Brevet FR2064042A1 — publié le 19710716

La présente invention concerne les filtres optiques, et plus précisément un nouveau type de filtre optique électroniquement accordable qui utilise la diffraction optico-acous tique colinéaire dans un milieu optiquement anisotrope. 5 Les filtres optiques connus jusqu'à présent étaient peu sus ceptibles de se prêter à un changement rapide de leur fréquence de travail. On connaît des dispositifs optiques mécaniquement accor-dables utilisant des films ou couches à interférence» mais ceux-ci requièrent le mouvement physique d'éléments mécaniques tel que 10 celui obtenu par la rotation d'un système à tambour, ou similaire. Dans beaucoup d'applications, comme par exemple dans les filtres de bande associés aux lasers, il est nécessaire que de tels filtres soient facilement accordables tout en possédant une largeur de bande suffisamment faible. On aurait besoin en particulier de pouvoir 15 disposer d'un filtre optique accordable en réponse à la variation de fréquence aisément réglable d'un signal électrique. D'une façon générale, la présente invention a pour objet de fournir un filtre optique accordable échappant aux limitations et inconvénients ci-dessus mentionnés, et dont la fréquence de travail 20 peut être accordée en réponse à la variation de la fréquence d'un signal électrique qui lui est appliqué. On sait qu'une onde acoustique se déplaçant dans un solide ou dans un liquide induit une contrainte qui peut modifier l'indice de réfraction du milieu et provoquer la diffraction d'un faisceau 25 lumineux incident. Dans les milieux isotropes, la lumière diffrac-tée n'est généralement pas modifiée en polarisation, et on constate que la diffraction est particulièrement importante lorsque l'incidence a lieu sous l'angle de Bragg. En général, lorsqu'une onde acoustique et une onde lumineuse se déplaçant selon des directions 30 de propagation respectives faisant entre elles un certain angle interagissant dans un milieu isotrope, l'onde acoustique modifie l'indice de réfraction du milieu, et il en résulte qu'une certaine fraction de l'énergie lumineuse est dispersée dans une direction particulière. La plupart des interactions optico-acoustiques sont 35 effectuées sous l'angle de Bragg, pour lequel l'effet de dispersion est particulièrement accentué. 70 16109 -2- 2064042 Un autre type d'interaction optico-acoustique a été étudié par Dixon (R. W. Dixon, I.E.E.E. Journal of Quantum Electronice, QE - 3i 85 (1967)). Dans ce genre particulier d'interaction optico-acoustique, on constate qu'un faisceau lumineux polarisé dans une 5 direction interagit avec une onde acoustique colinéaire pour donner naissance à un émergent polarisé orthogonalement par rapport à lui» On suppose que le mécanisme en cause met également en jeu la modification d2indice de réfraction induite par l'onde acoustique. La présente invention met en oeuvre une condition particulier® 10 d'obtention d'une forte interaction entre l'onde acoustique et 1' onde lumineuse® cette condition étant que la somme vectorielle des quantités de mouvement respectives kg et k^ de l'onde lumineuse incidente et de l'onde acoustique soit égale à la quantité de mouvement k des ondes lumineuses diffractées. Comme on va le voir, 0 15 le choix des indices de notation est particulier à 13 exemple qui sera considéré^ et il se réfère aux termes "extraordinaire31, "acoustique" et "ordinaire". Dans le présent filtre, un cristal biréfringent est utilisé acoustique données seule une étroite plage de fréquences optiques 25 est propre à satisfaire la condition d'adaptation des quantités de mouvement indiquée ci-dessus. On constate que les fréquences appartenant à cette étroite plage sont cumulâtivement diffractées avec une polarisation orthogonale lorsque le faisceau lumineux et l'onde acoustique traversent le cristal. L'effet est non cumulatif 30 pour les fréquences extérieures à la plage considérées et, en conséquence, les radiations correspondantes ne sont pas affectées. Le filtre selon la présente invention comporte un polariseur d'entrée définissant le plan de polarisation du faisceau incident et un analyseur de sortie ne laissant passer que la lumière dont 35 le plan de polarisation est orthogonal à celui du faisceau incident. Il comporte aussi une source électronique engendrant un signal électrique convenable et un transducteur électro-acoustique opérant 70 16109 -3- 2064042 la conversion daignai électrique en ondes acoustiques de même fréquence. Le transducteur est mécaniquement couplé au cristal, dans lequel il engendre des ondes acoustiques qui se propagent colinéai-rement à la direction de propagation des ondes lumineuses dans le 5 cristal. En plus de ceux indiqués ci-dessus, l'invention a encore d'autres objets et particularités. Ils apparaîtront dans leur ensemble à la lecture de la description qui suit de l'invention, qui se réfère au dessin annexé, dans lequel : 10 la figure 1 représente schématiquement un filtre construit conformément à la présente invention ; la figure 2 est un graphique représentant la transmittance d'un filtre selon la présente invention en fonction de la fréquence normalisée ; 15 la figure 3 est un diagramme vectoriel illustrant la condition d'adaptation des quantités de mouvement (échelle non respectée) vérifiée par les ondes lumineuses appartenant à la bande transmise par un filtre selon la présente invention ; la figure 4 est un graphique représentant la variation des 20 grandeurs b et 2% (n - n ) en fonction de la longueur d'onde pour un filtre selon la présente invention, b^ désignant la biréfringence corrigée en fonction de la dispersion, et 2n (n - n ) la U c biréfringence naturelle; la figure 5 représente schématiquement un autre mode de réa-25 lisation de l'invention. Le filtre optique accordable représenté schématiquement par la figure 1 comporte un polariseur d'entrée 10 disposé entre une source de lumière 11 et un milieu anisotrope 12 qui, à titre d'exemple, est un cristal biréfringent. La source de lumière peut 30 être de type quelconque. Le polariseur d'entrée sert à ne laisser passer que ceux des rayons lumineux émis par la source dont le plan de polarisation a une orientation donnée, afin d'engendrer le faisceau lumineux polarisé 13, qui pénètre dans le cristal par l'une de ses faces, se propage généralement dans celui-ci 35 le longâ.'un axe prédéterminé nommé axe Y et traverse la face opposée du cristal pour former le faisceau de. sortie 14. Ce dernier traverse ensuite un second polariseur 15» ou analyseur, dont l'axe 70 16109 2064042 de transmission est disposé perpendiculairement à 1'orientation de transmission du polariseur 10. Le faisceau de sortie émerge de l'analyseur 15 sous la forme d'un ensemble de radiations lumi» neuses appartenant à une étroite bande de fréquences. 5 Un transducteur acoustique 16 est monté en contact intime avec le cristal et est" relié à un générateur convenable ou source 17 de signaux électriques variant en fonction du temps à fréquence réglable. La source de signaux électriques, 1s transducteur et la source lumineuse, tout aussi bien que les polariseurs 10 et 15? 10 peuvent être de type courant et ne requièrent pas de plus ample description, sauf en ce qui concerne la fréquence de travail et la - puissance requise, aspects qui seront.ci-dessous examinés. Le cristal 12 peut, par exemple, être un cristal de niobate de lithium LiïïbO^ dont les faces terminales 21 et 22 sont taillées 15 selon l'angle de Brewster pour minimiser les réflexions et dont l'axe Y est en alignement entre les faces terminales. Pour un cristal d'une telle configuration, l'onde acoustique est introduite sous forme d'une onde longitudinale 23 qui est intérieurement ré-, fléchie et convertie en une onde de cisaillement 24 par réflexion 20 contre la face d'entrée 21. Après cette réflexion, l'onde acoustique 24 de cisaillement et le faisceau lumineux incident 13 se propagent colinéairement vers le bas le long de l'axe Y du cristal. Pour une combinaison particulière des fréquences respectives de l'onde lumineuse et de l'onde acoustique, on obtient une 25 forte interaction entre celles-ci, dans laquelle les ondes acoustiques provoquent la diffraction des ondes lumineuses en leur conférant une direction de polarisation orthogonale par rapport à celle du faisceau incident. On obtient ainsi une étroite bande passante d'ondes lumineuses orthogonalement polarisées qui sont en-30 suite séparées des ondes lumineuses incidentes par l'analyseur 15. L'étroite bande de fréquences ainsi isolée est une fonction de la fréquence acoustique appliquée, et on peut par conséquent la modifier en faisant varier la fréquence d'excitation fournie par le générateur de signaux électriques 17. 35 Cette diffraction a lieu cumulativement pour une très étroite bande de fréquences optiques ; pour les autres fréquences, elle n'est pas cumulative et donne lieu à une auto-annulation diffé 70 16109 -5- 2064042 rentielle. L'effet de diffraction cumulative se produit lorsque les quantités, de mouvement respectives de l'onde lumineuse incidente et de l'onde acoustique satisfont la relation d'égalité de leur somme à la quantité de mouvement du faisceau lumineux de sor-5 tie. Cette condition est appelée "adaptation de phase"9 et ellê est réalisée lorsque l'onde lumineuse orthogonalement polarisée qui est engendrée par diffraction se déplace à la même vitesse que l'onde électrom'agnétique libre. L'étroite bande de fréquences qui satisfont cette relation et à laquelle est conférée après dif-10 fraction une direction de polarisation orthogonale traverse ensuite 1'analyseur de sortie, qui arrête la lumière ayant conservé la direction de polarisation initiale. Dans le présent filtre, la diffraction avec changement de polarisation provoquée par l'onde acoustique est particulièrement 15 forte à une fréquence optique particulière pour une fréquence acoustique donnée. Pour une certaine fréquence acoustique, la fréquence optique qui sera le plus fortement diffractée est déterminée par la biréfringence An du cristal. Lorsque de la lumière polarisée dans une direction traverse 20 le cristal, l'.onde acoustique s'y mélange pour engendrer ce qu'on peut appeler l'onde de propagation polarisée dont le déplacement est déterminé par son vecteur quantité de mouvement, ce dernier étant égal à la somme de celui de la lumière incidente et de celui de l'onde acoustique. Ainsi, si la biréfringence du cristal est 25 choisie de façon telle que l'onde de propagation polarisée se déplace à une vitesse identique à celle qu'aurait l'onde électromagnétique libre, l'effet de diffraction est particulièrement fort. Sur le plan macroscopique, on choisit un cristal d'une certaine biréfringence, et, en faisant varier la fréquence acoustique 30 qui lui est appliquée, on modifie aussi la fréquence optique pour laquelle l'effet de diffraction avec polarisation orthogonale est le plus accusé. Schématiquement, le filtre comporte donc un polariseur d'entrée qui polarise la lumière incidente, un cristal biréfringent soumis à une onde acoustique, et un polariseur 35 de sortie tourné perpendiculairement au polariseur d'entrée, et qui ne laisse passer que les ondes lumineuses dont la fréquence est telle qu'elles aient été correctement diffractées. Lorsque la 70 16109 -6- 2064042 fréquence acoustique est modifiée, le spectre de fréquences traversant le filtre l'est aussi. On trouvera ci-après une exposition détaillée de la théorie du fonctioïmement du filtre selon, la présente invention. 5 Supposons que le faisceau de lumière incidente soit une onde extraordinaire polarisée selon l'axe optique Z du cristal. le faisceau lumineux de sortie ou faisceau diffracté sera alors une x onde ordinaire polarisée selon l'axe/du cristal. L'onde acoustique nécessaire pour provoquer la diffraction en une onde orthogonale-10 ment polarisée selon l'axe x est une onde de cisaillement S g engendrée à la surface 23 du cristal. Ces trois ondes, que l'on suppose planes, sont mathématiquement représentées par les équations ; Ê (y,t) = Ez(y} exp (j (U> t - k y)) + z " ' —^— e e (onde optique d'entrée) Ez^ exp -.i (OU .t » k.y) 2 ® 15 E^(y^t) = Ex^ exp 3 (60 Qt - k^) + f y \ (onde optique de sortie) x y 1 exp - j (û) gt = l^y) Sg(y»"t) = S6^ exp j " kaT) + (onde acoustique e2p _ j (CD t - k y) 3, 8. (1a) (1b) (1e) de cisaillement) " z 20 Les quantités 00 , CO n, et k , kn, k sont les puisa- G U £1 6 U cl tions et les vecteurs quantité de mouvement de l'onde optique d'entrée, de l'onde optique de sortie et de l'onde acoustique, respectivement. Le symbole (A) désigne les variables dépendant complètement du temps et de l'espace, par opposition aux "variables d'enve-25 loppe".E (y) etc. L'onde acoustique se mélange avec le signal op-tique d'entrée pour produire des ondes de polarisation optique forcées de pulsations Ol) + CD- et CO - 00 Ces ondes forcées e - a e a se propagent avec les quantités de mouvement k^ -h k^ et kg - kaj respectivement. Il n'y aura d'interaction cumulative sur plusieurs 30 longueurs d'onde que lorsque la quantité de mouvement de cette onde forcée est égale ou sensiblement égale à celle de l'onde électromagnétique libre. Dans un cristal de LiïTbO^, l'indice de réfraction ordinaire est plus grand que l'indice extraordinaire, ce qui, 70 16109 -7- 2064042 pour des ondes se propageant vers l'avant, nécessite une adaptation de phase telle que k + k = kn ; fait qui, lui, provient de 6 & U ce que la pulsation de l'onde ordinaire (pulsation de sortie) excède de OU celle de l'onde extraordinaire (pulsation d'entrée), S. 5 L'interaction entre les ondes optique et acoustique est une conséquence de l'effet photoélastique. Cet effet peut être décrit comme une perturbation des éléments du tenseur d'imperméabilité b^, où l'on a Ab^.. = p.. ^SV1, expression dans laquelle P-yjQ. sont les composantes du tenseur de photoélasticité et S^ l'onde 10 de propagation de contrainte. Cette perturbation du tenseur d'imperméabilité est équivalente à la création d'une polarisation, dont on peut montrer que, dans le cas présent, elle est donnée par A . O O A A Px = - (2) A O O A A P2 = " e0n0nep4fS6Bx 15 où. eQ est la constante diélectrique du vide, et nQ et ng les indices de réfraction des ondes ordinaire et extraordinaire, respec- . tivement. Si l'on introduit les équations (1) et (2) dans l'équation de propagation de l'onde guidée à une dimension pour un milieu sans pertes, à savoir: aa O O 20 1-1 !_ _à_E _ ,, Ifp (3) Sy2 " o2 3t2 " ^àt2" en remarquant que E (y) et E (y) sont des fonctions de y à varia-, tion lente, on obtient les équations à variables complexes associées : 25 .^x - i n0nep41u0 S„E_ exp (jAky) dy" 4c 6 Z (4) X0* dy 4c dEz = j nen0P41h)e S*Ex exp (- jAky) 30 dans lesquelles est défini un écart de quantité de mouvement Ak = k~ - k - k . Dans ces équations, on suppose que l'onde acous- U63 tique se propage sans pertes, et la contrainte acoustique Sg est donc considérée comme indépendante de la position dans le cristal. 70 16109 2064042 10 On peut maintenant résoudre les équations (4)? en introduisant la condition aux limites E = 0 et E = E (0) pour y = 0. JC Zi Le rapport de la puissance de sortie en y = L, soit P^CL), à la puissance d'entrée en y = O, soit P (0), est enfin donné par ; P CL} r2i? fc* ■' • . (5j r2 n0neP«u0Ba tScl' 16 c On peut noter que la pulsation du signal optique transmis diffère de celle de la fraction du signal d'entrée avec laquelle il interagit d'une quantité égale à la pulsation Xi> de l'onde a. 15 acoustique. Il y a aussi un gain de puissance insignifiant par effet Manley-Rowe ; sa valeur est Oô „/ Vj 6 dans la discussion qui va suivre. la largeur de band' Cette discussion concerne la transmittance? la marge d'accord et 1'ouverture du filtre» L'équation (5) montre que la transmit-20 tance maximale du filtre est atteinte lorsque la fréquence du signal optique d'entrée est telle que l'écart Ak soit nul. On a alors : P (L) 2 re\ „..x — — sin ri» {6^ 25 P„(0) Z ets dans le cas théorique d'une-transmittance de pointe de 100 TL = n;/2. * 'V tique P^/As p En exprimant jSfij en termes de densité de puissance acous- 3 3 2 .2 L. 1 gA 2 K' PV3 A 70 16109 -9- 2064042 où. À q est la longueur d'onde optique, Ç la densité du milieu, V la vitesse acoustique, P^ la puissance acoustique totale, et A la section des faisceaux acoustique et lumineux. Pour un cristal de LiNbO., de 5 cm de long, et à une longueur y O 5 d'onde centrale transmise de A q = 5000 A, P^ = 0,155, ïIq = 2,3 » n = 2,2 , P =4,64 g/crn^, Y = 4,0 x 10^ cm/s. La densité de puissance acoustique requise ici pour obtenir une transmittance de pointe de 100 % est de 14 mW par millimètre carré d'ouverture du filtre. 10 Lorsque la puissance acoustique est ajustée pour obtenir la transmittance de pointe pour la fréquence centrale ( PL = ti/2), la réponse en fréquence du filtre est déterminée par la variation de Ak en fonction de celle de la fréquence. Soit 15 Aq - ^3y 3y J àk =[ dK0 - ^e\ Ay (8) bûy où Ay est la variation en nombre d'ondes de la fréquence optique à 20 partir de la fréquence centrale du filtre. En utilisant l'équation (5), on peut exprimer la fonction H(f) donnant la réponse en. fréquence optique du filtre : 25 30 - sin2 | Htf) - * + AV La figure 2 montre la courbe de variation de la transmittance H(f) en fonction de la, variable de fréquence normalisée bLAy. Sur lejlobe primaire du filtre, la transmittance devient égale à la moitié de la transmittance de pointe pour bLAy 2,5. Pour un cristal de LiîlbO^, la constante b peut être obtenue par -différentiation des équations de Sellmeier, de Hobden et Warner, (voir M.V. Hobden et J. Warner, Phys. Rev. Letters 22, 243 (1966)), Le résultat de cette différentiation est indiqué sur la figure 4 70 16109 -10- 2064042 en fonction de la longueur d'onde optique, à une température de 200°C. Si cette température a été choisie, c'est parce que LiïTbO^ donne lieu à des défauts optiques aux températures inférieures à, 160°C environ. On voit sur la figure 4 que la valeur de b est sen- de 5 siblement plus grande que celle/2it(nQ - ne) qu'il aurait en l'absence de dispersion optique. La quantité 2n;(nQ - ng) a été également portée sur la figure 4. Pour un cristal de LiîfûO., de Ion- O 3 gueur 5 cm à 5000 A, la largeur de bande totale de demi-pointe du premier lobe du filtre (.^5/bL) est d'environ 1,2:? cm , soit à 10 peu près 0,31 A. L'accord électronique du filtre s'obtient par réglage de la fréquence de sortie de la source de signaux électriques 17 et de celle de l'onde acoustique associée, d'où résulte le changement de sa quantité de mouvement. La fréquence acoustique qui permet d'ob-15 tenir la transmittance de pointe pour une longueur d'onde optique est (n. - n ) . u e ■A0 20 où Y désigne la vitesse acoustique. Dans le cas du LiNbO^, V vaut 4 x lO^cm/s et n^ - ng peut être obtenu à partir de la figure 4. La fréquence acoustique nécessaire pour obtenir la transmittance de 0 pointe à 5000 A est de 680 mHz, et l'accord peut être obtenu dans o la région située entre 7000 et 4000 A en faisant varier la fré-25 quence acoustique entre environ 428 mHz et environ 990 mHz. La variation du nombre d'ondes optiques pour une variation de 1 Hz de la fréquence acoustique est Ay./Af = 2n:/bV, où b est défini Si dans l'équation (8) ; elle est d'environ 20 nombres d'ondes par mHz de variation de la fréquence acoustique. Lorsque la. fréquence 30 acoustique varie, la puissance acoustique doit varier comme l'inverse de la racine carrée de la fréquence acoustique si l'on veut maintenir à 100 i° la transmittance de pointe du filtre (voir équations (6), (7) et (10). L'ouverture angulaire optique du filtre à la fréquence d'entrée correspondant à la transmittance colinéaire de pointe est déterminée par l'écart de quantité de mouvement. L'ouverture d'angle 70 16109 _i i_ 2064042 moitié, avec une transmittance égale à la moitié de la transmittance de pointe, est obtenu pour AkLcïTi;. Pour une propagation presque colinéaire, on obtient, d'après la figure 3 ; Ak = k_ cos 4> - k cos 4> - k 0 e a ir X • C> " k0 " - *a +l ke ■ ET ) £ 2 An ^ 10 L'ouverture d'angle moitié, prise à l'intérieur du cristal, 1 /2 r vaut alors environ = ( d'environ 2n (A/LAn) ' , Pour un cristal de LiNbO., de longueur » ® 0 J 5 cm à À = 5000 A, on obtient à l'extérieur du cristal, une ou- 15 verture de demi-pointe d'environ 0,02 radians ou 1,15°. Un moyen de représenter concrètement le fonctionnement du filtre selon la présente invention est de dire que l'onde acoustique se déplace à travers le cristal, à l'échelle microscopique, et qu'elle distord la symétrie du cristal en en modifiant la biré-20 fringence, et qu'il en résulte que la direction de polarisation d'une onde lumineuse incidente rectilignement polarisée change ou tourne pour devenir orthogonale à celle du faisceau incident. La condition d'adaptation des quantités de mouvement a pour effet que le processus ait lieu cumulativement sur toute la longueur du cris-25 tal. Dans la mesure où cette condition n'est pas remplie, ce processus donne lieu à des accroissements infinitésimaux qui s'annulent entre eux en moyenne et il n'est pas cumulatif. 70 16109 -12- 2064042 Deux considérations sont retenues dans le choix de l'orientation du cristal biréfringent. la première concerne la valeur -effective de la constante de photoélasticité, qui-, pour assurer la diffraction avec changement du plan de .polarisation, doit déjà 5 être raisonnablement grande. Ceci est sans rapport avec l'adaptation des quantités de mouvement, et ne fait intervenir que la grandeur du coefficient qui gouverne le processus de diffraction. Celui-ci ne dépend que du tenseur. associé au cristal,, et du groupe cristallin auquel ce dernier appartient.■ Pour un cristal donné, 10 tel que le niobate de lithium, il existe certaines orientations du cristal pour lesquelles cette constante de"photoélasticité est plus grande que pour d'autres orientations. L'analyse développée ci-dessus montre que, dans le cas du niobate de lithium, la propagation le long de l'axe Y correspond à un choix, satisfaisant de 15 l'orientation effective du cristal. La seconde considération qui intervient dans le choix de l'orientation du cristal concerne l'ajustement de sa .biréfringence. Un groupe cristallin donné ou un cristal donné, com&e le niobate de lithium, possède une certaine biréfringence maximum. Celle-ci 20 correspond à une direction de propagation perpendiculaire à l'axe optique. Pour d'autres directions de propagation dans le cristal, la biréfringence est plus faible. En choisissant un certain angle par rapport à l'axe optique, on peut donc obtenir une biréfringence de valeur donnée. On choisit pour le-filtre optico-acoustique une 25 biréfringence particulière car c'est celle-ci qui détermine la fréquence acoustique répondant à la condition d'adaptation de phase pour une fréquence optique donnée. Ainsi, par exemple, supposons que l'on veuille travailler dans la région visible du spectre, en choisissant les fréquences optiques situées entre le rouge et le 30 bleu. Il est alors désirable que la fréquence acoustique correspondante soit située dans un domaine raisonnable. On peut alors choisir l'angle déterminant la biréfringence de façon telle que la fréquence acoustique correspondante appartienne à un domaine aisément accessible dans la pratique. En ce qui concerne le niobate 35 de lithium, on trouve que l'onde peut se propager à 90° par rapport à. l'axe optique? pour correspondre à la biréfringence maximums et cet angle- s'avère être aussi celui qui correspond à la constante 70 16109 -13- 2064042 de photoélasticité la plus élevée. Tous les paramètres sont donc ici particulièrement convenables, puisque la fréquence acoustique se trouve dans un domaine commode, tandis que la constante de photoélasticité est à son maximum, et possède une valeur suffisan-5 te pour être pratiquement intéressante. la biréfringence varie en raison inverse de la largeur^^e^ , de telle sorte que le choix de la plus grande biréfringence possible correspond à une faible largeur de bande, et que celui d'une biréfringence plus faible correspond à une bande passante plus large. La biréfringence la 10 plus forte implique aussi, si l'on se réfère aux formules qui ont été données plus haut, la fréquence acoustique la plus élevée. On discutera maintenant de la marge d'accord et de la lar- b geur de bande de travail. Le paramètre/est un paramètre matériel qui associe la biréfringence et la dispersion, et la variation de 15 la biréfringence en fonction de la longueur d'onde . La marge d'accord est égale à 2rc/bV, b étant défini dans l'équation (8) et donné sur le graphique de la figure 4. Il apparaît que b n'est pas très différent du produit de la biréfringence par 2%, et c'est pourquoi ces paramètres ont été portés tous deux en ordonnées sur 20 le graphique de la figure 4, de sorte qu'on peut obtenir une approximation de la valeur de b par estimation de 2Tt(nQ ~ ne) même lorsqu'on ne dispose pas d'une connaissance détaillée du matériau concerné. La largeur de bande de ce dispositif est inversement propor-25 tionnelle à chacune des deux quantités b et L, L désignant la longueur du chemin optique du cristal anisotrope, qui dépend de sa longueur. La courbe en (sin x)/x de la figure 2 est tracée en fonction de bLAy, où % est en nombre d'ondes. Ainsi, pour des valeurs données de b et de la longueur du cristal, la bande-passante du 30 filtre est définie en nombre d'ondes. On peut donc noter en particulier qu'un allongement du cristal donne lieu à un rétrécissement de la plage de valeurs de Ay correspondant à la transmission du cristal. En conséquence, et d'après l'équation (9)j un cristal de niobate de lithium de longueur 5 cm a un lobe principal dont la 35 largeur de bande totale correspondant à la demi-transmittance de pointe est approximativement égale à 5/bL, c'est-à-dire environ 0 au 1/3 d'un angstrtim, à une longueur d'onde de 500 A. 70 16109 h 2064042 Pour le présent exemple, le facteur qui apporte- au présent filtre la limitation la plus nette est la difficulté d'obtenir de grandes ouvertures. Du fait que la propagation d'une puissance 2 acoustique de 14 mW par mm d'ouverture du cristal est nécessaire, 2 5 une ouverture de 1 cm requiert line puissance acoustique de 1,4 watts. On arrive à l'heure actuelle à construire des transducteurs à large bande, allant des fréquences acoustiques aux fréquences radio, donnant une perte par conversion d'environ 10 dB„ ce qui porte à 14 watts la puissance totale requise. 10 Dans la présente analyse, on Négligé l'atténuation acousti que qui a lieu lorsque l'onde acoustique se propage le long du cristal. A la température ambiante, cette atténuation serait d'environ 0,75 dB/cm à 1000 mHz ; elle varierait approximativement comme le carré de la fréquence acoustique. Son effet équivaut à 15 celui d8un raccourcissement du cristal ; il se traduit donc par un certain accroissement de la largeur de bande, et nécessite une certaine augmentation de la puissance acoustique d'alimentation. La configuration du filtre de la figure 1, et l'utilisation d5un cristal de niobate de lithium, ne constituent que l'une des 20 nombreuses possibilités auxquelles on pourrait recourir. L3avantage de cette configuration est qu'elle permet d'introduire l'onde acoustique à angle droit par rapport au faisceau lumineux, en évitant ainsi que la lumière ait à traverser un transducteur acoustique, Mais ceci a l'inconvénient de faire apparaître dans la propa-* 25 gation de l'onde acoustique de cisaillement le long de l'axe 2. divergence d'environ 7° entre la direction du flux de la puissance acoustique et celle du vecteur quantité de mouvement de l'onde acoustique. Cela nécessite que l'ouverture du filtre soit au moins égale au dixième de la longueur du cristal. Cependant? d'autres 30 orientations du cristal permettent d'obtenir une diffraction avec polarisation orthogonale sans faire apparaître cette divergence. Par exemple, la propagation colinéaire d'une onde acoustique longitudinale et du signal optique le long de l'axe x d^un cristal de LiNbO^ permet d'obtenir le résultat désiré. 35 Deux autres matériaux susceptibles d'être utilisés dans ce type de filtre sont le saphir et le quartz, qui ont le même tenseur de photoélasticité que le niobate de lithium. La biréfringence de 70 16109 -i5- 2064042 ces deux corps est d'environ le 1/10 de celle de LiUbO„. En con-séquence, les fréquences acoustiques nécessaires seraient centrées autour de 70 mHz au lieu de 700 mHz dans le cas d"'un filtre au niobate de lithium. A longueur égale du cristal, la marge d'accord 5 et la bande passante de tels filtres seraient environ dix fois plus grandes que dans le cas du niobate de lithium. L'ouverture angulaire serait environ trois fois plus grande que celle d'un filtre utilisant un cristal de niobate de lithium de même longueur. En raison de la plus faible valeur des indices de réfraction de 10 ces cristaux, une puissance acoustique à peu près dix ou vingt fois supérieure serait nécessaire pour obtenir la transmittance de pointe théorique de 100 $>. Cependant, ceci pourrait être compensé par l'utilisation de cristaux plus longs. La figure 5 montre un autre mode de réalisation de l'inven-15 tion, qui comporte une source de lumière 41 fournissant un faisceau lumineux de sortie qui traverse un prisme polarisant 42, par exemple du type connu sous le nom de prisme de Rochon, qui sert aussi d'analyseur de sortie pour la lumière orthogonalement polarisée qui se propage dans la direction opposée. La lumière polari-20 sée issue du prisme 42 traverse ensuite dans les deux sens un cristal biréfringent 44» par exemple de niobate de lithium. Le cristal 44 comporte des faces terminales 43 et 45 planes et parallèles. La face 43 sert de surface d'entrée pour recevoir la lumière issue du prisme 42 ; la face 45 est munie d'un revêtement réfléchissant, 25 de telle sorte que la lumière traversant le cristal soit réfléchie par la surface 45 et renvoyée vers la source à travers la surface 43. Un transducteur électro-acoustique 46 est couplé à la surface réfléchissante 45 et est relié à un générateur convenable ou 30 source 47 de signaux électriques comme dans le dispositif de la figure 1. La sortie du transducteur est couplée au cristal et lui communique des vibrations acoustiques. Ces vibrations peuvent correspondre à une résonance acoustique due au parallélisme des faces terminales. En utilisant la résonance acoustique du cristal, on 35 peut réduire la puissance acoustique d'alimentation nécessaire au fonctionnement du filtre. Le fonctionnement du dispositif de la figure 5 est similaire 70 16109 -16- 2064042 à celui de la figure 1, à ceci près que le prisme polarisant 42 sert aussi d'analyseur. Ainsi, les ondes électromagnétiques d'entrée sont rectilignement polarisées (dans un plan perpendiculaire à celui du dessin) par le prisme avant leur entrée dans le cris-5 tal 44 ; celles qui n'y sont pas diffractées conservent le même plan de polarisation après réflexion contre la surface 45 et re- Le prisme 42 transmet ces ondes réfléchies, traversée du cristal./La bande étroite de longueurs d'ondes qui vérifie la condition d'adaptation de phase et subit une rotation à angle droit de son plan de polarisation est séparée par le pris- 10 me 42 qui la réfléchit en un faisceau de sortie 49. En variante, on pourrait donner à la surface, d'entrée du cristal une certaine inclinaison par rapport à la direction de propagation des ondes entre ses faces, afin que le cristal présente une surface intérieure de réflexion des ondes acoustiques inci-15 dentes selon un certain angle» Dans ce cas, une charge acoustique serait couplé au côté du cristal en position de recevoir et d'absorber les ondes acoustiques réfléchies par l'intérieur de la surface d'entrée, et le cristal lui-même serait incliné par rapport au faisceau lumineux d'entrée de façon à compenser la réfraction. 20 On a décrit ci-dessus un filtre optique accordable à bande passante étroite et réglable dont la conception est nouvelle et particulièrement avantageuse. L'un des avantages particuliers de ce filtre est de répondre directement à l'application d'un signal électrique produit par un générateur de signaux de type courant. 25 De tels générateurs de signaux sont susceptibles de fournir rapidement un signal dans un spectre étendu et confèrent au filtre selon l3invention la possibilité d'une exploration de fréquences instantanées par opposition à la lenteur de manoeuvre des tambours de filtres mus mécaniquement que l'on a utilisés jusqu'à présent. 30 Ce filtre pourra être utilisé de la même manière que les filtres YIG- accordables que l'on utilise actuellement dans les dispositifs fonctionnant en micro-ondes ; on peut aussi en attendre beaucoup d'applications dans les lasers, qui deviennent plus souples et accordables. Une autre application du filtre selon l'invention est 35 son utilisation comme monochromâteur ou spectromètre, dans laquelle il a l'avantage d'être de faible encombrement et de construction simple» 70 16109 -17- 2064042 REVENDICATIONS 1. Filtre optique, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif pour engendrer un premier faisceau lumineux ayant une polarisation prédéterminée et un milieu anisotrope disposé pour re- 5 cevoir ledit faisceau, ledit milieu étant choisi et conformé pour propager ledit faisceau lumineux selon une onde particulière d'un système biréfringent, ledit milieu étant en outre susceptible de diffracter et de propager un faisceau lumineux orthogonalement polarisé par rapport audit premier faisceau selon une onde dudit 10 système biréfringent en réponse à des ondes acoustiques, des moyens étant couplés audit milieu pour produire des ondes acoustiques d'une fréquence prédéterminée dans ledit milieu anisotrope, la fréquence desdites ondes acoustiques étant choisie de façon telle qu'elle vérifie une relation d'adaptation de phase définie par 15 l'égalité vectorielle de la quantité de mouvement d'un faisceau lumineux de sortie orthogonalement polarisé par rapport audit premier faisceau à la somme des quantités de mouvement respectives du faisceau lumineux incident et desdites ondes acoustiques, en conséquence de quoi, un faisceau lumineux incident satisfaisant 20 à ladite relation pour une fréquence donnée desdites ondes acoustiques est diffractée pour donner naissance à un faisceau lumineux orthogonalement polarisé par rapport audit faisceau lumineux incident, et un analyseur de sortie orienté de manière à laisser passer sélectivement les ondes lumineuses orthogonalement polari-25 sées par rapport audit premier faisceau lumineux, et des moyens de réglage de la fréquence desdites ondes acoustiques pour faire varier la fréquence desdites ondes lumineuses orthogonalement polarisées. 2. Filtre optique selon la revendication 1, caractérisé en 30 ce que les moyens de production desdites ondes acoustiques comportent un transducteur électro-acoustique , et des moyens de couplage d'un élément de sortie d'un signal acoustique dudit transducteur avec ledit milieu anisotrope, et en ce que lesdits moyens de réglage de la fréquence desdites ondes acoustiques comportent 35 une source de signaux électriques variant en fonction du temps couplée audit transducteur pour en effectuer le pilotage,ladite source comportant des moyens pour faire varier la fréquence des signaux 70 16109 -18- 2064042 électriques délivrés audit transducteur. 3. Filtre optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit milieu anisotrope est un cristal de niobate de lithium. 5 4. Filtre optique selon la revendication 3» caractérisé en ce que ledit cristal de niobate de lithium est orienté de façon à propager le faisceau lumineux d'entrée selon une onde extraordinaire le long de l'axe Y dudit cristal, l'onde diffractée étant une onde ordinaire se déplaçant le long de l'axe Y, les vecteurs 10 quantités de mouvement desdites ondes satisfaisant à la condition k + k = k ,ou k , k et k sont les vecteurs quantités de mouve-e a o* e a o ^ ment respectifs de l'onde extraordinaire, de l'onde acoustique et de l'onde ordinaire. 5. Filtre optique selon la revendication 1, caractérisé en 15 ce que le faisceau lumineux de sortie et les ondes acoustiques se propagent colinéairement dans ledit milieu anisotrope. 6. Filtre optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit milieu anisotrope est un cristal biréfringent» 7° Filtre optique selon la revendication 3» caractérisé en 20 ce qu'une face dudit cristal est inclinée selon un certain angle par rapport au faisceau lumineux incident, lesdites ondes acoustiques étant dirigées de façon à se réfléchir du côté intérieur de ladite face pour se déplacer colinéairement avec ledit faisceau lumineux d'entrée. 25 8. Filtre optique selon la revendication 7» caractérisé en ce que lesdites ondes acoustiques sont initialement longitudinales et sont converties en ondes de cisaillement par réflexion contre ladite face. 9- Filtre optique selon la revendication 1, caractérisé en 30 ce que ledit milieu est un cristal biréfringent comportant une surface d'entrée et une surface réfléchissante à ses extrémités opposées. 10. Filtre optique selon la revendication 9» caractérisé en ce que lesdits moyens de production d'ondes acoustiques sont cou- 35 plés à ladite surface réfléchissante. 11. Filtre optique caractérisé par un faisceau lumineux polarisé dans une première direction de polarisation et un milieu 70 16109 -19- 2064042 anisotrope disposé de façon à recevoir ledit faisceau, ledit milieu étant choisi et conformé pour propager ledit faisceau lumineux selon une onde particulière possédant ladite première direction de polarisation dans un système biréfringent, ledit milieu 5 étant en outre susceptible de diffracter et de propager un faisceau lumineux différent dudit premier faisceau et polarisé dans une seconde direction de polarisation, selon une autre onde dudit système biréfringent et en réponse à des, onde,s acoustiques,, des étant couples audit milieu et destines a emettre des ondes moyens/acoustiques d'une fréquence prédéterminée dans ledit milieu 10 anisotrope, la fréquence desdites ondes acoustiques étant choisie de façon telle qu'elle vérifie une relation d'adaptation définie par l'égalité vectorielle de la quantité de mouvement d'un faisceau lumineux de sortie polarisé dans ladite seconde direction de polarisation par rapport audit faisceau d'entrée à la somme des 'quan-15 tités de mouvement respectives du faisceau lumineux incident et desdites ondes acoustiques, en conséquence de quoi un faisceau lumineux incident satisfaisant à ladite relation pour une fréquence donnée desdites ondes acoustiques est diffracté pour donner naissance à un faisceau lumineux polarisé dans ladite seconde direc-20 tion de polarisation, et un analyseur de sortie orienté de manière à laisser passer sélectivement les ondes lumineuses polarisées dans ladite seconde direction, des moyens étant prévus pour faire varier la fréquence desdites ondes acoustiques afin de modifier la fréquence des ondes lumineuses diffractées dans ladite seconde di-25 rection de polarisation. 12. Filtre optique selon la revendication 11, caractérisé en ce que ladite première orientation de polarisation est rectili-gne selon une direction prédéterminée, et en ce que ladite seconde orientation de polarisation est rectiligne selon une direction 30 orthogonale à la première. 13. Filtre optique caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour engendrer un premier faisceau lumineux ayant une polarisation prédéterminée et un cristal anisotrope disposé pour recevoir ledit faisceau, ledit cristal étant choisi et conformé pour propager le- 35 dit faisceau lumineux selon une onde particulière d'un système biréfringent, ledit cristal étant en outre susceptible de diffracter 70 16109 -20- 2064042 et de propager un second faisceau lumineux orthogonalement polarisé par rapport audit premier faisceau et constituant une autre onde dudit système biréfringent, en réponse à des ondes acousti-, ques, des moyens couplés audit cristal pour produire des ondes 5 acoustiques d'une fréquence - prédéterminée dans ledit cristal-anisotrope, la fréquence desdites ondes acoustiques étant choisie de façon telle qu'elle vérifie une relation d'adaptation de phase définie par l'égalité yectoriellé de'la quantité de'mouvement d'un faisceau lumineux ..de sortie orthogonalement polarisé par rapport 10 audit faisceau lumineux d'entrée à la somme des quantités de mouvement respectives du faisceau lumineux incident et desdites ondes acoustiques, en conséquence de quoi un faisceau lumineux incident satisfaisant à cette condition pour une fréquence donnée desdites ondes acoustiques est diffracté pour donner naissance à 15 un faisceau lumineux polarisé orthogonalement par rapport audit faisceau lumineux incident, et un analyseur de sortie orienté de manière à laisser passer sélectivement les ondes lumineuses polarisées orthogonalement par rapport à la direction de polarisation dudit faisceau lumineux d'entrée. 20 14. Filtre optique selon la revendication 13» caractérisé en ce que ledit cristal comporte des faces terminales formant un résonateur acoustique, et une surface réfléchissante portée par l'une desdites faces terminales pour réfléchir intérieurement les ondes lumineuses provenant de l'intérieur dudit cristal. 25 15. Filtre optique selon la revendication 13s caractérisé en ce que ledit cristal comporte une paire de faces terminales, l'une desdites faces terminales étant conçue et disposée pour admettre ledit premier faisceau lumineux dans ledit cristal, la seconde desdites faces terminales étant munie de moyens réflecteurs 30 de lumière pour réfléchir intérieurement les rayons lumineux arrivant contre ladite seconde .face. 16. Filtre optique selon la revendication 14? caractérisé en ce que lesdits moyens de. production d'ondes acoustiques sont couplés à ladite seconde face terminale munie de moyens réflecteurs 35 de lumière.