Brevet FR2399044A1 — publié le 19790223

L'invention concerne un obturateur électro-optique et plus particulièrement un obturateur électro-optique fonctionnant par effet Pockels. On sait qu'un obturateur électro-optique à effet Pockels comporte essentiellement un cristal électro-optique apte à transmettre ou à bloquer un faisceau lumineux selon qugil est soumis ou non à un champ électrique, et des moyens pour établir et supprimer ce champ électrique, On connais un obturateur de ce type constitué par une ligne de transmission plate comportant une plaque isolante sur les deux faces de laquelle sont appliquées respectivement deux électrodes métalliques, cette ligne plate pouvant être mise en série dans une ligne coaxiale. La plaque isolante est constituée de deux plaquettes juxtaposées de meme épaisseur constituées respectivement de silicium et d'un cristal électro-optique. Une des électrodes est divisée en deux parties séparées par un intervalle disposé sur la plaquette de silicium.Lorsqu'on applique une tension électrique entre la partie de l'électrode divisée qui est située entièrement sur la plaquette de silicium et l'autre électrode, le silicium se comporte comme un isolant. Le cristal ntest donc soumis à aucun champ électrique et bloque tout faisceau lumineux incident. Lorsqu'on illumine la plaquette de silicium par une impulsion lumineuse focalisée sur l'intervalle de ltélectrode divisée, cette plaquette devient localement conductrice. Un champ électrique est établi dans le cristal qui est alors capable de transmettre un faisceau lumineux incident. Cet obturateur présente cependant l'inconvénient de limiter l'épaisseur du cristal à l'épaisseur nécessairement très faible de la plaquette de silicium et de limiter en conséquence le diamètre du faisceau lumineux à transmettre. De plus, la structure de cet obturateur n1 est pas adaptée au cas où ltaxe du faisceau à transmettre est parallèle au champ électrique. L'invention a pour but de pallier ces inconvénients. La présente invention a pour objet un obturateur électro-optique comportant - un cristal électro-optique capable de transmettre un faisceau lumineux incident par application d1un champ électrique, - deux électrodes sensiblement opposées et en contact avec le cristal, une première desdites électrodes étant divisée par un in- tervalle en une première et une deuxième partie, la deuxième partie étant seule en contact avec le cristal - une pièce d'un matériau semiconducteur, en contact avec les deux parties de la première électrode, cette pièce étant apte à être rendue électroniquement conductrice lorsqu'elle reçoit un rayonnement lumineux, - et des moyens pour créer entre la première partie de la première électrode et la deuxième électrode une différence de potentiel électrique, de façon à créer un champ électrique dans le cristal lorsque la pièce est conductrice, ce champ électrique étant supprimé lorsque la pièce nrest pas conductrice, caractérisé par le fait - que la deuxième partie de la première électrode comporte une feuille metallique allongée dont la longueur s'étend entre ledit intervalle et ledit cristal, la largeur de cette feuille croissant de façon continue dudit intervalle audit cristal, - qu'il comporte en outre une plaque d'un matériau diélectrique, cette plaque entourant le cristal et étant disposée entre les deux électrodes, ces dernières étant appliquées sur la plaque, l'épais- seur de la plaque croissant de façon continue dudit intervalle audit cristal, - et que ladite pièce est appliquée sur la plaque dans ledit intervalle. L'invention est décrite ci-dessous, à titre illustratif mais nullement limitatif, en regard du dessin annexé dans lequel la figure t représente un mode de réalisation de l'obturateur selon l'invention et la figure 2 est une vue en coupe partielle de cet obturateur suivant un plan médian longitudinal. L'obturateur illustré par ces figures comporte un cristal électro-optique 1 constitué par exemple par du phosphate diacide de potassium KH2P04 deutéré, appelé plus communément Kfl*p. Le cristal I a la forme Wdtun cylindre et ltaxe de ce cylindre est perpendiculaire à une électrode 2 constituée par une plaque parallélépi pédique en laiton. Une extrémité du cristal s'engage dans un logement 3 de la plaque et la face plane correspondante du cristal débouche dans une percée 4 de la plaque, cette percée étant située dans l'axe du logement 3 sensiblement au centre de la plaque.L'extrémité inférieure du cristal 1 est ainsi en contact avec l'élec- trode 2 ; ce contact peut être facilité par un dépôt préalable drune couche annulaire conductrice (non représentée) sur la partie inférieure de la surface cylindrique du cristal 1. L'obturateur comporte une autre électrode 5 opposée à l'élec- trode 2 ; l'électrode 5 est constituée par une feuille métallique en forme de bande, en cuivre par exemple. La partie centrale de l'électrode est munie dune ouverture circulaire en contact avec la partie supérieure de la surface cylindrique du cristal 1. Ce cristal peut comporter un autre dépôt métallique annulaire (non représenté) sur la partie supérieure de sa surface cylindrique et l'ouverture de l'électrode 5 peut être repliée pour former un bord cylindrique (non représenté) de faible hauteur, destiné à entrer en contact avec cet autre dépôt métallique. L'électrode 5 est divisée en deux parties distinctes 7 et 8 par un intervalle de faible épaisseur, représenté dans la partie gauche de ltélectrode 5. Dans cet intervalle est disposéeune piece 6 d'un matériau semiconducteur tel que le silicium, en contact avec les deux parties de l'électrode 5. La partie 7 de l'électrode 5, représentée à gauche de la pièce 6 a une largeur constante "a" faible, par exemple de l'ordre de lmm. Cette faible largeur est imposée par la pièce de silicium qui doit être totalement illuminée par un faisceau laser focalisé surune petite surface. L'autre partie 8 de l'électrode 5 a une largeur qui croit de façon continue entre l'intervalle et le cristal 1, respectivement de la valeur "a" à une valeur "b" qui peut être par exemple de 20 mm si le diamètre du cristal 1 est de 3 mm. Cette largeur peut croitre par exemple linéairement, comme il est visible sur la figure 1. La largeur de l'électrode 5 est de préférence ra cour cive localement à proximité du cristal 1 par deux échancrures 9 et 10 de part et d'autre de l'axe longitudinal 11 de l'électrode 5. Ces échancrures peuvent être circulaires comme représenté sur la figure 1. Entre les deux électrodes 2 et 5, est disposée une plaque 12 entourant le cristal 1 ; cette plaque est constituée d'un matériau diélectrique tel que le polytétrafluoréthylène. Les électrodes 2 et 5 sont appli- quées respectivement sur les deux faces de la plaque 12 et l'é- paisseur de cette plaque croit de fanon continue de la pièce 6 au cristal i. La pièce de silicium 6 est appliquée sur la face supérieure de la plaque 12, dans l'intervalle ménagé entre les deux parties 7 et 8 de l'électrode 5. -Les électrodes 2 et 5 ainsi que la plaque 12 sont sensiblement symétriques par rapport à un plan 13 passant par l'axe du cristal l et perpendiculaire à l'axe 11 de l'électrode 5, mais l'électrode 5 ne comporte évidemment qu'un seul intervalle, le prolongement de cette électrode à droite du plan 13 n'en comportant pas. Une autre pièce en silicium 18 analogue à la pièce 6 est disposée sur la face supérieure de la plaque 12 en contact avec la partie 7 de l'électrode 5. Un conducteur en laiton 19 connecte électriquement la pièce 18 à la plaque constituant l'électrode 2. Les deux extrémités de l'électrode 5 sont reliées par des connexions 14 et 15 respectivement à deux prises 1o et 17 de façon à pouvoir mettre l'électrode 5 en série dans le circuit du conducteur central d'un câble coaxial (non représenté), l'électrode 2 étant connectée en série dans le circuit du conducteur périphérique de ce câble coaxial. Le dispositif représenté sur les figures I et 2 fonctionne de la façon suivante. Une impulsion de tension transmise par le câble coaxial porte la partie 7 de l'électrode 5 à une tension électrique prédéterminée par rapport à l'électrode 2. Lorsqu'on illumine alors la pièce de silicium 6 par un faisceau laser focalisé issu d'une source non représentée, la pièce 6 devient électroniquement conductrice. La partie 8 de l'électrode 5 est portée alors au meme potentiel que la partie 7, ce qui permet d'appliquer un champ électrique sur le cristal 1. Ce cristal peut ainsi transmettre un faisceau lumineux 20 tel qutun faisceau laser parallèlement à ltaxe du cristal. Pour assurer une commutation rapide; on illumine à cet instant la pièce de silicium 18 à l'aide du faisceau laser ayant servi à exciter la pièce 6 ou à l'aide d'un autre faisceau laser, ce qui entraine la mise en court-circuit des électrodes 5 et 2. Le faisceau 20 est alors bloqué. Le dispositif selon l'invention permet donc dtinterrompre de façon très rapide ou de moduler un faisceau laser avec des temps de réponse de ltordre de quelques dizaines de picosecondes. Lrobturateur décrit ci-dessus présente ltavantage d'avoir une impédance sensiblement constante le long de son axe 11. On sait en effet que l'impédance est proportionnelle à la section des électrodes et inversement proportionnelle à lrépaisseur du diélectrique. Dans l'obturateur représenté sur les figures 1 et 2, la largeur croissante de l'électrode 5 de la pièce 6 au cristal 1 est compensée par l'épaisseur croissante de la plaque diélectrique de façon à maintenir l'impédance constante. Par ailleurs les échancrures 9 et 10 permettent de compenser la capacité parasite produite par le cristal dont la constante diélectrique est nettement supérieure à celle de la plaque. On évite ainsi les inconvénients (tels que la détérioration du front de montée de la commu- tation) qui résulteraient d'une discontinuité d'impédance le long de l'obturateur. De plus, cet obturateur est particulièrement adapté au cas où le faisceau lumineux transmis par le cristal est parallèle au champ électrique d'excitation. Dans ce cas en effet, la technique selon l'art antérieur serait difficilement applicable, étant donné que la hauteur relativement grande du cristal serait incompatible avec la faible épaisseur requise pour la plaquette de silicium. Enfin, l'obturateur selon l'invention peut hêtre réalisé sans difficulté pour tous les diamètres possibles de faisceau laser à transmettre. REVENDICATIONS 1/ Obturateur électro-optique comportant - un cristal électro-optique capable de transmettre un faisceau lumineux incident par application d'un champ électrique, - deux électrodes sensiblement opposées et en contact avec le cristal, une première desdites électrodes étant divisée par un intervalle en une première et une deuxième partie, la deuxième partie étant seule en contact avec le cristal - une pièce d'un matériau semiconducteur, en contact avec les deux parties de la première électrode, cette pièce étant apte à être rendue électroniquement conductrice lorsqu'elle reçoit un rayonnement lumineux - et des moyens pour créer entre la première partie de la première électrode et la deuxième électrode une différence de potentiel électrique, de façon à créer un champ électrique dans le cristal lorsque la pièce est conductrice, ce champ électrique étant supprimé lorsque la pièce n'est pas conductrice, caractérisé par le fait - que la deuxième partie de la première électrode comporte une feuille métallique allongée dont la longueur s'étend entre ledit intervalle et ledit cristal, la largeur de cette feuille croissant de façon continue dudit intervalle audit cristal, - qu'il comporte en outre une plaque d'un matériau diélectrique, cette plaque entourant le cristal et étant disposés entre les deux électrodes, ces dernières étant appliquées sur la plaque, ltépais- seur de la plaque croissant de façon continue dudit intervalle audit cristal - et que ladite pièce est appliquée sur la plaque dans ledit intervalle. 2/ Obturateur électro-optique selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre une autre pièce dudit matériau semiconducteur, cette autre pièce étant en contact avec la première partie de la première électrode et avec un conducteur électrique connecté à la deuxième électrode. 3/ Obturateur électro-optique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que, la deuxième électrode étant plane, ledit cristal est un cylindre dont l'axe est perpendiculaire au plan de cette deuxième électrode, le faisceau lumineux transmis par le cristal et le champ électrique appliqué étant parallèles à l'axe du cylindre, et que les deux électrodes comportent des percées en regard des deux faces planes respectives du cylindre pour laisser passer le faisceau lumineux, le contact entre les électrodes et le cristal s'effectuant respectivement à proximité des deux extrémités du cristal. 4/ Obturateur électro-optique selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les moyens pour créer entre la première partie de la première électrode et la deuxième électrode, une différence de potentiel électrique comportent des moyens pour mettre l'obturateur en série dans une ligne de transmission coaxiale. 5/ Obturateur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les deux électrodes et la plaque se prolongent au dela dudit cristal d'une façon sensiblement symétrique par rapport å un plan passant par l'axe du cristal et perpendiculaire à la plus grande dimension de la première électrode, le prolongement de la première électrode ne comportant pas d'intervalle. 6/ Obturateur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la largeur de la première électrode est raccourcie à proximité du cristal par deux échancrures de part et d'autre du cristal afin de compenser l'effet de ce cristal sur la capacité diélectrique de l'obturateur. 7/ Obturateur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le cristal est constitué de phosphate diacide de potassium KH2P04. 8/ Obturateur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que ledit matériau semiconducteur est le silicium. e 9/ Obturateur selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le faisceau lumineux ainsi que lesdits rayonnements lumineux sont émis par des sources laser.