Brevet FR2198163A1 — publié le 19740329

La présente invention se rapporte à un diviseur de rayons destiné à produire deux faisceaux parallèles, en particulier pour anémomètres Doppler à laser, au moyen de prismes. Dans les installations d'éclairement pour anémomètres Doppler à laser, on a besoin de diviseurs de rayonsdu type indiqué pour éclairer le volume de mesure, et on leur impose les conditions suivantes. Les faisceaux lumineux qui quinto tent le diviseur de rayons doivent dtre parallèles entre eux à quelques secondes d'angle près et la bissectrice ou la parallèle équidistante doit correspondre à la lumière laser qui tombe sur le diviseur de rayons0 La lumière doit en outre parcourir des trajets égaux dans l'installation d'éclairement0 Si ces conditions ne sont pas remplies, on ne le sont qu'en partie, la précision de mesure et le pouvoir séparateur de l'installation de mesure diminuent de façon dé oisive, On a fait connattre à présent un diviseur de rayons du type précité, dans lequel les conditions mentionnées précédemment sont sensiblement remplies (au moins , du point de vue de sa conception) (Proc. Roy. Soc. London A. 324 157 - 181 (1971), en particulier figure 4b). Ce diviseur de rayons comprend deux prismes trapézoTdaux dont les surfaces de base sont disposées perpendiculairement a la lumière laser incidente, L'un des prismes comporte une encoche dans laquelle s'ajuste ltextrémité cunéiforme du second prisme. Ce diviseur de rayons connu présente cependant l'inconvénient de ne pouvoir être fabriqué avec la précision nécessaire pour des installations d'éclairement pour anémomètres Doppler à laser. Cela est vrai en particulier pour les surfaces de contact au voisinage de l'encoche. Les tolérances de fabrication qui y apparaissent forcément entrassent des défauts de parallélisme non acceptable et des angles de biais entre les faisceaux lumineux qui quittent le diviseur de rayons0 Les défauts de parallélisme diminuent la précision de mesure dans le cas de mesures à composants multiples, et l'obliquité diminue le rapport signal sur bruit du signal Doppler. Ltinvention a pour objet un diviseur de rayons ne présentant pas les inconvénients des agencements de division de rayons connus et permettant de produire des faisceaux exactement parallèles et sans obliquité, tout en étant d'un prix de revient économique0 On atteint cet objectif, au moyen d'un diviseur de rayons du type précité, selon l'invention, comportant un premier prisme en forme de parallélogramme d'angle de base a dont l'une des surfaces latérales est orthogonale à la direction d'incidence du faisceau lumineux tombant sur le diviseur de rayons, et sur la surface de base du premier prisme en forme de parallélogramme voisine de la surface latérale citée et faisant avec elle ledit angle a duquel est placé un second prisme en forme de parallélogramme taillé suivant suivant 1' angle 1800 - 2a, suivant cette surface de taille, On peut fabriquer un diviseur de rayons ainsi constitué avec des moyens simples. On part, dans ce cas, de deux prismes en forme de parallélogrammes identiques d'épaisseur appropriée. Après avoir réalisé le biseautage, on colle ces deux prismes ensemble. La distance des faisceaux qui quittent le diviseur de rayons est indépendante du point d'entrée de la lumière laser incidente. Elle est déterminée par l'épaisseur du prisme en forme de parallélogramme.En outre, les deux faisceaux qui quittent le diviseur de rayons sont symétriques par rapport à la direction d'incidence de la lumière laser0 Cela est particulièrement avantageux lorsqu'on doit faire tourner l'ensemble du diviseur de rayons pour capter différentes composantes de vitesse d'un champ hydrodynamique placées perpendiculairement au sens d'éclairement autour de l'axe déterminé par la direction d'incidence de la lumière laser. Pour obtenir des trajets égaux de la lumière à l'intérieur du diviseur de rayons, l'épaisseur des prismes étant la même, il faut que la distance de la face latérale du second prisme en forme de parallélogramme opposée à la surface de taille au plan déterminé par ladite surface latérale du premier prisme en forme de parallélogramme soit égale à la distance de l'autre surface latérale du premier prisme en forme de parallélogramme opposée à ladite première surface latérale audit plan. La description détaillée qui va suivre, en regard de la figure unique du dessin annexé qui représente un exemple d'exécution du diviseur de rayons selon l'invention} fera bien comprendre comment l'invention peut etre réalisée, Le diviseur de rayons comprend deuxprismes en forme de parallélogrammes 1 et 2 de m & e angle de base a et respectivement 1800 - a dont l'un a la section transversale d'un trapèze non isocèle grtce à la taille d'un angle. Le prisme en forme de parallélogramme 1 a l'angle de base a . Le prisme 2 est taillé suivant un angle de 1800 - 2 a0 La surface de taille est désignée par la référence 3.Le prisme 2 est collé par cette surface de taille sur la surface de base 4 du prisme 1. Le faisceau lumineux incident 5 se divise sur cette surface de taille en deux faisceaux partiels 6 et 7. Le faisceau 6 sert du diviseur de rayons après double réflexion sur les deux surfaces de base 8 et 9 du prisme 2 métallisées à 100 %OLe faisceau 7 se réfléchit sur l'autre surface de base 10 du prisme métallisée à 1J0, % et il sort également du diviseur de rayons. La distance dl+ d2 des deux faisceaux partiels 6 et 7 ne dépend que de l'épaisseur des prismes, c'est-àdire de la hauteur du pazilélogramme ou du trapèze, et non de l'endroit où tombe le faisceau de lumière incidente 4. Pour que les deux faisceaux partiels 6 et 7 parcourent des trajets égaux à l'intérieur du diviseur de rayons, les distances el et e2 Boivent & re égales (pour des épaisseurs égales des prismes). Lorsque les prismes n'ont pas la même épaisseur, on peut aussi obtenir cependant des trajets égaux, par des distances el et e2 différentes, ce qui peut se démontrer géométriquement facilement0 Pour certaines applications du diviseur de rayons, par exemple dans des anémomètres Doppler à laser, il faut des faisceaux d'éclairement présentant un rapport d'inten sités déterminé.Sans métallisation supplémentaire des surfaces de séparation entre les deux prismes, le rapport des intensités des deux faisceaux 6 et 7 dépend de la différence d'indice de réfraction entre le verre (des prismes 1 et 2) et le ciment par lequel les deux prismes sont liés entre eux. Ce rapport d'intensités est déterminé par les formules de FresnelO En outre, les rapports d'intensif peuvent titre ajustés de façon pratiquement quelconque par métallisation partielle des surfaces de séparation entre les deux prismes, par exemple dans le rapport 1 : 1 pour des systèmes d'inter férenceO Pour pouvoir se contenter pour des systèmes d'éclairement à oscillateur local comme pour ceux qui fonctionnement, selon le système d'interférence d'un seul diviseur de rayons, on munit une zone de la surface de séparation de préférence la surface de base du prisme 1, d'un rev8tement réfléchissant 11.En déplaçant le diviseur de rayons dans le plan de la figure perpendiculairement au faisceau lumineux 4, on peut obtenir ainsi des intensités différentes0 11 est cependant plus commode de déplacer le diviseur de rayons par rapport au faisceau d'éclairement 4 perpendiculairement au plan de la figure, car cela permet d'utiliser toute la largeur des prismes. On n'a pas représenté ce cas, pour des raisons liées à la technique du dessin. Selon un mode d'exécution préféré de l'invention, l'angle de base du prisme en forme de parallélogramme 1 est de 300. Ainsi, le rapport des intensités des deux faisceaux partiels 6 et 7 est indépendant de la polarisation, car l'angle d'incidence du faisceau sur la surface de séparation 3 est suffisamment éloigné de l'angle d'incidence brewstérienneO D'autre part, un angle de 300 entratne des dimensions encore acceptables du diviseur de rayons, qui dépendent, comme il est facile de s'en rendre compte, de l'angle cités Le diviseur de rayons proposé produit, à partir d'un faisceau lumineux incident, deux faisceaux partiels qui lui sont exactement parallèles, dont la parallèle équidistante ou la bissectrice correspond à la direction d'incidence de la lumière.On peut le fabriquer économiquement avec la précision nécessaire pour les agencements de mesure optique, La distance entre les faisceaux lumineux partiels qui quittent le diviseur de rayons, déterminant la constante de système d'anémomètres Doppler à laser, est indépendante du point d'entrée de la lumière, ce qui simplifie fortement l'aåuste- ment de l'agencement de mesure, RVnNDICATIONS 1. Diviseur de rayons destiné à produire deux faisceaux parallèles, pour anémomètres Doppler à laser, au moyen de prismes, caractérisé en ce qu'il comporte un premier prisme en forme de parallélogramme 1 d'angle de base a dont l'une des surfaces latérales est perpendiculaire à la direction d'incidence du faisceau lumineux 5 tombant sur le diviseur de rayons, -et en ce que sur la surface de base 4 du premier prisme en forme de parallélogramme 1 voisine de ladite surface latérale et faisant avec elle ledit angle a est placé un second prisme en forme de parallélogramme 2 taillé suivant l'angle 180 - 2a, par cette surface de taille 3. 2. Diviseur de rayons selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour obtenir des trajets lumineux identiques dans celui-ci, pour une meme épaisseur des deux prismes en forme de parallélogrammes (1, 2), la distance e2 de la surface latérale du second prisme 2 opposée à la surface de taille 3 au plan E déterminé par ladite première surface latérale du premier prisme en forme de parallélogramme 1 est égale à la distance el de l'autre surface latérale du premier prisme en forme de parallélogramme 1 opposée à ladite surface latérale audit plan. 3. Diviseur de rayons selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les deux surfaces de base (8,9) du second prisme en forme de parallélogramme et au moins une surface de base du premier prisme en forme de parallélogramme sont métallisées. 4. Diviseur de rayons selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, pour obtenir des rapports d'identité différents dans les deux faisceaux lumineux partiels (6,7) qui quittent le diviseur de rayons, la surface de taille 3 du second prisme 2 et/ou la surface de base du premier prisme en forme de parallélogramme 1 sont métallisées. 5. Diviseur de rayons selon l'une quel conque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, pour obtenir des rapports d'intensité différents dans les deux faisceaux lumineux partiels (6,7) qui quittent le diviseur de rayons, une zone spatialement limitée de la surface de taille du second prisme 2 et/ou la surface de base du premier prisme en forme de parallélogramme 1 comportent un revêtement réfléchissant 11, 6. Diviseur de rayons selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'angle de base a est de 3O0o