Brevet FR2108857A1 — publié le 19720526

La présente invention se rapporte aux sources de rayonnement délivrant un pinceau d'énergie électromagnétique susceptible de changer de position dans l'espace sous l'action d'un signal électrique de commande. Elle concerne plus particulièrement les sources optiques à émission stimulée munies de iiI9yens commutateurs pour sélectionner une direction d'émission parmi une-pluralité de directions suivant lesquelles un pinceau d'énergie peut etre rayohné. Les organes de commutation habituellement utilisés pour sélec tonner un mode de rayonnement sont basés sur la biréfringence électrique d'un matériau placé entre polarisateurs et soumis à l'action de tensions relativement élevées. La commande directe par tran- sistors d'un tel dispositif ne peut entre envisagée compte tenu des tensions mises en jeu ; en outre, l'encombrement et le coût d'un commutateur à birefringence sont élevés. Pour pallier ces inconvénients, l'invention propose d'introduire dans la cavité de résonance d'une source à émission stimulée, une cellule à cristal liquide. 'l'invention a pour objet une source de rayonnement directif à balayage électrique comportant : une cavité de résonance, une source d'énergie pour provoquer l'démission stimulée d'un matériau actif disposé à l'intérieur de ladite cavité et des moyens de balayage électrique situés à l'intérieur de ladite cavité pour délimiter une zone d'oscillation dont la position peut changer sous l'a@ti de signaux lectriques, caractérisée en ce que lesdits moyens balayage comprennent une couche mince de cristal liquide nématique située entre deux lames transparentes parallèles et des moyens électriques pour soumettre ladite couche à une tension qui dépasse le seuil de diffusion dynamictue à l'extérieur d'une plage pouvant occuper à la surface de celle-ci, des positions distinctes. L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ciaprès et des figures annexées parmi lesquelles La figure 1 représente en perspective une source à émission stimulée suivant l'invention. La figure 2 représente schématiquement une variante se réalisation du dispositif de la figure 1. Ta figure 3 représente un dispositif afocal associé à une source à émission stimulée pour augmenter l'amplitute de translation dtun pinceau d'énergie rayonné. La figure 4 représente le schéma d'un dispositif électrique d'excitation pour cellule à cristal liquide. Sur la figure 1, on peut voir une source de rayonnement directif comprenant mi matériau actif 1 disposé à l'intérieur d'un cavi- té de résonance délimitée par un miroir 3 et un miroir semi-transparent 2. A titre d'exemple, le matériau actif 1 peut être constitué par une cellule transparente renfermant un mélange d'hélium et de néon ; sous l'action d'une source d'énergie électrique 4, le gaz contenu dans la cellule s'ionise et présente dans cet état d'exci- tation la propriété d'accroître l'énergie d'une onde électromagnétique circulait parallèlement'à l'axe Z entre les miroirs 2 et 3. Lorsqu'on stipule l'émission d'un matériau-actif dans une cavité de résonance ayant un facteur de qualité suffisament élevé, on obtient l'émission d'un faisceau directif d'énergie électromagnétique. Ce faisceau émerge par une portion de la face externe du miroir 2. Cette portion peut être délimitée en introduisant dans la cavité un écran absorbent percé d'un trou. Pour déplacer le faisceau, on peut associer à l'écran un mécanisme de translation de façon à sélectionner dans le volume de la cavité une zone d'auto-oscillation passant par le trou. Sur la figure 1, on peut voir un organe de balayage conforme à l'invention. Il est essentiellement constitué par des lames transparentes 10, 8 et 5 entre lesquelles on a inséré un cristal liquide nématique.La lame 10 porte sur sa face interne une pluralité de bandes transparentes conductrices 11 parallèles les unes aux oestres ou disposées horizontalement ; la lame 8 est revêtue sur ses deux faces de couennes tr:-rnsparentes conductrices 7 et 9 ; la lame 5 porte sur sa face interne une pluralité de bandes transparontes conductrices 6 parallèles les unes aux autres et disposées verticalement. Un générateur électrique 15 est relié par l'une de ses bornes aux électrodes transparentes 7 et 9 et par son autre borne aux. curseurs 16 et 17 de deux commutateurs à plots. 'les plots 15 de l'un des commutateurs sont reliés respectivement aux électrodes horizontales 11 tandis que les plots 14 de l'autre commutateur sont reliés respec-tivement aux électrodes verticales 6. Pour chaque position des curseurs 16 et 17, les plots 44 et 13 sont reliés au générateur 15, cependant, ceux qui font face à l'é chancrure prévue dans chaque curseur ne sont pas alimentés. La couche de cristal liquide située entre les lames 8 et 10 est soumise à uue tension électrique qui s'étend aux bandes conductrices horizontales 11 reliées au générateur 15 ; la couche de cris tal liquide située entre les lames 8 et 5 est soumise à la même tension en face aes bandes conductrices verticales 6 également re- liées au générateur 15. En outre, l'amplitude dc la tension électrique délivrée par le générateur 15 est choisie supérieure au seuil de tension à partir duquel les couches de cristal liquide nématique deviennent diffusantes.D'apres ce qui précède, on voit que globalement les couches de cristal liquide se comportent comme un écran diffusant présentant une plus transparente au croisement des bandes 11 et 6 non excitées par le génératour 15. Cette plage non diffusante 2 permet à la cavité d'osciller dans le volume élém@ntaire parallèlépipédique que l'on a dessiné en pointillé entre les miroirs 2 et 3. L'énergie électromegnétique est libérée à l'intérieur du volume élémentaire qui traverse successivem@nt les deux zones transparentes appartenant respectivement aux deux couches de cristal liquide. Le faisceau rayonné s situe donc à l'intérieur de ce volume et change de position dans l'espace, lorsqu'on déplace les curseurs -r et 17. Da-ns l'exemple de la figure 1, on a util@sé des mi- roirs plans 2 et 7 disposés perpendiculairement à l'axe Z ; les vo lunes élémentaires sort alors alignés parallèlement à à l'axe Z et le faisceau rayonné subit un balayage par translation.Ce balayage peut être transformé en balayage angulaire en placant devant le miroir 2 un 1 entille 12 qui réfracte au foyer F le faisceau sortant tu miroir 2. Lorsque les miroirs 2 et 3 sont sphériques, on peut obtenir directement un balayage angulaire sans faire appel à la lentille 12. Sur la figure 2, on peut voir une variante de réalisation du dispositif de 1 figure 1 La cavité de résonance se compose de deux miroirs 2 et 3 analogues aux miroirs de la figure 1, mais disposés parallèlement à deux niveaux différents. Sntre les miroirs 2 et 7 sont intercalés des miroirs homofocaux 19 et 20 ayant leur foyer au p@int C ; ces derniers miroirs permettent d'obtenir un faisceau plus large entre les miroirs 20 et 2, qu'entre les miroirs 3 et 19. En intercalant le corps actif 1 entrs les miroirs 3 et 19 et en situe'ft le dispositif à cristal liquide 18 entre les miroirs 20 et 2, il est possible d'obtenir une mplitude de balayage supérieure à la dimension transversale du corps actif. Le système afocal constitué pLr les miroirs 19 et 20 peut également être réalisé au moyen d'un paire de lentilles. Comme le montre la ure 3, le dispositif optique afocal peut etre monté - l'extérieur de 1 cavité de résonance. La source de rayonnement 21 délivre un f@isceau directif que re@oit une première lentille 22 de distance focale f1. Une seconde lentille 23 ayant une distc:nce focal f2 reçoit le faisceau qui mergo de 1 lentille 22 et délivre un faisceau directif dont l'amplitude de translation d2 diffère de l'@mplitude balayage d1 de la source 21.On voit aisément sur la ire 3, que lorsque les foyers des lentilles 22 et 23 sont confondus, l@ distance d2 est donnée par la formule f2 d2 = d1 f1 Dans l'exemple de la fiure 1 , l'alimentation des électrodes s'effectue par le truchement de commutateurs à plots. La figure 4 montre comment il est possible de commander le balayage à partir d'éléments de commutation sans contacts. Sur la figure 4, on peut voir, vue de f:ce, l'une des plaques externes du dispositif de balayage de la figure 1 ; les électrodes conductrices transparentes 24 sont disposées verticalement et sont séparées par des intercalaires 25 réalisés dans une matière isolante o-oaoue. On a symbolisé par une électrode 26 dessinée latéralement la couche conductrice faisant face aux électrodes 24 ; le générateur 27 est relié par l'une de ses bornes a la masse 31 et l'électrode 26 ; l'autre borne du générateur 27 alimente une pluralité de réseaux potentiométriques composé chacun d'une résistance 28 et d'un transistor à effet de champ à enrichissement 29. Les électrodes 24 sont reliées respectivement aux connexions communes des éléments 28 et 29. Lorsque les grilles 30 des transistors 29 ne reçoivent aucune tension de polarisation, ceux-ci sont non-conducteurs ; les électrodes 24 reçoivent ainsi une tension sensiblement égale à celle fournie par le générateur 27.Au contraire si l'on polarise convenablement l'une des grilles 30, la tension reçue par l'électrode 24 correspondante tombe an deça du seuil de diffusion dynamique du cristal liquide ; ceci ménage dans la couche diffusante du cristal liquide une fente verticale trans-arente qui délimite la zone où llauto-oscillation de la cavité peut rendre naissance. En ce qui c @cerne la réalisation pratique d'un dispositif de balayage à cristaux liquides, on peut considérer à titre d'exemple non-limitatif le cas d'une source de rayonnement ayant une longueur d'onde de 0,50 microns. Cette source peut fonctionner avec une cavité de résonance dont les miroirs sont distants de L = 80 cm. Si # représente la dim@nsion transversale d'un plage de transparence du dispositif de balayage, l'élargissement du faisceau par diffraction devra entre limité, par exemple, à 1,1 fois cette dimension. Cette @ondition, pour uns cavité de L = 80 cm fonctionnant à#= 0,5 m, fixe la limite inférieure de la dimension du trou de transparence à O, 6 mm. lorsque le nombre de positions du faisceau est inportant, on est conduit à utiliser le montage de la figure 2 qui permet d'élargir le faisceau lorsqu'il franchit l'or@ane de balayage. 'les cellules à cristal liquide équipant le dispositif de balayage peuvent être constituées par des couches minces de cristal li qlide nématique ayant une épaisseur d'une dizaino de microns. 'les électrodes transparentes peuvent être constituées par des couches d'oxyde d'étain. Les lames transparentesqui supportent lesdites couches sont en outre revêtues de couches anti-reflets afin d'accroître leur coefficient de transmission. La tension délivrée par le générateur électrique d'excitation peut être continue ou alternative et son amplitude, fixée par le dépassement du seuil de diffusion dynamique, s'avère suffisamment bassc pour entre appliquée à des éléments de commande à semi-conduc teurs. L'invention s'applique aux sources à émission stimulée et en particulier aux sers émettant un rayonnement visible ou situé dans le proche infrarouge Bion que la vitesse de balayage du dispositif suivant l'inveh- tion soit inférieure à celle des dispositifs électro-optiques classiques, la simplicité et la faible puissance requise pour commander le balayage font que le dispositif à cristal liquide trouve une ap- plication intéressante dans l'adressage des mémoires optiques de masse. R E V E N D I C A T I O N S 1. Source de rayonnement directif à balayage électrique comportant une cavité de résonance, une source d'énergie pour provoquer l'émission stimulée d'un matériau actif disposé à l'intérieur de ladite cavité et des moyens de balayage électrique situés à l'intérieur de ladite cavité pour délimiter une zone d'oscillation dont la position peut changer sous l'action dc signaux électriques, caractéri- sée en ce que lesdits moyens de balayage compren@ent au moins une couche mince de cristal liquide nématique située entre deux lames transparentes parrîlèles et des moyens électriques pour soumettre ladite couche à une tension qui dépasse le souil de diffusion dynamique à ltextérieur d'une plage pouvant occuper à la surface de celle-ci des positions distinctes. 2. Source à balayage suivant la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits doyens de balayage comprennent deux couches minces de cristal liquide disposées entre lesdites lames et séparées l'une de l'autre par une lame intermédiaire transparente. 3. Source à balayage suivant la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens électriques comprennent une pluralité d'électrodes transparentes disposées sur les faces desdites lames en contact avec ladite couche, une source électrique de polarisation et des moyens do commutation pour relier sélectivement ladite source auxdites électrodes. 4. Source à balayage suivant la revendication 3, caractérisée en ce que lesdites électrodes comprennent N bandes conductrices transparentes isolées les unes des autres et disposées parallèlement sur Itune desdites faces et une contre-électrode transparente disposée sur l'autre face ; lesdites moyens commutateurs reliant l'une des bornes ae li source à ladite contre-électrode et l'autre borne à{N - I desdites bandes. 5. Source à balayage suivant la revendication 2, caractérisée en ce que lesdits moyens électriques comprennent deux réseaux croisés de bondes conductrices transparentes disposés respectivement sur les faces internes desdites lames et deux contre-électrodes transparentes disposées sur les faces de ladlte lame intermédiaire. 6. Source à balayage suivant la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens électriques comprennent des éléments semiconducteurs de commutation. 7. Source à balayage suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les faces desdites lames sont munies de couches anti-reflets. 8. Source à balayage suivant la revendication 1, caractérisée en ce que ladite cavité contient un dispositif optique afocal disposé entre ledit matériau actif et lesdits moyens de balayage. 9. Source à balayage suivant la revendication 8, caractérisée en ce que ledit dispositif afocal comprend une paire de miroirs homofocaux. 10. Source à balayage suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le faisceau d'énergie émergeant de ladite cavité traverse un s@stème optique stigmatique comprenant au moins une lentille.