Brevet FR2403591A1 — publié le 19790413

La présente invention concerne un dispositif de concentration d'énergie lumineuse sur une cible. On connait un dispositif de concentration d'énergie lumineuse sur une cible, comprenant essentiellement un générateur laser et un système optique convergent orientable, à distance focale variable. On oriente d'abord l'axe du système optique dans la direction de la cible puis on fait varier la distance focale du système optique pour faire coïncider le foyer avec la cible, la distance du dispositif à la cible pouvant être déterminée par exemple à l'aide d'un télémètre laser. Mais lorsque le faisceau laser à concentrer est de très forte intensité, il apparait que la zone de concentration maximale du faisceau ne correspond plus au foyer du système optique. Cette zone est située à une distance du système optique inférieure à sa distance focale. L'intervalle entre le foyer théorique et la zone effective de concentration varie en fonction de la puissance du faisceau et de la vitesse du vent soufflant dans cette zone. Si on règle la distance focale du système optique selon les indications du télémètre, on commet donc- une erreur de tir importante. La présente invention a pour but de pallier cet inconvénient. La présente invention a pour objet un dispositif de concentratisn d'énergie lumineuse sur une cible, comportant - un générateur d'un faisceau laser, - un système optique convergent apte à focaliser le faisceau laser dans une zone de concentration, ce système optique comportant au moins un élément fixe et un élément mobile centrés sur un axe, - des moyens d'orientation du système optique pour placer la zone de concentration dans la direction de la cible, - et des moyens commandables pour modifier la position de l'élément mobile par rapport à l'élément fixe par translation le long dudit axe, afin de faire varier la distance focale du système optique, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre - un récepteur optoélectronique disposé pour recevoir une partie de- la lumière du faisceau renvoyée par la cible et apte à délivrer en retour un signal électrique représentatif de l'intensité de ladite partie de lumière, - un générateur de vibrations apte à imprimer audit élément mobile un mouvement de translation alternatif de faible amplitude prédéterminé le long dudit axe de part et d'autre de ladite position de façon à provoquer une fluctuation du signal électrique, - un comparateur de phase sensible à ladite vibration et à laite fluctuation du signal électrique et apte à déterminer le sens dans lequel ledit élément mobile doit être déplacé pour augmenter l'amplitude du signal électrique, - et un système d'asservissement recevant ledit signal électrique et connecté au comparateur pour agir sur lesdits moyens commandables dans ledit sens. L'invention est décrite ci-dessous à titre illustratif mais nullement limitatif, en regard du dessin annexé dans lequel la figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation du dispositif selon l'invention et la figure 2 est un diagramme destiné à faciliter la compréhension du fonctionnement du dispositif représenté sur la figure 1. Le dispositif illustré par la figure I comporte un générateur laser 1 émettant un faisceau 2 de forte puissance suivant un axe 3. Le générateur 1 peut être notamment du type à gaz carbonique émettant à la longueur d'onde de 10,6 microns ou du type à l'acide fluorhydrique émettant à la longueur d'onde de 3,8 microns. Le faisceau 2 est reçu sur un système optique convergent comportant un élément fixe et un élément mobile le long de l'axe 3. Le système optique représenté sur la figure 1 est du type Cassegrain; l'élément fixe est constitué par un miroir concave parabolique 4 muni d'une percée axiale 5 pour laisser passer le faisceau 2 et l'élément mobile est un miroir convexe 6 dont la face réfléchissante est en regard de celle du miroir 4. Le miroir 6 est solidaire du noyau plongeur 7 d'un électro-aimant 8 par l'intermédiaire d'un organe de liaison mécanique représenté schématiquement par un levier 9 sur la figure 1. L'électro-aimant 8 comporte une culasse fixe autour de laquelle est disposé un enroulement continu. Cet enroulement est alimenté par une source électrique 10 dont la tension variable est commandée par un système d'asservissement 11. Un récepteur optoélectronique 12 est disposé à proximité du système optique et la sortie électrique de ce récepteur est relié à une entrée du système 11. Le dispositif comporte en outre une source électrique 13 de courant alternatif dont la sortie est reliée à l'électro-aimant 8 pour alimenter un enroulement alternatif disposé autour de la culasse de cet électroaimant.Enfin le dispositif comporte un comparateur de phase 16 dont les deux entrées sont reliées respectivement aux sorties de la source 13 et du récepteur 12. La sortie du comparateur 16 est reliée à une autre entrée du système d'asservissement 11. Le dispositif représenté sur la figure 1 fonctionne de la manière suivante. Le faisceau laser 2 est réfléchi successivement sur les miroirs 6 et 4 pour former un faisceau 14 focalisé en une zone de concentration éloignée non visible sur la figure 1. Cette zone de concentration est dirigée dans la direction d'une cible par des moyens connus d'orientation du système optique, non représentés sur la figure 1. Etant donné que le faisceau laser est de très forte puissance la zone de concentration maximale de l'énergie du faisceau est située en deçà du foyer théorique. Cette défocalisation dont l'amplitude est fonction de la vitesse du vent est provoquée par un phénomène de distorsion thermique décrit dans l'article intitulé "Self induced Thermal distortion in the near field for a laser beam in a moving médium't extrait de la revue des Etats Unis d'Amérique "IEEE Journal of quantum electronics" vol. QE7, n" 2, pages 63 a 73. Le récepteur optoélectronique 12 reçoit une partie 15 de l'énergie du faisceau 14 renvoyée par la cible et délivre en retour un signal électrique transmis au système 11. Le système d'asservissement 11 règle la tension de la source 10 de façon à entrather par déplacement du noyau 7 une translation axiale du miroir 6 dans un sens tel qu'elle provoque une variation de la distance focale du système propre à augmenter l'intensité du faisceau 15, l'amplitude du signal électrique délivré par le récepteur 12 étant par conséquent augmentée. Pour déterminer le sens dans lequel le système 1 1 doit déplacer le miroir 6 pour augmenter l'intensité du faisceau 15, on impose au miroir 6, à l'aide de la source 13 reliée à l'enroulement alternatif de ltélectro-aimant 8, une vibration de faible amplitude le long de l'axe 3 de part et d'autre de la position moyenne de ce miroir définie par la tension de la source 10. Il en résulte une variation alternative de distance focale du système optique et donc une fluctuation de l'intensité lumineuse du faisceau 14. Cette fluctuation provoque une modulation des signaux électriques délivrés par le récepteur 12. Le sens de déplacement du miroir 6 par le système 1 1 pour obtenir l'effet désiré est déterminé par le comparateur de phase 16. En effet, les deux enroulements étant par exemple en série dans le circuit magnétique de l'électro-aimant 8, ce sens de déplacement est celui qui correspond à une augmentation de tension de la source 10 lorsqu'une augmentation de tension de la source 13 provoque une augmentation de l'amplitude du signal électrique délivré par le récepteur 12. Ce sens de déplacement est au contraire celui qui correspond à une diminution de tension de la source 10 lorsqu'une augmentation de tension de la source 13 provoque une diminution de l'amplitude du signal électrique. Dans ce mode de réalisation, le système d'asservissement 1 1 déplace donc le miroir 6 jusqu'à ce que l'amplitude moyenne du signal électrique délivrée par le récepteur -12 soit maximale. I1 est clair que l'intensité du faisceau 15 renvoyée par la cible sera maximale lorsque la zone de concentration du faisceau 14 sera confondue avec la cible. Le système d'asservissement 11 a donc pour effet de déplacer le miroir 6 par rapport au miroir 4 de façon à faire coincider la zone de concentration avec la cible. Le diagramme de la figure 2 montre la courbe de variation de la densité d'énergie lumineuse D le long du faisceau laser en fonction de la distance d au point de visée. La courbe passe par un maximum M obtenu pour une valeur Zm de d inférieure à la valeur Zo qui correspond à la distance focale théorique du système optique. Au point A de cette courbe, relativement éloigné du point M, la variation de distance focale d provoquée par la vibration du miroir 6 entraide une fluctuation DA de la densité d'énergie du faisceau. Par contre au point B proche du point M la même variation t d provoque une fluctuation DB beaucoup plus petite. On voit donc que la fluctuation d'intensité du faisceau est d'autant plus faible, pour une vibration donnée du miroir 6, que l'on se rapproche du point maximum M de la courbe. Dans un autre mode de réalisation, du dispositif, le système d'asservissement 1 1 peut donc agir sur la tension de la source 10 de façon à réduire à une valeur minimale Pamplitude de la fluctuation des signaux délivrés par le récepteur 12. A titre indicatif, la vibration imposée au miroir 6 peut avoir une amplitude de l'ordre de 30 microns et une fréquence de 500 Hz lorsque la distance focale et le diamètre du miroir 4 sont de un mètre environ. Les deux modes de réalisation du dispositif décrits ci-dessus permettent donc de faire coïncider la zone de concentration maximale de l'énergie d'un faisceau laser avec une cible préalablement "acquise". Par rapport aux dispositifs connus fonctionnant à l'aide de télémètres optiques, le dispositif selon l'invention présente l'avantage d'être beaucoup plus précis, de ne pas nécessiter la connaissance de la distance de.la cible ni de la vitesse du vent soufflant sur le trajet du faisceau laser. La présente invention peut être appliquée à la destruction de missiles par faisceau laser. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier on peut, sans sortir du cadre de l'invention, changer certaines dispositions et remplacer certains moyens par des moyens équivalents. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de concentration d'énergie lumineuse sur une cible, comportant: - un générateur d'un faisceau laser, - un système optique convergent apte à focaliser le faisceau laser dans une zone de concentration, ce système optique comportant au moins un élément fixe et un élément mobile centrés sur un axe, - des moyens d'orientation du système optique pour placer la zone de concentration dans la direction de la cible, - et des moyens commandables pour modifier la position de l'élément mobile par rapport à l'élément fixe par translation le long dudit axe, afin de faire varier la distance focale du système optique, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre:: - un récepteur optoélectronique disposé pour receVoir une partie de la lumière du faisceau renvoyée par la cible et apte à délivrer en retour un signal électrique représentatif de l'intensité de ladite partie de lumière, - un générateur de vibrations apte à imprimer audit élément mobile un mouvement de translation alternatif de faible amplitude prédéterminée le long dudit axe de part et d'autre de ladite position de façon à provoquer une fluctuation du signal électrique, - un comparateur de phase sensible à ladite vibration et à ladite fluctuation du signal électrique et apte à déterminer le sens dans lequel ledit élément mobile doit être déplacé pour augmenter l'amplitude du signal électrique, - et un système d'asservissement recevant ledit signal électrique et connecté au comparateur pour agir sur lesdits moyens commandables dans ledit sens. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit système d'asservissement est du type agissant sur lesdits moyens commandables dans ledit sens jusqu'à l'obtention d'une valeur maximale de l'amplitude moyenne du signal électrique. 3/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit système d'asservissement est du type agissant sur lesdits moyens commandablesdans ledit sens jusqu'à l'obtention d'une valeur minimale de l'amplitude de la fluctuation du signal électrique. 4/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que lesdits moyens commandables pour modifier la position de l'élément mobile comportent un électro-aimant comprenant une culasse fixe, un noyau plongeur solidaire de l'élément mobile et un enroulement continu disposé autour de la culasse, les extremités de cet enroulement étant reliées aux bornes d'une source électrique de courant continu dont la tension est commandée par le système d'asservissement. 5/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit générateur de vibrations comporte un enroulement alternatif disposé autour de la culasse et une source électrique de courant alternatif dont les bornes sont reliées aux extrémités de l'enroulement alternatif. 6/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément fixe est un miroir concave comportant une ouverture axiale pour laisser passer le faisceau laser 7/ Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'élément mobile est un miroir convexe dont la surface refléchissante est en regard de celle du miroir concave, ce miroir convexe étant apte à recevoir le faisceau laser et le réfléchir sur la face réfléchissante du miroir concave.