Brevet FR2164627A1 — publié le 19730803

L'invention concerne une source lumineuse à laser pour un appareil d'observation , de repérage, de visée ou de poursuite de cibles. Pour les utilisations indiquées ci-dessus, il est connu d'employer des sources lumineuses à laser. Les cibles objets peuvent Btre observées directement par l'intermédiaire d'une lunette ou bien le rayonnement réfléchi par la cible est rendu visible par un amplificateur d'image ou est transformé par un photodétecteur en un signal électrique pouvant être explaté par des moyens électroniques. Un inconvénient d'un tel système de repérage réside dans le fait que, dans le cas de l'utilisation de sources lumineuses à laser très intenses, on obtient un rayonnement qui comporte en général des modes transversaux d'ordre supérieur. L'image des modes est reproduite dans le champ distant et provoque un éclairement intense hétérogène du champ visuel. I1 peut en résulter que des objets ne soient pas repérés bien qu'ils se trouvent dans le faisceau du laser d'éclairement. La formation de modes transversaux d'ordre supérieur ne peut être supprimée ici que moyennant une dépense technique supssé- mentaire et des pertes en puissance lumineuse . Par suite de la cohérence de la lumière laser on obtient une hétérogénéité supplémentaire dans la distribution de l'intensité du rayonnement. Si le faisceau laser traversa une couche atmosphérique plus denseJa lumière est diffractée de façon incontrôlable par desstries aériennes qui sont produites par l'existence de gradientsdthumidité, de pression et de température et par la turbulence des courants atmosphériques.Les parties diffractées produisent en raison de la cohérence de la lumière laser des structures d'interférences supplémentaires qui apparaissent sous la forme de taches claires et sombres possédant un mouvement irrégulier et réparties statistiquement en position eten grandeur Si ces structures d'interférence possèdent approximativement lad!ztnsondes objets devant être repérés, le repérage est rendu encore plus incertain. L'invention a pour but de créer une source & lumière à laser qui produise dans le champ distant un profil d'intensité pratiquement uni de forme prédéterminée. Un profil d'intensité pratiquement uni signifie que les structures d'interférences près de la cible sont petites par rapport aux objets ou aux structures d'objet devant être observées ou repérées. Ce problème est résolu conformément à l'invention grâce au fait que sur le trajet du rayonnement du faisceau laser est disposé un modulateur qui produit une distribution d'intensité unie dans le champ distant par suite de la variation de phase de la lumière laser. Ce modulateur est disposé immédiatement en arrière du miroir de couplage du laser ou derrière la lentille de l'objectif d'un dispositif optique d'éclairement sur le trajet du rayonnement. La variation de phase produite par ce modulateur peut être réalisée de façon statistique ou non statistique. L'effet d'uniformisation est obtenu lorsque la déformation des surfaces de phase de la lumière laser, produite par le modulateur, est importante par rapport à la déformation des surfaces de phase, produite par la structure des modes du laser et la diffraction dans les stries aériennes. La modulation peut etre réalisée de préférence à l'aide d'un modulateur statique, d'un modulateur dynamique ou d'un modulateur quasi-dynamique. Un modulateur statique est constitué en particulier par un réseau de déphasage, par exemple un réseau de traits de déphasage ou un réseau de points de déphasage. Dans un tel modulateur il est possible d'agir de la façon désirée, gracie au choix de l'excursion de phase, sur la distribution de l'intensité dans le champ distant du rayonnement d'éclairement. Grâce au choix des pas des réseaux il est possible en outre de régler de la façon désirée la divèrgence du rayonnement d'éclairement. Si l'on dispose plusieurs réseaux de traits de déphasage sur un substrat transparent commun on peut obtenir des distributions polygonales; en particulier il est possible de réaliser ainsi l'éclairement de champ d'images rectangulaires. En choisissant différemment les pas des différents réseaux il est possible d'obtenir par exemple une distribu tion d'intensité elliptique. Si l'on fait varier localement de façon continue les pas des réseaux, les ordres de diffraction produits passent de l'un à l'autre sans discontinuité. Cesréseauxde déphasage peuvent etre réalisés, du point de vue optique,à l'aide d'émulsions photosensibles,delaqKs photosensiblez de gélatinebichromatée ainsi qu'à l'aide de la technique de l'attaque chimique, du striage et de l'estampage ou également à l'aide de faisceaux électroniques dans des matériaux thermoplastiques et dans des matériaux semblables. La modulation du faisceau laser peut etre également réalisée par diffraction du faisceau laser sur des ondes ultrasonores en déplacement. Comme modulateur on utilise avantageusement un récipient rempli d'eau dans lequel on produit deux ondes ultrasonores se propageant perpendiculairement 1 'une par rapport à l'autre. Ces ondes ultrasonores en déplacement se comportent comme un réseau de déphasage pour le faisceau laser tombant perpendiculairement sur ces ondes. La fréquence des ondes ultrasonores est choisie de préférence entre 2 et 4 MHz, La plaque de verre du récipient à eau, tournée vers le résonateur de l'émetteur laser, est constituée avantageusement sous la forme d'un miroir de couplage. Etant donné que la fréquence des ondes ultrasonores est faible par rapport à la fréquence de la lumière laser, la modulation à l'aide d'ondes ultrasonores peut etre désignée sous l'appellation de modulation quasi-dynamique. On peut également réaliser une modulation dynamique grâce à une variation plus rapide de la fréquence des ultrasons. Le faisceau est dévié successivement dans le temps dans différentes directions de manière à produire la distribution désirée de l'intensité en tant que moyenne dans le temps du rayonnement effectif. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé une forme de réalisation du dispositif suivant l'invention. La figure 1 montre la constitution de principe d'une source lumineuse à laser. Les figures 2, 3 et 4 montrent différents diagrammes représentant la distribution de l'intensité dans le cas de l'utilisation des modulateurs différents. La figure 1 représente un émetteur laser 1, qui envoie des impulsions géantes 2 sur un dispositif optique 3 d'élargissement. Le faisceau de lumière partant de ce dispositif optique 3 tombe sur un modulateur 4 constitué sous la forme d'un hologramme de phase, qui produit une variation de phase des ondes lumineuses et un élargissement de la lumière laser. La structure de mode transversale de la lumière laser est reproduite par le dispositif optique d'élargissement de sorte que la ditribution de l'intensité dans la section transversale du faisceau et en avant de l'holograzmne de phase comporte plusieurs points d'annulation. La cohérence de la lumière n'est pas détruite par l'hologramme de phase 4, mais les surfaces de phase sont suffisamment déformées pour que le profil d'intensité apparaissant dans le champ distant comporte des maximas et des minimas d'interférences si serrés qu' ils ne peuvent plus entre distingués séparément par le dispositif optique d'observation ou par le système de repérage. La figure 2 représente une distribution d'intensité telle que celle produite sur le trajet du rayonnement représenté en figure 1 en avant de l'hologramme 4 lorsque le premier mode transversal est choisi suivant la direction x,(courbe a). ta courbe b montre la variation de l'intensité dans le champ distant du rayonnement lorsqu'on utilise un hologramme de phase comportant des points répartis statistiquement et possédant un indice de réfraction variable. La courbe de la distribution d'intensité possède alors la forme d'une courbe de Gauss. Si l'on doit obtenir d'autres profils d'intensité, par exemple rectangulaires comme en figure 3, il faut réaliser pour la variation de phase de la lumière laser une défonnation de phase non statistique. Cela est réalisé ici par exemple à l'aide d'une plaque plane constituée en un matériau transparent, servant de support et munied'une couche qui comporte un réseau régulier de traits de déphasage. Les distributions d'intensité, qui sont représentées surles figures2 et 3, sont relatives uniquement à une direction perpendiculaire au trajet du rayonnement. La figure 4 montre un profil d'intensité pour deux directions x et y perpendiculaires entre elles et également perpendiculaires au trajet du rayonnement. On obtient une telle distribution transversale d'intensité en disposant l'un derrière l'autre deux des modulateurs décrits dans le cas de la figure 3, les vecteurs des réseaux des deux modulateurs étant perpendicdaires entre eux et ne possédant pas la même grandeur. Le même effet peut être également obtenu avec un réseau unique de points possédant deux vecteurs de réseaux différents. On mentionnera qu'en ce qui concerne la réalisation de couches de modulation il est également possible de réduire l'excursion de phase effective en collant sur un réseau statisti que de points de déphasage, qui a été réalisé par meulage, attaque chimique ou striage d'une face d'une plaque transparente, une seconde plaque transparente plane. En choisissant de façon appropriée l'indice de réfraction des plaques de substrat et de la colle, il est possible d'ajuster l'excursion de phase à une valeur souhaitée. De ce fait pour de faibles exigences relatives à la tolérance, lors du meulage, de l'attaque chimique ou du striage de la plaque du modulateur, il est possible d'ajuster finement la caractéristique d'éclairement nécessaire. REVENDICATIONS 1. Source de lumière à laser pour un appareil d'observation, de repérage, de visée ou de poursuite de cibles, caractérisée par le fait que sur le trajet du rayonnement du faisceau laser est disposé un modulateur qui produit dans le champ distant une distribution d'intensité unie par suite d'une variation de phase de la lumière laser. 2. Source de lumière à laser suivant la revendication 1, caractérisée par le fait qu'un modulateur statistique est disposé sur le trajet du rayonnement. 3. Source de lumière à laser suivant la revendication 1, caractérisée par le fait qu'un modulateur dynamique est disposé sur le trajet du rayonnement. 4. Source de lumière à laser suivant la revendication 1, caractérisée par le fait qu'un modulateur quasi-dynamique est disposé sur le trajet du rayonnement. 5. Source de lumière à laser suivant les revendications 1, 2, 3 et 4 prises dans leur ensemble, caractérisée par le fait que la modulation est réalisée par diffraction du faisceau laser. 6. Source de lumière à laser suivant l'une des revendications 1, 2, 3, ou 4, caractérisée par le fait que la modulation est réalisée par réfraction du faisceau laser. 7. Source de lumière à laser suivant l'une des revendications 1, 2, 3, ou 4, caractérisée par le fait que la modulation est réalisée par dispersion du faisceau laser. 8. Source de lumière suivant l'une des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisée par le fait que la modulation est réalisée par réflexion du faisceau laser. 9. Source de lumière à laser suivant l'une des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisée par le fait que la modulateur est constitué par un réseau de déphasage. 10. Source de lumière à laser suivant la revendication 9, caractérisée par le fait que le modulateur est constitué par un réseau de points de déphasage. 11. Source de lumière à laser suivant la revendication 9, caractérisée par le fait que le modulateur est constitué par un réseau de traits de déphasage. 12. Source de lumière à laser suivant l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ou 11, caractérisée par le fait que le modulateur est constitué par plusieurs réseaux de déphasage supportés par un substrat transparent. 13. Source de lumière à laser suivant l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ou 12, caractérisée par le fait que le modulateur est constitué par plusieurs réseaux de déphasage placés les uns derrière les autres. 14. Source de lumière à laser suivant l'une des revendications 12 ou 13, caractérisée par le fait que les différents réseaux font entre eux des angles différents. 15. Source de lumière à laser suivant l'une des revendications 12, 13 ou 14, caractérisée par le fait que les pas des différents réseaux sont choisis de manière à produire une distribution d'intensité elliptique. 16. Source de lumière à laser suivant la revendication 15, caractérisée par le fait que les pas des réseaux varient localement de façon continue de telle manière que les ordres de diffraction produits passent de l'un à l'autre sans discontinuité. 17. Source de lumière à laser suivant la revendication 4, caractérisée par le fait qu'on utilise des ondes ultrasonores en déplacement pour réaliser la modulation du faisceau laser. 18. Source de lumière à laser suivant la revendication 17, caractérisée par le fait qu'on utilise comme modulateur un récipient rempli d'eau dans lequel sont envoyées deux ondes ultrasonores se propageant perpendiculairement l'une à l'autre. 19. Source de lumière à laser suivant la revendication 18, caractérisée par le fait qu'on utilise une fréquence ultrasonore située dans la plage des fréquences s'étendant de 2 à 4 MHz. 20. Source de lumière à laser suivant les revendications 17, 18 et 19, prises dans leur ensemble, caractérisée par le fait que la plaque de verre du récipient à eau, tournée vers le résonateur, est constituée sous la forme d'un miroir de couplage.