Brevet FR2229985A1 — publié le 19741213

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour réaliser le filtrage d'une onde électromagnétique à l'aide d'un filtre interférentiel; de façon plus précise elle s'applique à un filtre interférentiel dont la fonction de transmission est apodisée autour de la longueur d'onde principale transmise. On sait que pour analyser une radiation électromagnétique, il est nécessaire de placer entre le récepteur et la radiation un filtre qui ne transmette la radiation qu'autour d'une longueur d'onde déterminée. Les seuls filtres utilisés pour les mesures d'analyse fines sont les filtres interférentiels (Perot-Fabry, réseaux lignés, filtre à couches diélectriques multiples) qui donnent des bandes passantes étroites. Une autre utillsation-importante des filtres interférentiels est la sélection-en longueur d'onde de la radiation émise par un laser en introduisant le filtre dans la cavité résonante. Les filtres étalons du type Perot-Fabry sont de réglage difficile puisque la distance entre les faces doit être précise à une fraction-de longueur d'onde. Quant aux filtres interférentiels à couches diélectriques,- ils sont comme les réseaux à traits très fragiles, et ne peuvent pas subir les niveaux de radiations intenses des-lasers de haute puissance. L'étalon Perot-Fabry, tout comme le filtre interférentiel a couches multiples, a l'avantage- de posséder une fonction de transmission apodisée, c'est- -dlre sans maximums secondaires au pied de la pointe de transmission principale. Les filtres du type de Lyot (Annales d'Astrophysique tome 7, nO 1 et 2, 1944 B. Lyot) sont formés d'une série d'éléments déphaseurs séparés par des polariseurs qui-polarisent la radiation à 45 par rapport aux directionsdes axes-de polarisation ordinaires et extraordlnaires des déphaseurs.-es déphaseurs introduisent une différence de phase entre les-deux polarisations qui interfèrent lors du passage à travers le polariseur suivant. La différence de phase dépendant de la longueur d'onde, on aura interférence constructrice et transmission maximum de lumière pour les longueurs d'onde telles que la différence de pcc correspondante soit un multiple de 2s. On ajuste le premier élément déphaseur tel que la différence de marche 6 corresponde à une transmission maximum pour la longueur d'onde AO à étudier. On règle le ième élément déphaseur de telle sorte que la différence de marche introduite soit 2i fois la différence de marche 6 du premier déphaseur. La radiation traversant les n déphaseurs en série séparés par des polariseurs est filtrée, le coefficient de transmission X étant donné en fonction de la longueur d'onde X par: T est le rapport entre puissance incidente et puissance transmise et 6 la différence de marche entre rayons extraordinaire et ordinaire pour le premier déphaseur. La courbe de transmission de T en fonction de la longueur d'onde x présente un pic de transmission principal autour de A = A o. Ces filtres de Lyot sont de maniement facile comparés à l'étalon Perot-Fabry. De plus, ils peuvent résister à de beaucoup plus hautes puissances que les réseaux ou filtres interférentiels à couches diélectriques multiples. La conception classique des filtres de Lyôt souffre-cependant-d'un inconvénient lié à l'existence de maximums secondaires beaucoup plus accentués que dans le cas des filtres ou des réseaux. Ces maximums secondaires accentués'sont dus au fait que le nombre n d'éléments déphaseurs est limité par l'absorption inévitable dans chaque déphaseur et surtout dans les polariseurs situés entre les déphaseurs. La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif qui permettent de supprimer en-grande partie les maximums secondaires et d'augmenter l'écart en longueur d'onde entre le maximum principal et les maximums secondaires sans augmenter le nombre des déphaseurs. Le procédé pour le filtrage d'une onde électromagnétique à l'aide d'un filtre interférentiel, du genre de ceux qui comportent de façon connue une association d'éléments déphaseurs séparés par des polariseurs est caractérisé en ce qu'on utilise deux séries de déphaseurs où les déphasages introduits par chacun d'eux varient en progression géométrique de raison 2 et en ce que le rapport des déphasages introduits par le premier élément de chaque série vaut 1,5. Selon une caractéristique particulière, la longueur d'onde transmise et apodisée par le filtre peut être changée continuement en modifiant le déphasage introduit par chaque élément par tout moyen connu tel que variation de tension dans le cas d'une cellule de Kerr ou de Pockels, variation de chemin optique traversé dans le cas d'un compensateur de Babinet ou variation de température pour le contrôle précis du déphasage. La présente invention a également pour objet un dispositif qui se caractérise en ce qu'il comprend des moyens-pour faire varier le déphasage entre les deux polarisations perpendiculaires d'une onde traversant un déphaseur, ceci pour chaque élément déphaseur de deux séries pour-lesquelles les déphasages introduits par les déphaseurs varient en progression géométrique de raison 2 et le rapport des déphasages introduits par le premier élément de chacune vaut 1,5, et des polariseurs de type connu ne laissant passer la lumière que suivant une direction à 45 par rapport aux deux polarisations perpendiculaires séparées par les déphaseurs. Le rapport des déphasages est égal à 1,5; il va de soi que la précision de ce rapport ne doit pas être considérée de façon limitative, et qu'un léger écart par rapport à cette valeur idéale dans une réalisation pratique ne remet pas en cause l'objet de l'invention. Le procédé interférentiel d'apodisation caractéristique de l'invention est fondé sur l'interférence d'ondes électromagnétiques en général-quelle que soit la longueur d'onde à filtrer. L'application au rayonnement-dans le domaine optique avec prolongation dans l'infrarouge et l'ultraviolet est la plus immédiate. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit-d'un mode-de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple-non limitatif. La description se refère aux fiaures annexées sur lesquelles on a représenté: - sur la figure 1 un schéma de réalisation du dispositif de filtrage, - sur la figure 2 un schéma d'un des déphaseurs. L'exemple consiste en un système dans le domaine des longueurs d'onde optique, et la longueur d'onde à filtrer est réglable. Comme on l'a déjà indiqué, le procédé consiste à utiliser deux série de déphaseurs. La fonction T résultant de l'action de ces deux séries est égale au produit des fonctions de transmission de chacune d'entre elles, soit: avec la condition n = n' et 6 = 1,5 6', les maximums secondaires correspondant au premier terme de T correspondent à des minimums secondaires du second terme. Par ce moyen, avec le meme nombre de déphaseurs que pour une seule série, on réduit l'intensité du premier maximum secondaire au pied du pic de transmission principal d'un facteur 10 au-moins dans le cas-n = 3. On a représenté sur la figure 1 un mode de mise en oeuvre du procédé. I1 comprend sept polariseurs du type polaroïd 2 et six déphaseurs 3 dont les axes optiques ordinaires et extraordinaires sont parallèles et à 45 de l'axe optique des polariseurs. Dans cette mise en oeuvre chaque déphaseur consiste en deux prismes 4,5 biréfringents de quartz ou de Spath d'Islande représentés sur-la figure 2. Le déphasage introduit après la traversée de la radiation est proportionnel à la longueur traversée, celle ci est ajustable en faisant coulisser les deux prismes l'un sur l'autre le long de leur face commune 11. La lumière à analyser se déplace de-la gauche vers la droite en un faisceau parallèle normalement-incident aux faces d'entrée des prismes biréfringents, les épaisseurs des déphaseurs 3, 6, 7, sont égales à respectivement e, 2e et 4e, celles des déphaseurs 8, 9, 10, respectivement 1,5 e, 3e et 6e. I1 va de soi que le déphasage peut être obtenu à l'aide d'un moyen électro-optique dans un liquide ou un solide; si cela est le cas, la tension est appliquée aux cellules électro-optiques avec des alimentations stabilisées de type connu qui sont réglées de façon à ce que les tensions appliquées à chaque cellule correspondent au déphasage voulu. De même, les prismes biréfringents peuvent être en nitrate de sodium, en fluorure de maanésium, en K.D.P ou A.D.P ou autre matériau biréfringent convenable. REVENDICATIONS 1. Procédé pour le filtrage d'une onde électromagné- tique à l'aide d'un filtre interférentiel, du genre de ceux qui comportent de façon connue une association d'éléments déphaseurs séparés par des polariseurs, caractérisé en ce que l'on utilise deux séries de déphaseurs où les déphasages introduits dans chacun d'eux varient en progression géométrique de raison 2 et en ce que le rapport des déphasages introduits par le premier élément de chaque série vaut 1,5. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait varier continuement la longueur d'onde transmise par le filtre en modifiant le déphasage introduit par chaque élément. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend; - des moyens pour faire varier le déphasage entre les deux polarisations perpendiculaires d'une onde traversant un déphaseur, ceci pour chaque élément déphaseur de deux séries pour lesquelles les déphasages introduits par les déphaseurs varient en progression géométrique de raison 2 et le rapport des déphasages introduits par le premier élément de chacune vaut 1,5; - des polariseurs de type connu ne laissant passer la lumière que suivant une direction à 450 par rapport aux deux polarisations perpendiculaires séparées par les déphaseurs. 4: Dispositif-selon la revendication 3, utilisé comme filtre interférentiel dans le domaine optique, caractérisé en ce que le déphasage entre les deux polarisations est créé par le moyen d'une lame biréfringente d'épaisseur réglable du type compensateur de Babinet ou de Bravais. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le déphasage entre les deux polarisations est obtenu à l'aide d'un moyen électro-optique, dans un milieu susceptible de biréfringence induite. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les tensions électriques sont créées aux électrodes des cellules électro-optiques par des alimentations stabilisées de type connu, réglées de façon à ce que les tensions appliquées sur chaque cellule correspondent au déphasage voulu. 7. Filtre interférentiel pour la mise en oeuvre de la revendication 1, utilisé dans le domaine optique, caractérisé en ce qu'il comporte deux séries de lames biréfringentes, dont les axes optiques sont taillés parallèlement aux faces, dont les épaisseurs traversées par la lumière varient en progression géométrique de raison 2, le rapport des épaisseurs des deux premières lames étant 1,5, avec, avant la première, après la dernière et entre chaque lame, un polariseur ne laissant passer la lumière que suivant une direction à 450 par rapport aux axes optiques des lames biréfringentes.