Brevet FR2136902A1 — publié le 19721229

Jusqu'à présent, tous les modulateurs intérférométriques de lumière utilisant l'effet électro-optique linéaire, qu'ils soient à deux ondes ou à ondes multiples ( du type Fabry-Perot ) utilisent des cristaux électro-optiques qui, lorsqu'ils sont sou mis à un champ électrique,sont biaxes „ Pour que les deux vibrations lumineuses déphasées qui .stirtent du cristal polarisé biaxe puissent interférer et pour qu'il soit possible de moduler l'intensité résultante, il est indispensable de placer le cristal entre polariseur et analyseur parallèles . De tels dispositifs ne modulent que la lumière polarisée, ce qui limite grandement leur rendement et leur champ d'action . En effet, polariser la lumière, rectilignement (nicol polariseur) ou circulairement ^nicol et lame quart d'onde) revient à perdre dès le départ 50$ de la lumière incidente . La présente invention vise à la conception d'un modulateur interférométrique analogue aux dispositifs à ondes multiples de type Fabry-Perot utilisant l'effet électro-optique linéaire, capable de moduler l'intensité d'un faisceau de lumière naturelle non polarisée . Elle a pour objet un modulateur interférométrique caractérisé en ce qu'il comporte une lame à faces parallèles taillée perpendiculairement à l'axe optique dans un cristal uniaxe du type présentant un effet électro-optique et qui con-* serve son caractère uniaxe lorsqu'il est soumis à un champ électrique appliqué selon l'axe optique, entre deux électrodes semi-transparentes appliquées respectivement sur lesdites faces de la lame, et des moyens pour appliquer une tension électrique variable entre lesdites électrodes de manière à faire varier l'indice de réfraction du cristal pour un faisceau frappant ledit système' optique dans une direction peu écartée de l'axe optique du cristal et subissant dans le cristal une série de réflexions sur lesdites électrodes „ Les cristaux utilisables appartiennent aux classes de symétries 4, 4 mm, 3, 3m, 6 et 6 mm, caractérisées par un module piézoélectrique hydrostatique de compression et de torsion, et notamment aux classes 4 mm, 3 m et 6 „ Des explications plus détaillées sur la conception de ce nouveau modulateur interférométrique vont être données au 16634 2 2136902 cours de l'exposé ci-après se référant à la figure unique du dessin ci-joint . Conformément à cette figure, le modulateur décrit comprend, pour constituer le système optique, une lame à faces parallèles 10, taillée et orientée dans un cristal uniaxe et présentant une épaisseur e selon l'axe optique OZ du cristal . Les deux faces de cette lame sont recouvertes par deux électrodes 11 et 12 semi-transparentes, constituées par un ou plusieurs dépSts conducteurs obtenus par évaporation ou pulvérisation sous vide et présentant, c8té cristal, un coefficient de réflexion R voisin de 0,80; entre ces deux électrodes peut être appliquée (yfe tension V de valeur variable et réglable „ Le cristal uniaxe constituant la lame 10 est choisi parmi les classes de symétries non centrosymétriques, à module piézoélectrique hydrostatique, de compression et de torsion, c'est-à-dire parmi les classes 4, 4 mm, 3, 3 m, 6 et 6 mm . Les cristaux de ce type conservent une indicatrice de révolution lorsque la contrainte extérieure appliquée (champ électrique uniaxial) possède la symétrie du cristal; en d'autres termes ces cristaux restent optiquement uniaxes lorsque le champ électrique est appliqué suivant l'axe optique 0Z . Dans ces conditions la modulation de la tension de commande se traduit par une modulation de l'indice ordinaire de réfraction pour le faisceau de lumière 13 qui se propage dans le cristal parallèlement à l'axe optique 0Z . Du fait de la présence d'électrodes semi-transparentes à fort pouvoir réflecteur la vibration lumineuse subit dans le cristal des réflexions successives en donnant lieu à une série de rayons sortants 1, 2, 3, 4, etc... qui produisent un système de franges d'interférences à . l'infini (par exemple dans le plan focal d'un objectif) . Un calcul simple montre que la différence de phase entre deux rayons sortants voisins, 1 et 2 par exemple, est de la forme : Y . - = = (2n'ecosr) (1) 1 ^ X o X : longueur d'onde n1 : n + A n oo o n : indice ordinaire du cristal en l'absence de champ électrique 71 16634 3 2136902 ÀnQ : variation de l'indice ordinaire due à l'application d'un champ électrique. Dans les conditions particulières définies ci-dessus, d'orientation du cristal, d'application du champ électrique, de 5 propagation de la lumière et en supposant de plus la fréquence suffisamment élevée et les dimensions du cristal telles que seul intervient l'effet électro-optique primaire. n e cos r + —— n r, _V cos r (2) \ c Ao A olJ r^ : seul coefficient électro-optique agissant sur la 10 vibration lumineuse. V : tension de commande. Dans le plan d'observation des franges, la répartition d'intensité lumineuse est donnée par la formule ; 1 = 1 . (3) max a . 2 \ + m sin ^ à. R 15 m : coefficient de finesse = rr~ (4) ( 1 -R ) R : coefficient de réflexion des faces internes des électrodes. Un maximum d'intensité est observé chaque fois que : sin 2 = ^ a'-12 = ':)2' ^ un norribre entier) ♦ 20 soit : n e cos r + 4 n ^ r>^ Vcos r = prc (5) A o A o 13 ou encore : 2 n e cos r + n i,, V cos r = pX (6) o o 13 Et comme le faisceau lumineux arrive sous une incidence 25 très voisine de la normale (cos r 1 ) : 2 n e + n ^ r._ V = pX (7) o o 13 L'intensité minimum est obtenue pour les valeurs de V qui satisfont à : 2n e + n^r1oV=(p+4')Â (8) o o 13 30 Entre, ces valeurs extrêmes, il est possible de moduler à volonté l'intensité sortante par la seule modulation de la tension de commande V, puisque l'épaisseur optique n^e est constante. 71 16634 4 2136902 Pour préciser la composition chimique des cristaux uniaxes utilisés avantageusement dans la mise en oeuvre de l'invention,, la demanderesse peut citer notamment les bromates, chlorates et ioda-tes de métaux alcalins et de thallium « Ils appartiennent aux classes de symétries 4 mm, 3 m et 6 et sont répertoriés dans le tableau suivant : APPELATIDN FORMULE SYSTEME s CLASSE DE s CRISTALLIN : SYMETRIES ; TRANSPARENCE Iodate de potassium Iodate de rubidium Iodate de césium KI03 RblO, CsIO. ïétragonal s 4 mm s Visible (type pérovskite) 4 mm 4 mm Visible V isible Bromate de potassium Bromate de rubidium Chlorate de rubidium Bromate de césium Chlorate de césium Bromate de t hallium Chlorate de t'hallium Iodate de t hallium KBrQ3 RbBr03 RbClO, CsBrO-CsCIO, TIBrQ, T1C10, HIO, 3 m 3 m Trigonal ou rhomboédri-que 3 m 3 m 3 m 3 m 3 m Visible V isible 3 m s Infra-rouge Visible Infra-rouge Visible Infra-rouge Visible Iodate de 1ithium LiI0_ s Hexagonal Visible 16634 5 2136902 ■ 5§v£SËi£ÊIï2!ï§ 1. Modulateur interférométrique utilisable en lumière naturelle, caractérisé en. ce qu'il comporte un système optique constitué par une lame à faces parallèles taillée perpendiculairement à l'axe optique dans un cristal uniaxe du type présentant un effet électro-optique linéaire et conservant son caractère uniaxe pour un champ électrique appliqué suivant l'axe optique et par deux électrodes planes semi-transparentes appliquées respectivement sur lesdites faces de la lame, et .des moyens pour appliquer une tension électrique variable entre lesdites électrodes, de manière à faire varier l'indice de réfraction du cristal pour un faisceau de lumière naturelle non polarisée frappant ledit système optique dans une direction peu écartée de l'axe optique du cristal et subissant une série de réflexions internes sur lesdites électrodes . 2. Modulateur interférométrique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le cristal est choisi parmi les classes de symétries cristallines 4 et 4 mm (système tétragonal),3 et 3 m (système trigonal), 6 et 6 mm (système hexagonal) et notamment parmi les classes 4 mm, 3m et 6 , 3. Modulateur interférométrique suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les électrodes sont constituées par des dépôts métalliques réalisés par évaporation ou pulvérisation . 4. Modulateur interférométrique suivant la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le cristal est sélectionné parmi les bromates, chlorates et iodates de métaux alcalins et de thallium . 5. Modulateur interférométrique suivant la revendication 4 caractérisé en ce que le métal alcalin est le potassium, le rubidium ou le césium .