Brevet FR2233723A1 — publié le 19750110

La présente invention a pour objet le changement de la polarisation d'un faisceau de rayonnement électromagnétique et plus spécialement la rotation du plan de polarisation d'un faisceau d'ondes électromagnétiques polarisé dans un plan. Les appareils proposés antérieurement pour faire tourner le plan de polarisation d'un faisceau d'ondes polarisé dans un plan devaient être réalisés pour une longueur d'onde déterminée et, de plus, il était difficile de les faire fonctionner correctement dans la région des grandes longueurs d'onde, ce qui constituait des inconvénients graves. L' invention procure un appareil pour faire tourner le plan de polarisation d'un faisceau d'ondes électromagnétiques polarisé dans un plan ; cet appareil comprend un support et deux ou plusieurs surfaces métalliques réfléchissantes, les positions relatives de ces surfaces réfléchissantes sont fixes les unes par rapport aux autres et elles peuvent tourner ensemble par rapport à ce support autour d'un axe ; de plus, ces surfaces métalliques réfléchissantes sont disposées de telle manière que, si un faisceau de rayonnement électromagnétique polarisé dans un plan arrive sur l'appareil dans une direction parallèle audit axe et si ce faisceau subit des réflexions métalliques sur chacune de ces surfaces réfléchissantes, le faisceau émergent est parallèle ou antiparallèle au faisceau incident. I1 va de soi que les termes parallèle et antiparallèle utilisés présentement à propos des directions de faisceaux, de plans et d'axes sont destinés à englober les cas dans lesquels les plans, faisceaux et axes qui sont désignés par les termes parallèle ou antiparallèle l'un par rapport à l'autre, suivant le cas, coïncident dans ltespace. I1 va aussi de soi que, quand on se réfère à la direction du faisceau émergent qui n'est pas modifié par la rotation des surfaces réfléchissantes autour dudit axe, ceci englobe le cas où le faisceau émergent est déplacé latéralement (tout en restant parallèle à sa direction d'avant le déplacement). Cependant, en général et pour plus de commodité, le montage est tel que le faisceau émergent n'est pas déplacé latéralement quand les surfaces réfléchissantes tournent. Pour un faisceau de rayonnement qui subit une réflexion métallique à peu près parfaite sur les surfaces métalliques réfléchissantes, le plan de polarisation du faisceau émergent peut être tourné, compare au plan de polarisation du faisceau incident, de tout angle désiré, y compris 0 ou 1800, simplement en faisant tourner les surfaces réfléchissantes métalliques autour dudit axe jusqu a ce qu'elles occupent la position angulaire appropriée. La valeur de cette rotation du plan de polarisation dépend de l'angle entre le plan d'incidence du faisceau pour chaque réflexion et le plan de polarisation du faisceau incident. L'angle dont le plan de polarisation du faisceau émergent tourne du fait dé la rotation des surfaces réfléchissantes d'un angle a déterminé autour dudit axe- est égal à 2a. Un grand avantage de l'appareil selon l'invention consiste en ce que, pour une gamme étendue de longueurs d'onde, et en particulier pour les grandes longueurs d'onde, la valeur de la rotation du plan de polarisation du faisceau émergent par rapport au plan du faisceau incident est indépendante de la longueur d'onde du rayonnement. Un faisceau qui subit une réflexion métallique parfaite est, s'il est polarisé dans un plan, réfléchi sous la forme d'un faisceau polarisé dans un plan sous n'importe quel angle d'incidence, sans que son intensité diminue. En pratique, la réflexion d'un faisceau de rayonnement électromagnétique par une surface métallique est une réflexion métallique imparfaite si bien qu'un faisceau polarisé dans un plan est réfléchi sous la-forme d'un faisceau polarisé elliptiquement et avec une certaine diminution d'intensité mais, dans la plupart-des cas, la réflexion est très proche d'une-reflexion métallique parfaite et le degré d'ellipticité introduit est petit. Par conséquent-;- la réflexion du rayonnement par les surfaces réfléchissantes de 1'appareil se rapproche de très près d'une réflexion métallique parfaite pour un grand nombre de métaux (ceux qui sont bons conducteurs) si la longueur d'onde du rayonnement se trouve dans la région du spectre comprise entre les ondes millimétriques et le proche infrarouge (région des grandes longueurs d'onde). Cependant, si la longueur d'onde diminue jusqu acelles de la lu mièvre visible, il devient nécessaire de choisir le metal pour les surfaces réfléchissantes avec plus de soin pour se rapprocher beaucoup de la réflexion métallique parfaite et à l'extrémité de la région visible, du c6té des courtes longueurs d'onde, il est probable qu'aucun métal ne pourrait votre trouvé pour satisfaire à cette condition. D'une manière générale cet appareil tend à Sistre d'autant plus utile que la longueur d'onde du rayonnement est plus grande. Quand a réflexion se rapproche d'une réflexion métallique parfaites les angles d'incidence peuvent varier entre l'incidence normale et une incidence écartée de quelques degrés de 1'angle d'incidence principal, et cet angle principal se rapproche de 900 dans ces conditions. Lorsque la longueur d'onde diminue, les angles principaux d'incidence des métaux communs diminuent jusqu'à atteindre des valeurs comprises entre 700 et 800 dans le speetre visibles à 5893 A et des angles d'incidence nettement inférieurs à celui-ci seraient nécessaires si une ellipticité appréciable devait Etre évitée. L'appareil est encore utilisable mesme si un degré d'ellipticité appréciable est introduit. Le degré d'ellipticité réel introduit en fonction de la rotation du plan de polarisation peut être calculé, pour- différentes longueurs d'onde pour un angle d'incidence particulier et un métal déterminé, à partir des valeurs connues des constantes optiques des métaux intéressése en fonction de la longueur d'onde, En pratique > quand une ellipticité est introduites on utilise un polariseur pour polariser dans un plan le faisceau émergent. L'intensité du faisceau d'ondes ainsi polarisé dans un plan varie avec la rotation du plan de polarisation mais cette variation d'intensité peut être calculée à partir de l'ellipticité elle-meme calculée et on peut voir ainsi si l'appareil est utilisable pour une application déterminez L'appareil selon l'invention peut également être utilisé pour faire tourner le grand axe d'un rayonnement polarisé elliptiquement : dans ce cas, pour une réflexion métallique à peu près parfaite, la variation d'ellipticité introduite par cette réflexion-est négligeable. La présente invention procure aussi un procédé pour faire tourner le plan de polarisation d'un faisceau de rayonnement électromagnétique polarisé dans un plan, ou bien le grand axe d'un faisceau de rayonnement polarisé elliptiquement ;- ce procédé consiste à faire subir au faisceau au moins deux réflexions métalliques de manière que le faisceau émergent soit parallèle ou antiparallèle au faisceau incident, ce faisceau subissant lesdites réflexions métalliques sur des surfaces-réfléchissantes métalliques qui sont fixes les unes par rapport aux autres et qui peuvent tourner ensemble par rapport à un support autour d'un axe parallèle à la direction du faisceau incident pour permettre de faire varier, respectivement, l'angle de rotation du plan de polarisation, ou du grand axe de la vibration elliptique du faisceau incident sans modifier la direction du faisceau émergent A titre d'exemple d'utilisation de ce procédé, on peut citer le contrôle continu des caractéristiques de polarisation d'une plaquette d'un matériau polarisant associé avec un laser. Qn peut utiliser un nombre pair de surfaces métalliques réfléchissantes qui sont disposées de façon que ledit faisceau émergent soit antiparallèle audit faisceau incident. On utilise de préférence deux surraces métalliques réfléchissantes disposées de manière que l'angle qu'elles forment seit de 900. Cn peut utiliser un nombre impair de surfaces métalliques rérléchissantes qui sont disposées de telle manière que ledit faisceau émergent- soit parallèle audit faisceau incident. On-utilise de préférence trois surfaces métalliques réfléchissantes et les deux surfaces sur lesquelles se produisent respectivement les première et troisieme réflexions métalliques forment les surfaces extérieures d'un dièdre et sont tournées vers la surface sur laquelle se produit la seconde réflexion métallique de façon que les angles les plus petits entre chacune de ces deux surfaces et la surface sur laquelle la seconde réflexion se produit soient égaux. On peut mettre en place des polariseurs dans un plan pour le faisceau émergent3 ces polariseurs étant placés de manière à tourner, quand les surfaces métalliques réfléchissantes tournent, d'un angle a autour d'un axe parallèle à l'axe de rotation des surfaces métalliques et dans le même sens que ces surfaces métalliques, mais d'un angle 2a. Un tel agencement est utilisable, par exemple, si l'on désire que le faisceau sortant de l'appareil soit polarisé dans un plan, mais si les réflexions sont telles qu'elles introduisent un faible degré d'ellipticité. Le polariseur dans un plan peut être monté de manière à polariser le faisceau polarisé elliptiquement dans un plan contenant le grand axe de la vibration elliptique (par exemple en ajustant au départ la position angulaire par rapport aux surfaces réfléchissantes du polariseur dans un plan. L'intensité du rayonnement qui a traversé ce polariseur varie alors légèrement en fonction de l'angle de rotation du plan de polarisation, mais cela n'a pas d'importance pour certaines applications de l'appareil. On peut incorporer des polariseurs pour le faisceau incident qui sont couplés aux surfaces réfléchissantes métalliques de manière à corriger cette variation d'intensité pour une longueur d'onde particulière et un appareil déterminé, tout en permettant de polariser le faisceau émergent dans le plan contenant le grand axe de la vibration elliptique pour la position angulaire de ces surfaces par rapport à leur axe de rotation dans laquelle l'intensité du faisceau émergent polarisé dans un plan est minimale et dans un plan légèrement décalé par rapport au plan contenant le grand axe de la vibration elliptique pour chaque autre position angulaire de ces surfaces, de manière que l'intensité du faisceau émergent soit égale à ladite intensité minimale. Il est avantageux d'incorporer un dispositif indicateur couplé aux surfaces métalliques réfléchissantes de manière que, quand ces surfaces-métalliques tournent d'un angle a1 ledit dispositif indicateur tourne dans la mezme direction que ces surfaces métalliques et autour d'un-axe parallèle mais d'un angle 2a, dans le but d'indiquer les variations de la valeur de l'angle de rotation du plan de polartssation du faisceau incident polarisé dans un plan, ou du grand axe de la vibration elliptique du faisceau incident polarisé elliptiquement. D'autres objets et avantages de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se rérérant aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 représente schématiquement une partie d'une forme de réalisation de l'appareil selon l'invention. La figure 2 représente schématiquement une partie d'une seconde forme de réalisation de l'appareil selon l'invention. La figure 3 représente schématiquement en élévation frontale la première forme de réalisation de cet appareil. En référence à la figure 1, un faisceau incident d'un rayonnement électromagnétique (produit par des moyens non représentés) polarisé dans un plan, se trouvant dans la région de l'infrarouge éloigné subit trois réflexions métalliques sur les surfaces 1, 2 et 3-qui sont en aluminium déposé par évaporation sur du verre. Les plus petits. angles faits par les surfaces 1 et 3 avec la surface 2 sont égaux entre eux. Après ces réflexions, le faisceau émergent se propage dans la mEme direction qu'avant d'avoir subi ces réflexions, ce qui signifie qu'il est parallèle au faisceau incident. En fait, les directions des faisceaux incident et émergent coïncident et la section transversale de ce faisceau est circulaire. Les surfaces métalliques réfléchissantes 1, 2 et 3 sont montées de manière à pouvoir tourner autour de l'axe aa' et une rotation graduelle de ces surfaces de 1800 produit (en admettant que le faisceau soit polarisé au départ dans le plan du dessin, auquel cas le plan de polarisation après les réflexions coîncidera.avec le plan de polarisation avant ces réflexions) une rotation du plan de polarisation du faisceau qui varie graduellement O..a å 3600 en passant par 1800, l'angle de rotation 2a du plan de polarisation du faisceau émergent, comparé à celui du faisceau incident, étant double de l'angle a-de rotation des surfaces réfléchissantes. En référence à la figure 2, un rayonnement électromagnétique polarisé dans un plan produit par des moyens non représentés et se trouvant dans la région de l'infrarouge éloigné tombe sur deux surfaces 4 et 5 qui forment entre elles un angle de 900 et qui sont constituées par de l'aluminium déposé par vaporisation sur du verre. Les rayons sont parallèles à la droite bb' et le faisceaux de section transversale circulaire, est centré sur cette droite bbt. Sur le dessin, seul un rayon à une extrémité du faisceau émis est représenté. Le faisceau émis peut Etre considéré eomme constitué par deux faisceaux un de chaque caté de la droite bb' sur la figure 2, dont l'un subit des réflexions métalliques d'abord sur la surface 4 et ensuite sur la surface 5 et dont l'autre subit des réflexions méal- liques d'abord sur la surface 5 et ensuite sur la surface 4. Chacun des faisceaux émergent est antiparallèle au faisceau incident correspondant et l'ensemble du rayonnement réfléchi est renvoyé le long de son propre trajet à l'incidence. Les surfaces métalliques réfléchissantes 4 et 5 sont montées de manière à tourner autour de l'axe bb' et, comme pour la première forme de réalisation de l'appareil, ces surfaces tournent graduellement de 1800 (en admettant que le faisceau émis soit polarisé au départ dans le plan du dessin, auquel cas le plan de polarisation après les réflexions coencidera avec le plan de polarisation avant les réflexions) ce qui produit une rotation graduelle du plan de polarisation des rayons émergents, par rapport à celui des rayons incidents de On à 360 , en passant par la valeur 18O. La figure 3 représente les surfaces 1 à 3 sur un support 6. Les surfaces 1 à 3 sont fixées rigidement dans un manchon 7 qui tourne autour de 1 'axe aa' dans une bague 8 fixe du support 6. Un anneau 9 > tournant aussi dans la bague 8 > supporte un polariseur 10. L'anneau 9 est couplé au manchon 7 de telle manière que, quand cet anneau tourne d' un angle a, le manchon 7 tourne dans le mEme sens que cet anneau, mais d'un angle a/. Une aiguille il qui part radialement de l'anneau 9 se déplace quand l'anneau tourne le long d'une échelle circulaire 12 fixée à l'extrémité de la bague 8. Cette aiguille indique les variations de l'angle de rotation du plan de polarisation. Etant donné que l'aiguille Il tourne de deux fois l'angle dont les surfaces 1 à 3 ont tourné autour de l'axe aa' pour un déplacement angulaire donné de l'anneau 9 et du manchon l'aiguille tourne du mAeme angle que le plan de polarisation du faisceau émergent. Le polariseur 10 est destiné à polariser dans un plan le faisceau émergent, mme si 11 appareil est utilisé avec un rayonnement de longueur d'onde telle qu'une certaine ellipticité est introduite par les réflexions. On peut faire tourner 1'anneau 9 indépendamment du manchon 7 pour aligner le plan du polariseur 10 avec le plan de polarisation du faisceau émergent pour chaque réglage du plan de polarisation du faisceau incident. Pour faire cela, on tourne l'anneau 9 par rapport au manchon 7 pour obtenir à chaque fois'un maximum. Ensuite, les rotations de l'anneau 9 et du manchon 7 sont liées par la mEme relation que précédemment. On peut utiliser le mEme support, mais sans le polariseur 10, pour les surfaces représentées sur la figure 2. Il va de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes-de réalisation qui viennent d'être décrits, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans sortir pour cela du cadre de la présente invention REVENDIGATIONS 1,- Appareil destiné à faire tourner le plan de polarisation d'un faisceau de rayonnement électromagnétique polarisé dans un plan, caractérisé en ce qutil comprend un support et deux ou plusieurs surfaces métalliques réfléchissantes, les positions mutuelles des surfaces réfléchissantes étant invariables et les surfaces réfléchissantes pouvant tourner ensemble autour d'un axe par rapport à un support, ces surfaces réfléchissantes métalliques etant disposées de telle manière que si un faisceau polarisé dans un plan de rayonnement électromagnétique tombe sur l'appareil dans une direction parallèle audit axe et si ce faisceau subit des réflexions métalliques sur chacune des surfaces réfléchissantes, le faisceau émergent est parallèle ou antiparallèle au faisceau incident. 2.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un nombre pair de surfaces réfléchissantes métalliques qui sont disposées de telle manière que ledit faisceau émergent soit antiparallèle audit faisceau incident. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend deux surfaces réfléchissantes métalliques formant entre elles un angle de 900. 4.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu il comprend un nombre impair de surfaces réfléchissantes métalliques qui sont disposées de telle manière que ledit faisceau émergent soit parallèle audit faisceau incident. 5.- Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend trois surfaces réfléchissantes métalliques et en ce que les deux 'surfaces sur lesquelles les première et troisième réflexions métalliques se produisent sont les surfaces extérieures d'un dièdre et sont tournées vers la surface sur laquelle se produit la seconde réflexion métallique de telle manière que les angles les plus petits entre chacune desdites deux surfaces et la surface sur laquelle se produit la seconde réflexion soient égaux. 6.- Appareil selon l'une quelconque des re vendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un polariseur dans un plan pour le faisceau émergent, ce polariseur étant disposé de manière à tourner, quand les surfaces réflé chissantes métalliques tournent d'un angle a, autour d'un axe parallèle à l'axe de rotation des surfaces métalliques et dans le même sens que lesdites surfaces métalliques, mais d'un angle 2a. 7. Appareil selon l'une quelconque des re vefldications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un dis positif indicateur qui est couplé aux surfaces réfléchissantes métalliques de telle manière que, quand ces surfaces métalli ques tournent d'un angle a, ledit dispositif indicateur tourne dans le même sens que ces surfaces métalliques et autour d'un axe parallèle, mais d'un angle 2a, afin d'indiquer les variations de l'angle de rotation du plan de polarisation du faisceau de rayonnement incident polarisé dans un plan. 8;- Procédé pour faire tourner le plan de polarisation d'un faisceau de rayonnement électromagnétique polarisé dans un plan, ou le grand axe de la vibration ellip tique d'un faisceau de rayonnement polarisé elliptiquement, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations ci-après faire subir audit faisceau au moins deux réflexions métalliques de manière que le faisceau émergent soit parallèle ou antiparallèle au faisceau incident, ce faisceau subissant les réflexions métalliques sur deE surfaces réfléchissantes métalliques qui sont fixes les unes par rapport aux autres et qui peuvent tourner ensemble, par rapport à un support, autour d'un axe parallèle à la direction du faisceau incident pour permettre de faire varier l'angle de rotation du plan de polarisation ou l-e grand axe, respectivement, de la vibration elliptique du faisceau émergent sans modifier la direction de ce faisceau émergent. 9.- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend une opération de rotation des surfaces réfléchissantes métalliques par rapport au support, autour dudit axe de manière à faire varier l'angle de rota tion du plan de polarisation ou du grand axe de la vibration elliptique, respectivement, du faisceau émergent. 10.- Procédé selon l'une des revendications 8 et 9J caractérisé en ce qu'on fait subir au faisceau un nombre pair de réflexions métalliques et en ce que le faisceau émergent est antiparallèle au faisceau incident. 11.- Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le faisceau subit une réflexion métallique sur chaque surface réfléchissante métallique d'un groupe de deux surfaces faisant entre elles un angle de 900. 12.- Procédé selon l'une des revendications 8 ou 9 caraetérisé en ce que le faisceau subit un nombre impair de réflexions métalliques et en ce que le faisceau émergent est parallèle au faisceau incident. 13.- Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le faisceau subit une réflexion métallique sur chacune des trois surfaces réfléchissantes métalliques, les deux surfaces sur lesquelles le faisceau subit ces première et troisième réflexions formant les surfaces extérieures dfun dièdre et étant inclinées en direction de la surface sur laquelle le faisceau subit sa deuxième réflexion de manière que les angles les plus petits entre chacune desdites deux surfaces et la surface sur laquelle se produit la deuxième réflexion soient égaux. 14.- Procédé selon l'une quelconque des reven dications 8 à 13, caractérisé en ce que le faisceau émergent est polarisé elliptiquement après les réflexions mais polarisé dans un plan à l'aide d'un polarisaur polarisant ce faisceau dans un plan parallèle au grand axe de la vibration elliptique du faisceau émergents ledit polariseur étant disposé de manière à tournera quand les surfaces ré Méehissantes métalliques tournent d'un angle a, autour d'un axe parallèle à l'axe de rotation de ces surfaces métalliques et dans le medme sens que lesdites surfaces métalliques, mais dtun angle 2a. 15. - Procédé selon ltune quelconque des revendications 8 à 14, caractérisé en ce qu'un dispositif indicatueur est couplé aux surfaces réfléchissantes métalliques sur lesquelles le faisceau arrive de telle manière que, quand lesdites surfaces réfléchissantes métalliques tournent d'un angle a, ce dispositif indicateur tourne dans le même sens que lesdites surfaces métalliques, autour d'un axe parallèle mais d'un angle 2a de manière à indiquer les variations de l'angle de rotation du plan de polarisation du faisceau polarisé dans un plan, ou du grand axe de la vibration elliptique du faisceau polarisé elliptiquement.