Brevet FR2150679A1 — publié le 19730413

La présente invention concerne un prisSe~poXarisseur qui est apte à Stre utilisé notamment dans des modulateurs du fac téur Q de lasers. Il est connu d'utiliser, dans des modulateurs du facteur Q pour lasers à impulsions géantes, des polariseurs composés de prismes partiels biréfringents. Parmi les dispositifs à prisme les plus avantageux figure la forme de réalisation suivant Glan-Foucault et Glan-hompson. De tels polariseurs permettent le libre passage de la lumière d'une direction de polarisation, alors que la lumière dont la polarisation diffère de 900 de cette direction préférentielle est déviée dans une autre direction. Outre une division suffisante des rayons partiels polarisés ainsi obtenus, l1importance des pertes par réflexion se produisant aux surfaces limites des prismes partiels joute un grand rôle en ce qui concerne les possibilités d'application de telles combinaisons de prismes.Les résultats les plus favorables ont Jusqu'ici été obtenus avec des prismes de Glan en calcite dans lesquels les pertes par réflexion sur les surfaces de séparation des deux prismes partiels ne s'élèvent qu'à 2 % environ et qui en outre ont été traités sur leurs faces antérieure et terminale par l'application de couches réduisant la réflexion. Cependant, en raison de sa rareté la calcite optiquement impeccable est difficile à obtenir et par conséquent conteuse.C'est pourquoi on a cherché à remplacér ce produit minéral par des substances biréfringentes obtenues artificiellement comme par exemple le phosphate acide d'ammonium il se produit cependant aux surfaces de séparation internes des pertes de lumière allant Jusqu'à 15 %. Ces prismes sont donc peu aptes à être utilisés dans des modulateurs du facteur Q. Afin d'éviter les inconvénients cités la présente invention crée un prisme polariseur constitué par deux prismes partiels biréfringents placés l'un derrière l'autre et déviant les rayons dans des sens opposés, les prismes partiels étant en ce qui concerne la position de leurs axes optiques et de leurs faces réfringentes orientés de telle façon l'un par rapport å l'autre et par rapport au rayon lumineux incident non polarisé que les pertes par réflexion se trouvent réduites pendant que la décomposition du rayon reste constante. Ce résultat est obtenu suivant la présente invention par le fait que la face de sortie de lumière du premier prisme partiel, dont l'axe optique s'étend parallèlement à la direction de son arête réfringente, et la face d'entrée de lumière du deuxième prisme partiel, faisant suite au premier dans la direction de la lumière et dont l'axe optique s'étend d'une part perpendiculairement à la direction de son-arête réfrin gente et,- d'autre part à peu près perpendiculairement à la direction de propagation du rayon partiel extraordinaire dans ce prisme partiel, enferment un espace libre en forme de coin, que par ailleurs la face-de sortie de lumière du deuxième prisme partiel est disposée de façon qu'elle réfléchisse entièrement le rayon partiel ordinaire de ce prisme partiel, et qu'en outre l'entrée du rayon lumineux non polarisé dans le premier prisme partiel ainsi que la sortie du rayon partiel extraordinaire de ce prisme partiel s'effectuent sous l'angle de Brewster. Les prismes partiels sont avantageusement réalisés en une matière biréfringente réalisée artificiellement, comme par exemple le phosphate acide d'ammonium-(hDP). La structure et le mode de fonctionnement du prisme polariseur suivant l'invention sont expliqués plus en détail cidessous à l'aide de l'exemple de réalisation représenté schématiquement à la figure annexée. Le prisme polariseur est constitué par deux prismes partiels biréfringents 1 et 2 présentant-les angles de réfraction a et P et les arêtes réfringentes 4 et 8 qui sont constituées par les faces réfringentes AB, BC et DE, EF.Les deux prismes partiels qui sont obtenus par exemple à partir de cristaux de phosphate acide d'ammonium formés par germination sont séparés l'un de l'autre par un espace libre en forme de coin 3 présentant un angle de réfraction . Le prisme partiel 7 présentant l'arête réfringente 4 est frappé par un faisceau lumi neux non polarisé 5 sous un angle d'incidence 5 qui est approximativement égal à l'angle de Brewster. Le-faisceau lumineux 5 se décompose en un faisceau de rayon partiel extraordinaire 6 dévié perpendiculairement au plan du dessin et un faisceau de rayon partiel ordinaire 7 dévié parallèlement au plan du dessin. L-'arSte.réfringente 4 est placée parallèlement à l'axe optique O du prisme partiel.1. L'angle ic est choisi de manière que l'angle de-sortie J du faisceau de rayon partiel 7 soit lui aussi égal à l'angle de Brewster A la suite d'une nouvelle décomposition dans l'espace libre en forne de coin 3 les faisceaux de rayon partiel 6 et 7 se trouvent à nouveau dévie dans le prisme partiel 2, dont l'arrête réfringente 8 est orientée parallèlement à l'arête réfringente 4 et perpendiculairement à l'axe optique 0', cette déviation s'effectuant à présent cependant en direction opposée. après passage à travers le prisme partiel 2 le faisceau de rayon partiel 6 subit une réflexion totale sur la face réfringente EF et traverse la face de base DF, alors que le faisceau de rayon partiel extraordinaire 7 dévié parallèlement au plan du dessin sort par la face réfringente EF du polariseur.Le faisceau de rayon partiel extraordinaire 7 traverse le prisme partiel 2 dans une direction qui est approximativement perpendiculaire à la direction de l'axe optique 0'. L'angle d du coin, l'angle de réfraction8 et l'angle 1 enfermé par la face DE et l'axe optique O' sont accordés les uns aux autres de façon que les réflexions indésirables sur la face DE ne présentent que des valeurs très faibles et que le faisceau de rayon partiel 6 subisse une réflexion totale sur la face EF.Pour l'utilisation du prisme polariseur dans des lasers il est en outre avantageux, lors du calcul des angles de réfraction au moyen des relations mathématiques connues dans le domaine de l'optique (par exemple Born, Principles of Optics, London 1959 ; Czapski-Eppenstein, Grundzüge der Uheorie der optischen Instrumente, Ieipzig 1924) de poser comme condition supplémentaire que le faisceau de rayon partiel 7 sortant de la face réfringente EF conserve la direction initiale du faisceau lumineux incident non polarisé 5 et se trouve seulement déplacé parallèlement à luimeAme. Pour de la lumière monochromatique présentant la longueur d'onde A - 7Q nm on a calculé les valeurz suivantes des angles : - 66043", 5 t 70 , Qfs 5 et t = 320. Le dispositif suivant l'invention permet de ramener la réflexion de la lumière sur les faces de séparation du prisme à une valeur ne dépassant pas 1,5 %. Afin que le faisceau de rayon partiel entièrement réfléchi 6 sorte à angle droit par rapport au faisceau de rayon partiel 7, l'angle de base - du prisme partiel 2 doit avoir une valeur de 650. Pour d'autres longueurs d'onde les angles prennent naturellement d'autres valeurs. R E V E N D I C A U I O N S 1 - Prisme polariseur pour décomposer un rayon lumineux non polarisé en deux rayons partiels polarisés perpendiculairement l'un à l'autre, constitué par deux prismes partiels biréfringente placés l'un derrière l'autre et déviant le rayon dans des sens opposés, les arêtes réfringentes des prismes partiels, formées par les faces d'entrée et de sortie de lumière, étant orientées parallèlement l'une à l'autre, caractérisé en ce que la face de sortie de lumière du premier prisme partiel, dont l'axe optique s'étend parallèlement à la direction de son arête réfringente, et la face d'entrée de lumière du deuxième prisme partiel, faisant suite au premier dans la direction de la lumière et dont l'axe optique s'étend d'une part perpendiculairement à la direction de son arête réfringente et d'autre part, à peu près perpendiculairement à la direction dé propagation du rayon partiel extraordinaire dans ce prisme partiel, enferment un espace libre en forme de coin, en ce que la face de sortie de lumière du deuxième prisme partiel est disposée de façon à réfléchir intégralement le rayon partiel ordinaire de ce prisme partiel, et en ce qu'en outre l'entrée du rayon lumineux non polarisé dans le premier prisme partiel ainsi que la sortie du rayon partiel extraordinaire de ce prisme partiel s'effectuent sous l'angle de Brewster. 2 - Prisme polariseur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les prismes partiels sont réalisés en une matière biréfringente obtenue artificiellement, de préférence le phosphate acide d'ammonium (NR4H2PO4).