Brevet FR2304934A1 — publié le 19761015

Sa présente invention concerne un court-circuit optique met tant -en oeuvre des moyens optoJélectronrquess. Ce court-circuit se met en service automatiquement lorsque la tension d'alimentation du dispositif à court ~circuiter est interrompue et présente l'avantage d'une~fiabiiité-accrue par rapport aux dispositifs de l'art connu, qui utilisent des composants mécaniques. -lz-présente invention concerne également l'application de ce court-circuit optique à un répéteur électro-optique, application qui permet de résoudre le problème de la continuité de la transmission. dans une liaison optique en cas de non-alimentation du répéteur. -D'autres particularités et àvantages de l'invention apparaitront clairement dans la description ci-après ainsi que dans les dessins annexés où : la figure t représente le schéma d'unepremière version du court-circuit optique selon l'invention la figure 2 représente le schéma d'une seconde version du aourt-eircuit optique selon l'invention le figure 3 représente une cellule à cristal liquide selon l'art connu, utilisée dans l'invention en tant qu'élément à réfle zion variable les figures 4 et 5 représentent l'application selon l'invention des court-circuits optiques représentés par les figures 2 et 3 à un répéteur opto-électronique. On peut voir sur la figure I le schéma de principe du courtcircuit optique électriquement commandé selon l'invention. De part et d'autre du dispositif 1 de traitement du faisceau lumineux 2 (dispositif qui peut être pour fixer les idées, un modulateur mécanique ou électro-optique) et sur le trajet'dudit-faisceau 2 sont situés les deux éléments à réflexion variable 31 et 32, l'un et l'autre commandés par la tension de commande V, émanant du générateur. 4. "e dispositif de traitement I et le générateur 4 sont alimentés par une tension VA. Le court-circuit optique comporte également deux miroirs de renvoi 310 et 320. l'absence de la tension de commande V S les deux éléments à réflexion variable réflechissent totalement la lumière qu'ils re çoivent. Lorsque la tension de commande Vs leur est appliquée, ils deviennent au moins partierlement transparents. lorsque la tension d'alimentation V, est en service, le dispositif de traitement 1 fonctionne et le générateur 4 fournit aux deux éléments 31 et 32 la tension de commande V L'élément 31 trans s met alors au moins partiellement le faisceau parallèle 21 ; la por- tion transmise du faisceau 2 suit le trajet 20I qui pénètre dans le dispositif de traitement 1, ressort sous la forme du faisceau 20E et aboutit au second élément 32 qui la transmet au moins en partie suivant le trajet 2E qui aurait été le sien en l'absence des deux éléments 31 et 32. La portion réfléchie, si elle existe, du faisceau 2 suit le trajet 21, en dehors du dispositif de traitement 1, et, après réflexion sur les miroirs 310 et 320, est partiellement réfléchie par l'élément 32 selon le trajet 2E. lorsque la tension d'alimentation V est hors service, inter A rompant par là même le fonctionnement du dispositif I, le générateur 4 s'arrête et les éléments 31 et 32 ne reçoivent plus de tension de commande. Ils deviennent alors tous deux totalement réfléchissants, et toute l'énergie lumineuse du faisceau 21 suit le trajet 21 et est intégralement réfléchie par l'élément 32 suivant le faisceau 2E. Le dispositif 1 est ainsi totalement court-circuité lorsque l'interruption de sa tension d'alimentation le met hors d'état de fonctionner. On peut voir sur la figure 2 le schéma de principe d'une seconde version du court-circuit optique selon l'invention, version dans laquelle un seul et unique élément à réflexion variable 31 est utilisé pour former simultanément l'entrée et la sortie du courtcircuit associé au dispositif de traitement 1. La tension de commande Vt de l'élément 31 est fournie par le générateur 4, alimenté par la même tension d'alimentation VA que le dispositif de traitement 1. Quand la tension d'alimentation VA est hors service, l'élément 31 est totalement réflechissant, et le faisceau incident 21 est totalement réfléchi suivant 23, sans avoir traversé le dispositif 1. Quand la tension est en service, la tension de commande VS émise par le générateur 4 rend l'élément 31 au moins partiellement transparent ; une partie au moins du faisceau incident 21 traverse l'élément 31 et suit le trajet 20I, qui, par les miroirs de renvoi 210 et 211, l'amène à l'entrée du dispositif I d'où il sort selon le trajet 203 qui par les miroirs de renvoi 212 et 213, le ramène sur l'élément 31 sous une incidence symétrique de celle du faisceau 21, de telle sorte que le faisceau 20B ressort selon le trajet 23. On sait qu'il est possible d'utiliser, en tant qu'élément à réflexion variable, tels que ceux figurant sous les références 31 et 32 dans la figure met 31 dans la figure 2, une cellule à cris tal liquide du type représenté par la figure 3. Cette figure représente une couche mince 300 de 1 + m environ d'épaisseur formée d'un matériau en phase nématique et enserrée entre deux faces planes parallèles appartenant à deux prismes 301 et 302, à section trapézoidale et taillés dans un matériau trans parent isotrope d'indice de réfraction N. A l'interface des pris mes et du cristal liquide nématique sont déposées deux électrodes 303 et 304, sous forme de couches minces d'un matériau conducteur transparent (oxyde d'étain par exemple) ; l'épaisseur de ces cou c ches est de l'ordre de 1.000 A au plus. L'espacement entre les deux prismes 301 et 302 est maintenu par les deux cales 305 et 306. Pour faciliter la compréhension du dessin, les épaisseurs de la couche mince 1, des cales 305 et 306 et des électrodes transparentes 303 et 304, ont été extrêmement exagérées par rapport aux dimensions des prismes 301 et 302. Le cristal liquide nématique utilisé pour former la couche mince 300 est caractérisé par tme anisotropie diélectrique positive. Les faces des électrodes 303 et 304 en contact avec le cristal li quide sont traitées, par un frottis de Cntelain par exempte, de raçOn telle qu'en l'absence de champ électrique appliqué aux électro des, les longues molécules qui constituent le crital liquide se disposent parallèlement à une direction unique, elle même parallèle aux plans de ces deux faces ; on fait en sorte que cette direction soit dans un plan de section droite des prismes 301 et 302. Lorsque l'on applique entre les electrodes 903 et 304 une tension de commande Vs de valeur suffisante, le champ électrique ainsi créé, perpendiculaire au plan de la couche, engendre sur chaque molécule, du fait de l'anisotropie diélectrique positive du matériau, un couple qui tend à l'orienter perpendiculairement aux parois. lies cristaux liquides sont connus comme étant fortement biréfringents. Ils constituent des milieux uniaxes positifs, dont l'axe optique est parallèle à la direction d'orientation des longues molécules. Ainsi, en l'absence de champ électrique, l'axe optique de la couche mince est parallèle au plan des électrodes et situé dans le plan de section droite des prismes.En présence du champ électrique, l'axe optique reste dans ce même plan de section- droite, mais devient perpendiculaire aux électrodes. Pour étudier la propagation d'une onde lumineuse du milieu transparent d'indice N-vers la couche mince de cristal liquide, il est possible de négliger la présence de l'électrode transparente, dont l'épaisseur est , à dessein, choisie très faible par rapport aux longueurs d'onde de la lumière visible. La présence du milieu anisotrope constituant la couche mince conduit à décomposer la vibration incidente, se propageant dans le plan de section droite suivant la direction IO, faisant l'angle d'incidence A, en ses deux composantes rectilignes, l'une contenue dans le plan d'incidence, et l'autre perpendiculaire à ce même plan. Quelle que soit l'orientation imposée à la couche mince par le champ, la vibration lumineuse rectiligne perpendiculaire au plan d'incidence est perpendiculaire à l'axe optique de la couche mince. Vis-à-vis de cette vibration, la couche mince se comporte donc comme un milieu isotrope ayant comme indice l'indice ordinaire nO du cristal liquide. 1l nten va pas de même pour la vibration contenue dans le plan d'incidence. La théorie de la propagation des ondes lumineuses dans un milieu anisotrope permet alors de montrer que, à condition que le produit N. sin A de 1' indice de réfraction N du milieu transparent par le sinus de l'angle d'incidence A soit compris entre les deux valeurs de l'indice ordinaire n out de l'indice extraordinaire i du cristal liquide, il existe toujours, lorsque l'axe optique pivote dans le plan d'incidence, une inclinaison déterminée de l'axe optique pour laquelle la vibration contenue dans le plan d'incidence ne peut pénétrer dans la couche mince et subit une réflexion totale. Ainsi grâce à un choix approprié de l'indice N et de l'angle d'incidence A - en l'absence de la tension de commande, les deux composantes de la vibration incidente subissent la réflexion totale ; que la lumière incidente soit naturelle ou polarisée, l'interface milieu transparent - couche mince se comporte comme un miroir parfait, qui réflèchi.t le rayon IO suivant OR - en présence de la tension de commande, la composante perpen diculaire au plnn d' incidence, pour laquelle 1' indice n'a pas varié, subit touJours la réflexion totale suivant la direction OR ; par contre, la composante dans le plan d'incidence est partiellement transmise suivant OTOtT ; en choisissant pour A la valeur particulière de de l'incidence de Brewster, il est possible de faire en sorte que la composante dans le plan d'incidence soit intégralement transmise si la lumière incidente est polarisée rectilignement dans le plan d'incidence, elle est alors totalement transmise ; par contre, la lumière naturelle sera transmise et réfléchie en égales proportions. La plupart des cristaux liquides ont un indice ordinaire n de l'ordre de 1,55 et un indice extraordinaire n E de l'ordre de 1,75. En prenant comme milieu transparent un verre d' indice N = 1 , 78 on obtient pour t une valeur de l'ordre de 700, et la réflexion totale de la vibration dans le plan d'incidence se produit dès que l'angle de l'axe des molécules avec la normale à la couche dépasse 350 en virion. Les figures 4 et 5 montrent l'application des court-circuits optiques, dont les schémas sont représentés respectivement par les figures 1 et 2, à un répéteur opto-électronique utilisé dans le cas d'une liaison par fibres optiques. Ces dispositifs permettent de résoudre le problème de la continuité de la transmission en cas de non-alimentation d'un répéteur. La figure 4 comporte, sous les mêmes références, un certain nombre d'éléments déjà représentés par la figure 1. Les éléments à réflexion variable 71 et 32 sont conformes au dispositif représenté par la' figure 3. Le faisceau parallèle incident 21 est fourni par une lentille 51 au foyer delaquelle est disposé l'orifice de sortie 50I de la fibre optique d'arrivée 51. De même, le faisceau parallèle 2E est reçu par une lentille 52 qui le focalise sur l'orifice d'entrée 50E de la fibre de sortie 5E. Le dispositif 1 de traitement du faisceau lumineux est ici un répéteur opto-électronique, qui comporte le photo-détecteur 10, l'amplificateur Il et le circuit de commande 12 de l'émetteur électro-luminescent 13. L'ensemble du répéteur est alimenté par la tension d'alimentation VA qui alimente également le générateur 4.Ce dernier, quand il reçoit la tension d'alimentation, fournit aux deux éléments 31 et 32 la tension de comman- de Vse qui est une tension alternative de l'ordre de 100 volts et de fréquence Voisine de tuez. Le faisceau parallèle 201,qui représente la portion du faisceau 21 transmise par l'élément 31 lorsqu'il reçoit la tension de commande Vs, est focalisé par la lentille 201 sur le photodétecteur 10 le signal électrique délivré par le photodétecteur est amplifié par l'amplificateur 11, éventuellement remis en forme impulsionnelle par un circuit de mise en forme non représenté sur la figure 4, et commande à l'aide du circuit 12 l'émetteur 13, qui émet avec un gain déterminé un signal lumineux proportionnel à celui reçu par le détecteur. L'émetteur 13 est disposé au foyer de la lentille 202, qui forme le faisceau parallèle 20E. L'émetteur 20 peut être constitué par une diode électroll nescente, émettant une lumière incohérente, qui est alors transmise à 50 par l'élément 32 pour former le faisceau 2E ; il peut être également constitué par un laser à semi-conducteur, émettant une onde cohérente et rectilignement polarisée qui, si elle est convenablement orientée, est intégralement transmise selon 2E par l'élément 32. La figure 5, où l'on retrouve un certain nombre d'éléments représentés sous les mêmes références d'une part sur la figure 2, d'autre part sur la figure 4, ne diffère de la figure 4 qu'en ce que le même élément à réflexion variable 31 est utilisé à l'entrée et à la sortie du répéteur. On utilise alors de préférence pour l'émetteur 13 un émetteur cohérent, du type laser à semi-conducteur, afin d'éviter le retour, sur l'entrée du répéteur, de la portion réflechie par l'élément 31 de l'énergie lumineuse émise par l'émetteur. L' ensemble du court-circuit peut avoir des dimensions extra mement réduites, les lentilles 51, 52, 201 et 202 ayant 5mm de diamètre, et la couche mince de cristal liquide une surface de 20 x 5mm2. L'outerture numérique des lentilles 51 et 52 est supérieure ou égale à l'ouverture numérique des fibres utilisées. REVENDICATIONS 1. Court-circuit optique électriquement commandé destiné à un dispositif électrique de traitement d'un faisceau lumineux, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens électro-optiques à réflexion variable ayant une entrée par où pénètre ledit faisceau et une sortie d'où émerge le faisceau et des moyens électriques de commande pour délivrer une tension de commande aux dits moyens électro-optiques lesdits moyens électro-optiques impoRant, en présence de ladite tension de commande, à au moins une partie dudit faisceau de suivre un premier chemin traversant ledit dispositif de traitement, et, en l'absence de ladite tension de commande, à la totalité dudit faisceau de suivre un second chemin ne traversant pas ledit dispositif de traitement ; lesdits premier et second chemins partant de ladite entrée et aboutissant à ladite sortie et les dits moyens électriques de commande et ledit dispositif de traitement étant alimentés par une tension d'alimentation commune. 2. Court-circuit optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens électro-optiques sont au moins partiellement transparents lorsqu'ils reçoivent ladite tension de commande, et totalement réfléchissants en l'absence de ladite tension. 3. Court-circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens électro-optiques comportent des premiers et des seconds moyens à réflexion variable identiques, respectivement associés à ladite entrée et à la dite sortie et recevant la même dite tension de commande. 4. Court-circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens électro-optiques comportent une surface unique à réflexion variable, lesdites entrée et sortie d'une part et ledit dispositif de traitement d'autre part étant situés de part et d'autre de ladite surface. 5. Court-circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens électro-optiques à réflexion variable comprennent au moins une cellule à cristal liquide comportant une couche mince d'un matériau en phase nématique enserrée entre les deux faces de deux prismes transparents, lesdites faces étant parallèles entre elles et revêtues d'électrodes transparentes, ladite tension de commande étant appliquée entre lesdites électrodes et le produit de l'indice du matériau constituant lesdits prismes par le sinus de l'angle d'incidence dudit faisceau étant compris entre les indices ordinaire et extraordinaire de ladite phase nématique. 6. Répéteur électro-optique caractérisé en ce qu'il met en oeuvre un court-circuit optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 7. Répéteur électro-optique selon la revendication 6, comportant un photo-détecteur, un photo-émetteur, et des moyens d'amplifacation pour recevoir le signal électrique délivré par le photo-détecteur et l'appliquer au photo-émetteur, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des premiers, des seconds, troisièmes et quatrièmes moyens stigmatiques de focalisation ; lesdits premiers et second moyens de focalisation étant respectivement disposés avant ladite entrée et après ladite sortie desdits moyens électro-optiques pour respectivement recevoir l'énergie lumineuse émanant d'une fibre optique d'arrivée et concentrer l'énergie lumineuse sur une fibre optique de sortie ; lesdits troisièmes et quatrièmes moyens de focalisation étant disposés sur ledit premier chemin pour respectivement concentrer l'énergie lumineuse sur ledit photo-détecteur et recevoir l'énergie émise par ledit photo-émetteur.