Brevet FR2254057A1 — publié le 19750704

la présente invention a pour objet un dispositif de déflexion d'un faisceau d'énergie rayonne cohérente et polarisée, en une série discrète de directions prédéterminées, utilisant le principe du réseau de diffraction. Lorsqu'il est nécessaire d'opérer la déflexion d'un faisceau d'énergie rayonnée avec une grande précision, il est en général préférable d'utiliser un dispositif fonctionnant par valeurs discrètes, celles-ci pouvant en effet autre exactement définies par la structure-mame du dispositif, et par suite plus stables, c'est-à-dire insensibles aux fluctuations ou perturbations extérieures. Ainsi qu'il est connu, et qu'il sera rappelé plus en détails ci-dessous, un réseau de diffraction permet une déflexion globale d'un faisceau incident, lorsque les paramètres sont choisis de façon convenable pour justifier une -approximation au premier ordre, dans une direction privilégiée prédéterminée et la direction qui lui est symétrique par rapport à la normale au plan du réseau. Un tel réseau ne permet donc d'obtenir la déflexion d'un faisceau incident que dans deux directions prédéfinies symétriques. Pour constituer un dispositif permettant de défléchir successivement un faisceau dans plusieurs directions définies, il est donc nécessaire d'associer plusieurs tels réseaux, avec les inconvénients que cela entratne au niveau d'une part du rendement lumineux de la déflexion, et d'autre part, surtout, de la précision de la déflexion. La présente invention a pour objet un dispositif de déflexion dtun faisceau d'énergie rayonnée cohérente et polarisée permettant de défléchir ce dernier dans une direction parmi une suite discrète de directions predéfinies, à l'aide d'un réseau de diffraction dont on fait varier le pas, ledit réseau étant constitué par une substance cristalline liquide et la variation de son pas étant réalisée par variation localisée du déphasage introduit par la substance, sur le faisceau incident, sous l'action d'un champ électrique. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après et des dessins, sty rapportant, qui représentent - la figure 1, un schéma illustrant le principe de fonctionnement d'un alignement de sources d'énergie rayonnée - la figure 2, un diagramme explicatif - la figure 3, un mode de réalisation du dispositif selon l'invention - la figure 4, un exemple de réalisation de l'un des éléments du dispositif selon 11 invention - la figure 5, l'illustration de la mise en oeuvre de l'invention. Sur la figure 1 ont été représentées m sources d'énergie rayonnée, repérées A1, A2 ... Ams alignées sur un axe 1 et équidistantes (au pas p), émettant de façon uniforme dans toutes les directions. Il est supposé de plus que toutes les sources émettent de l'énergie de mtme longueur d'onde (X) et qu'elles sont en phase. Ainsi qu'il est connu, les vibrations s'ajoutent ou se retranchent en chaque point de l'espace en fonction de leur phase en ce point, et on obtient dans le plan de la figure deux directions privilégiées d'émergence de 1'énergie, directions symétriques et faisant un angle 4 avec la normale à l'alignement des sources. Sur la figure, on a représenté une direction e de rayonnement pour chacune des sources A1 ... Ams et on a désigné par A7C la distance des rayonnements issus des sources A2 et A3.La direction &commat; est caractérisée par le fait que la longueur A2C est égale à un nombre entier de A20 kN longueur d'onde, ce qui se traduit pour # par : sin # = A2C = k# A2A3 P avec, dans le cas représenté sur la figure, k = 1 (au premier ordre). Est par exemple assimilable à un tel alignement de sources ponctuelles un réseau plan, éclairé par un faisceau incident normal à ce plan, comportant un nombre m de fentes fines perpendiculaires au plan de la figure, disposées au pas p, les centres des fentes étant placés aux points A1 ... Am. Un raisonnement analogue conduit à la détermination de deux directions symétriques par rapport à la normale à l'alignement, lorsque le réseau de fentes est remplacé par un plan dont la trace dans le plan de la figure est toujours l'axe 1, qui imprime à un rayonnement incident un déphasage non uniforme, selon une fonction créneau représentée figure 2.Cette figure est un diagrnmme où les phases sont portées en ordonnée et où l'axe des abscisses est l'axe 1. Be déphasage dû à un tel élément varie entre deux valeurs, notées 9 et P+ di? avec une période p représentant le pas du réseau de diffraction ainsi constitué. il est possible de déterminer, expérimentalement par exemple, la valeur de l'amplitude d du créneau conduisant à un maximum d'énergie pour le rayon diffracté d'ordre 1, ce qui permet d'obtenir pratiquement un dispositif qui défléchit un faisceau incident dans une direction e (et son symétrique) avec un bon rendement énergétique. "a figure 3 représente un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, comportant prineipalement, déposés en couches et successivement : un support 7, une électrode 2, un matériau électro-optique 4, et une série d'électrodes 3. Te dispositif peut fonctionner par transmission ou par réflexion de l'énergie rayonnée on choisit de décrire ici un mode de réalisation correspondant au fonctionnement en transmission. En conséquence; les différents éléments constitutifs du dispositif sont transparents. D'électrode 2 est déposée sur le support 7 ; elle est reliée électriquement à l'extérieur par une eonnexion 20. La couche 4 de matériau électrooptique déposée sur l'électrode 2 est avantageusement constituée par une substance cristalline liquide en phase nématique. Sur la couche 4 est placé.un ensemble d'électrodes3, de largeur a, parallèlement les unes aux autres, régulièrement espacées et isolées par un intervalle noté b, très inférieur à a ; ces électrodes sont également transparentes. Chaque électrode 3 définit un ensemble repéré 5 et limité par des traits interrompus sur la figure : ledit ensemble est ainsi constitué par une électrode 3, une portion de couche électro-optique 4 et une portion d'électrode 2 pour une bonne répartition des champs électriques, il est préférable que l'épaisseur (e) de la couche électro-optique soit faible devant a. Sur les électrodes 3 est placé un second support 8, également transparent. Chacune des électrodes 3 est connectée (connexions 30 sur la figure) à un dispositif de sélection 6 possédant deux entrées, 60 et 6t, et dont le rôle sera précisé plus loin. De dispositif fonctionne comme suit Par l'intermédiaire des bornes 20 et 60 et du-sélecteur 6, deux différences de potentiel de valeurs différentes (notés V1 et V2) sont appliquées aux ensembles 5 définis ci-dessus : par exemple V1 premier ensemble, V2 au second, V1 au troisième, et ainsisde suite. Sous l'action du champ électrique, le dispositif fait subir à un rayonnement incident un déphasage conforme au diagramme de la figure 2, le pas p du réseau étant ici égal à A = 2(a+b); ce déphasage a pour conséquence la déflexion du faisceau incident dans une direction prédéfinie, comme montré ci-dessus.Pour obtenir d'autres directions de déflexion, on fait varier le pas p du réseau en modifiant la répartition des potentiels appliqués aux électrodes 3 ; c'est ainsi qu'un pas double du précédent, c'est-à-dire égal à 2A, peut être obtenu en commandant le sélecteur 6 de telle sorte que soient appliquées la différence de potentiel V1 aux deux pre mièrs ensembles 5, la différence de potentiel V2 aux deux ensembles 5 suivants, la différence de potentiel V1 aux deux suivants, et ainsi de suite. On peut de la sorte obtenir n directions de déflexion distinctes prédéfinies à l'aide d'un réseau de diffraction dont le pas varie de p = A à p = n A. 1'application sélective des tensions aux électrodes 3 est faite par le sélecteur S,dont un mode de réalisation est donné figure 4, qui reçoit sur l'entrée de commande 61 l'indication de la valeur du pas du réseau et sur l'entrée 60 la tension V1, V2 étant choisie égale au potentiel de référence, -qui est celui auquel est porté l'électrode 2 par la connexion 20. Ta longueur (D) du dispositif selon lJaxe 1 est choisie en fonction du pas le plus grand p = n.A. On considère que cette longueur I doit être de l'ordre de 20 fois PMax' c'est-àdire L = 40 n. (a+b), et le nombre d'électrodes nécessaires N = 40 n. Par ailleurs, le nombre n est limité par la possibilité de résolution de deux directions voisines ; cette condition due à la diffraction peut s'écrire t nB , , et conduit, en fonction de la longueur T, choisie ici, à limiter n à une vingtaine de directions au maximum. En ce qui concerne la réalisation meme de la couche cristalline liquide 4 deux configurations différentes peuvent Qtre adoptées suivant que l'anisotropie diélectrique (#a) de la substance est positive ou négative. Ainsi qusil est connu, cette ani sotropie ga est la différence entre la constante diélectrique mesurée parallèlement aux molécules et celle qui est mesurée perpendiculairement à ces molécules.Dans le cas où la substance présente une anisotropie à positive, on dispose les molécules parallèlement aux électrodes ; en l'absence de champ électrique, le déphasage introduit par une telle substance, pour un rayonnement incident polarisé rectilignement, est maximum; l'application d'un champ électrique tend à placer les molécules perpendiculairement aux parois, ce qui diminue le déphasage ; la plus grande variation d' indice est obtenue en polarisant le rayon incident de telle sorte que l'axe de polarisation coincide avec la ligne neutre du cristal liquide correspondant à l'indice extraordinaire.Dans le cas où la substance cristalline liquide présente une anisotropie 6 a négative on dispose les molécules perpendiculairement aux parois et la substance se comporte de façon inverse au cas précédent, c'est-à-dire que le déphasage augmente lorsqu'est appliqué un champ électrique qui tend à rendre les molécules parallèles aux électrodes. Dans la réalisation pratique du dispositif, il est préf érable pour des raisons de rapidité de faire varier le déphasage introduit par l & couche cristalline entre deux valeurs définies, fonction de la valeur du champ électrique et de~sa durée d'applicrtion, qui ne soient ni la valeur nulle, ni la valeur maximum. La'figure 4 représente schématiquement un mode de réalisation du sélecteur 6 du dispositif selon l'invention, exemple dans lequel ce sélecteur est constitué par une matrice de diodes. Le sélecteur 6 comporte comme sur la figure 3 deux entrées 60 et 61, où sont disponibles respectivement la tension V1 et le signal de commande indiquant le pas du réseau, et, à titre d'exemple, huit sorties~30, correspondant chacune à une électrode 3 de la figure 3. A l'entrée 60 est relié un commutateur à quatre positions, 62, 63, 64 et 65,- commandé par le signal reçu sur l'entrée 61. A ces quatre positions correspondent quatre colonnes qui, avec les huit lignes que constituent les huit sorties 30, forment une matrice de 32 croisements.A certains de ces croisements sont disposées des diodes 67, comme indiqué sur la figure, placées de sorte que la tension fournie sur l'entrée 60 soit transmise aux sorties 30 choisies, à savoir - position 62 : une sortie (30) sur deux, c'est-à-dire une électrode (3, figure D) sur deux, est portée au potentiel V1, c'est-àdire encore que le pas (p) du réseau est minimum (p = A) - position 63 : les sorties 30 sont réunies en groupes de deux, un groupe sur deux étant porté au potentiel V1, c'està-dire que p = 2 A - position 64 : les groupes sont constitués par trois sorties 30, ctest-à-dire que p = 3 A - position 65 : p = 4 A. C'est ainsi que le signal reçu sur l'entrée 61, commandant la position du commutateur 66, commande le pas (p) du réseau. La figure 5 est une illustration de la mise en oeuvre de l'invention. On Q représenté schématiquement sur cette figure l'ensemble du déflecteur de la figure 3 par un élément D, relié électriquement par les connexions 20 et 30 à une source de tension S. Le système comporte une source de lumière cohérente X, fournissant un faisceau parallèle 10, un polariseur P placé sur le chemin du faisceau 10, et le déviateur D. A l'émergence du déviateur D sont représentées sur la figure différentes directions possibles pour le faisceau d'énergie rayonnée - la direction 11, correspondant au cas où aucune tension n'étant appliquée, le faisceau n'est pas dévié - les directions 21 et 22, symétriques par rapport à 11, déviées d'un angle &commat;, correspondant au pas le plus petit p = A du réseau - les directions 31 et 32, symétriques par rapport à 11, déviées d'un angle 2 correspondant au pas p = 2 A - etc,... il a été montré pour simplifier, sur cette figure et dans la description qui précède, une incidence normale du faisceau 10 sur le déviateur D ; il est évident que des déflexions analogues peuvent être obtenues avec des angles d'incidences différents pour le faisceau 10. Par ailleurs, une variante de réalisation de l'invention consiste à obtenir, à l'aide du système'montré figure 5, l'équivalent d'un résidu dlamplitude, en plaçant un analyseur après le déviateur D. Une autre variante -de réalisation du dispositif selon l'invention peut 8tre réalisée afin d'obtenir une déflexion du faisceau 10 non seulement dans le plan de la figure, mais également dans un plan perpendiculaire, et ce, soit par addition dtun second réseau dont le plan est parallèle au premier réseau et dont les lignes sont normales à celles du premier, soit par la modification du découpage des électrodes 3, alors constituées de carrés élémentaires situés à l'intersection des lignes constituant les deux réseaux. l'e dispositif selon l'invention permet ainsi, à l'aide de puissances de commande faibles, donc de faible coût, de réaliser la déflexion d'un faisceau d'énergie rayonnée suivant n directions prédéterminées dans un même plan en un seul étage, ce qui assure précision et stabilité à la déflexion, ainsi qu'un bon rendement. Ce dispositif est par ailleurs réalisable de façon simple et, si nécessaire, en grandes dimensions, ce qui le rend particulièrement adapté à la déflexion de faisceaux spatialement étendus. REVENDICATIONS 1. Dispositif d déflexion d'un faisceau d'énergie rayonnée cohérente et polarisée, sous l'action d'un signal électrique de commande, comportant : une couche d'un matériau électro-optique des électrodes portées par chacune des faces de ladite couche, les électrodes de l'une des faces au moins étant transparentes, eut des moyens d'excitation des électrodes, recevant ledit signal de commande ; ledit dispositif étant caractérisé par le fait que l'une des faces de ladite couche porte un ensemble d'électrodes de même étendue, adjacentes, isolées électriquement, disposées suivant les lignes d'un réseau diffractant, portées sélectivement à des potentiels électriques de valeurs prédéfinies, modifiant ainsi spatialement le déphasage du faisceau incident, et assurant la variation du pas dudit réseau. 2. Dispositif de déflexion selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit matériau électro-optique est une substance cristalline liquide en phase nématique. 3. Dispositif de déflexion selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit réseau est un réseau de phase. 4. Dispositif de déflexion selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit ensemble d'électrodes est constitué par des bandes de meme largeur, disposées parallèlement les unes aux autres. 5. Dispositif de déflexion selon la revendication 1 ,- caractérisé par le fait que lesdites valeurs prédéfinies.sont au nombre de deux et que les électrodes dudit ensemble son réunies, en nombre égal, en grae lesdites valeurs prédéfinies étant appliquées de façon alternative aux groupes successifs. 6. Dispositif de déflexion selon la revendication 5, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'excitation des électrodes comportent un sélecteur recevant d'une part lesdites deux valeurs prédéfinies et d'autre part ltindication du nombre d'électrodes par groupe, et réalisant, par application sélective desdites valeurs aux électrodes, la réunion de celles-ci en groupes.