longueur d'onde du rayonnement lumineux, qui doit être réfléchi et/ou transmis, de façon telle que le dispositif transmet pratiquement la totalité du rayonnement de ladite longueur d'onde, tant qu'un rayonnement d'une deuxième longueur d'onde ne provoque pas une modification de l'indice de réfraction ou d'absor-10 ption du matériau photochromique.