Brevet FR2479995A1 — publié le 19811009

1. La présente invention concerne le domaine des mo- dulateurs et déflecteurs acousto-optiques et, plus particu- lièrement, l'utilisation d'une plaque à zone Fresnel acousti- que pour réduire la densité de puissance du transducteur. Le profil du champ sonore produit dans les modula- teurs acousto-optiques de l'art antérieur par le transduc- teur rectangulaire, plat,typique, n'est pas optimisé pour les hautes fréquences porteuses acoustiques. Comme cela est indiqué dans l'article intitulé "A Review-of Acoustooptical Deflection and Modulation Devi- ces", Proc. IEEE, Vol. 54, n0 10, Octobre 1966, pages 1931- 1401 de E.I. Gordon, la charge en puissance du transducteur et du milieu acoustique peut être évitée par fonctionnement dans le champ lointain du faisceau acoustique, c'est-à-dire en plaçant le foyer du faisceau nominal à l'extérieur du transducteur. Cependant, avec un transducteur plat, ce fo- yer se trouve au transducteur. Le foyer du faisceau nominal peut être placé à l'extérieur du milieu acoustique si l'on utilise des trans- ducteurs cylindriques, qui produisent des faisceaux mis au point cylindriquement, ou des miroirs acoustiques. Un arti- cle de M. G. Cohen et autres intitulé: "Focusing of Micro- wave Acoustic Beams", Journal of Applied Physics, Volume 38, n0 5, Avril 1967, pages 2340-2344, décrit des techniques de 2. mise au point d'un champ sonore qui comprennent le dépôt d'un transducteur à film fin sur une surface incurvée et l'utilisation d'un miroir acoustique. Aucune de ces techni- ques n'est satisfaisante parce que les transducteurs à film fin sont notoirement moins efficaces et que les surfaces incurvées nécessitent davantage de main d'oeuvre dans leur fabrication que les surfaces plates. On a trouvé que la densité de puissance du trans- ducteur d'un dispositif acousto-optique était proportionnel- le à la puissance quatre de la fréquence porteuse acoustique si le transducteur était plat et n'était constitué que d'un seul élément. Comme il faut des fréquences de porteuses éle- vées pour obtenir de hautes performances des densités de puissance extrêmement importantes doivent être demandées au transducteur. La densité de puissance du transducteur peut - être réduite en prévoyant un ensemble de transducteurs plats. Cependant, il est nécessaire de transformer un faisceau à faible intensité et grande largeur acoustique en faisceau à haute intensité et faible largeur. Y Ohta et autres dans un article intitulé: "Impro- ved A-O Modulator for Wideband Laser Recording System", Elec- trop-Optical Systems Design, Février 1979, pages 26-29, décri- vent un modulateur acousto-optique sur lequel sont liés par de l'indium un transducteur rectangulaire plat, cinq élec- trodes placées sur la face supérieure du transducteur de longueur prédéterminée et distantes d'un écart prédéterminé. Chaque élément du transducteur est commandé par un champ électrique ayant des amplitudes relatives prédéterminées. Les distributions en amplitude et phase de l'onde acoustique au transducteur obtenues avec le dispositif de Ohta et au- tres se traduit par l'élargissement de la distribution de l'intensité lumineuse diffractée qui est nécessaire aux ap- plications à haute performance comportant un balayage. La présente invention prévoit un dispositif et un procédé nouveaux pour la mise au point d'un champ sonore dans un dispositif acousto-optique de Bragg. En particulier, une lentille plate à zone Fresnel est fabriquée sur une surface du dispositif acousto-optique de Bragg (modulateur ou déflecteur) sous 3. forme d'éléments d'électrode à haute efficacité qui sont liés à une surface plate du dispositif,la densité de puissance du transducteur étant sensiblement réduite dans un premier mode de réalisation de la présente invention,le rendement lumineux du dispositif étant sensiblement amélioré dans un second mode de réalisation de la présente invention. Un objet de la présente invention est de prévoir un nouveau dispositif acousto-optique de Bragg. Un autre objet de la présente invention est de pré- voir un procédé nouveau de mise au point d'un champ sonore dans un dispositif acousto-optique de Bragg comportantune plu- ralité d'électrodes rectangulaires sensiblement plates,qui sont formées sur une surface du transducteur du dispositif. Un autre objet de la présente invention est de pré- voir un nouveau dispositif acousto-optique de Bragg o une pluralité d'éléments d'électrode rectangulaire sensiblement plats sont formés sur une surface du transducteurdu dispositif, les électrodes étant formées comme une lentille plate à zone de Fresnel o la densité de puissance du transducteur du dis- positif est réduite dans un mode de réalisation de la présen- te invention le rendement lumineux du dispositif étant sensible- ment amélioré dans un second mode de réalisation de l'invention. Un autre objet de la présente invention est de pré- voir un dispositif acousto-optique de Bragg o la densité de puissance du transducteur est sensiblement réduite aux hautes fréquences porteuses,ce qui permet l'utilisation d'un verre relativement peu coûteux comme milieu acousto-optique à la pla- ce des matériaux cristallins relativement chers. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci- joints dans lesquels: La figure 1 est une vue en perspective d'un mode de réalisation du dispositif acousto-optique de la présente in- vention o la densité de puissance du transducteur est rédui- te;et - La figure 2 est une vue en perspective d'un second mode de réalisation acousto-optique de la présente invention o la densité de puissance du transducteur est rédui- 4. te et le rendement lumineux sensiblement amélioré. En liaison avec la figure l,un mode de réalisa- tion d'un dispositif électro-acoustique de Bragg 10 (modula- teur ou déflecteur) de la présente invention est représen- té o la densité de puissance du transducteur est sensible- ment réduite. le dispositif 10 comprend de préférence un mi- lieu acousto-optique en verre 11, tel que le verre au quartz dense dit Schott SF8,un métal,une couche électrique de mas- se 12, une couche de cristal de niobate de lithium 13 et un ensemble d'éléments d'électrodes métalliques 16, 16... 22. Les dispositifs de balayage à laser récemment mis au point, qui utilisent des dispositifs acousto-optiques pour le modulateur ou le déflecteur, ont de meilleures per- formances (signaux électroniques de plus haute fréquence) grâce à la réduction des dimensions (hauteur et longueur) de l'élément transducteur. Cependant, la réduction des dimen- sions a pour effet d'augmenter la dissipation de puissance dans le transducteur, ce qui provoque à son tour des problèmes de distorsion optique induits thermiquement et une panne éventuelle du dispositif-. La présente invention permet l'uti- lisation d'un verre relativement peu coûteux comme milieu acousto-optique pour remplacer les matériaux chers en cris- taux tels que le dioxyde de tellurium. Une technique permettant de réduire la dissipa- tion de puissance dans la couche 13 du transducteur, selon la présente invention, consiste à diviser l'électrode de commande classique en un ensemble d'électrodes 14, 16... 22, comme cela est représenté dans la figure, de façon à répar- tir l'énergie dissipée en une pluralité d'électrodes au lieu de la concentrer en une seule électrode (le nombre d'électrodes préféré dans la présente invention est de trois à cinq). De façon à éviter-une distribution de l'énergie sonore sur une surface relativement importante qui n'agirait pas de manière optimum sur le faisceau lumineux incident qui serait produit par l'ensemble d'électrodes, cet ensemble est formé comme un agenement avec plaques à zone Fresnel sur une surface du dispositif, ce qui permet d'obtenir un cône d'énergie sonore d'une façon simple et efficace. 5. Une plaque à zone de Fresnel, comme cela est connu dans l'art de l'optique, est un simple masque avec une séquen- ce d'anneaux ou zones alternativement transparentes et opa- ques, les rayons étant choisis de façon que les radiations transmises interfèrent de manière constructive en un point prédéterminé (le foyer principal). Une plaque à zone positi- ve (négative) est définie comme comportant une zone centra- le transparente (opaque). De façon à réaliser une plaque à zone équivalente dans le cadre de la présente invention, il est nécessaire d'exciter l'électrode dans les régions corres- pondant aux zones de transmission de la plaque à zones. Cela est obtenu en utilisant des techniques photolithographiques qui ont pour but de faire évaporer un motif de la plaque à zones sous forme d'ensemble linéaire d'électrodes 14, 16... 22 sur une surface de la couche 13. - On a déterminé que, de façon à obtenir un cône bien défini d'énergie acoustique,une extrémité de l'ensem- ble d'électrodes devait être couplée à. une partie commune 12 (typiquement la masse) et que les autres extrémités du transducteur devaient être couplées à des sources de tension de façon que la puissance totale appliquée aux éléments d'électrode soit comprise entre environ 1 et environ 3 watts, la tension appliquée à un élément d'électrode étant dépha- sée de 1800 par rapport à celle de l'électrode suivante. On notera que la configuration décrite des dispositifs acousto- optiques permet l'utilisation de hautes fréquences porteu- ses (typiquement dans la plage comprise entre environ 25 MHz et environ 150 MHz), ainsi que l'utilisation de verre comme milieu 12. En outre, et en conformité avec les techniques optiques utilisant des plaques à zone Fresnel standard, les électrodes 14, 16... 22 ont une forme telle que l'électrode centrale 18 a la longueur la plus grande (typiquement 3,0 millimètres); les électrodes suivantes 16 et 20 ont une lon- gueur plus petite (typiquement 2,0 millimètres) et les élec- trodes les plus éloignées 14 et 22 la longueur la plus peti- te (typiquement 1,5 millimètre)-. De même, l'écartement entre électrodes diminue au fur et à mesure qu'on s'éloigne de 6. l'électrode centrale 18. Par exemple, l'interstice entre électrodes 16 et 18 et entre électrodes 18 et 20 est typique- ment de 0,5 millimètre; entre les électrodes 14 et 16 et les électrodes 20 et 22 typiquement de 0,25 millimètre. Bien que seules cinq électrodes soient représentées dans l'ensem- ble, on remarquera que des électrodes supplémentaires peu- vent être ajoutées à cet ensemble. La couche 13 du transduc- teur comprend typiquement du niobate de lithium comme indi- qué précédemment. Comme cela est représenté,un faisceau de lumière 40, par exemple un faisceau produit par un laser, tombe sur une surface 42 du dispositif 10 suivant l'angle de Bragg (le ter- me est bien connu dans le domaine des dispositifs acousto-op- tiques), l'énergie acoustique étant focalisée de manière tel- le que le foyer primaire se produit en un point 44 coinci- dant sensiblement avec la zone d'incidence du faisceau 40 sur la surface 42. La figure 2 représente un second mode de réalisation de la présente invention semblable au premier mode, o le faisceau lumineux tombe sur le dispositif acousto-optique 50 d'une manière telle que le couplage acoustooptique se trouve ainsi optimisé. On notera que des références identiques sont utilisées dans chaque figure pour représenter des composants identiques. Dans ce mode de réalisation, le faisceau lumineux 52 tombe sur la surface 54 du dispositif, ce faisceau excitant le dispositif à partir de la surface 56. Les électrodes 14, 16... 22 sont étendues dans la direction du faisceau lumineux incident de façon que le champ acoustique 58 ne soit pas fo- calisé dans le milieu acousto-optique 12. Cependant, le faisceau lumineux 52 ne doit pas se trouver au foyer sonore à cause de l'interaction lumière/son s'établissant pendant la traversée du milieu 12 par le faisceau 52. Dans ce mode de réalisation, une plus grande souplesse dans les dimensions et l'écartement entre électrodes est permise par rapport au dispositif de la figure 1, grâce à la meilleure interaction lumière/son représentée dans cette figure. La présente invention n'est pas limitée aux exemples 7. de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au con- traire susceptible de variantes et de modifications qui appa- raitront à l'homme de l'art. 8. REVENDICATIONS 1 - Dispositif acousto-optique perfectionné pour utilisation dans des systèmes de balayage, caractérisé en ce qu'il comprend: - un milieu acousto-optique, - un ensemble d'électrodes à plaque à zone de Fres- nel lié à une surface du milieu; et - unmoyen pour alimenter chaque électrode de l'en- semble avec une tension. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la tension appliquée à l'ensemble a une fréquence porteuse comprise entre environ 25 MHz et environ MHz. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractéri- sé en ce que le milieu est constitué de verre. 4 - Dispositif selon la revendication 3, caracté- risé en ce que les tensions appliquées aux électrodes conti- guës de l'ensemble sont déphasées de 180 . - Dispositif selon la revendication 4, caractéri- sé en ce qu'il comprend en outre un-moyen pour produire un faisceau laser et diriger ce faisceau sur le milieu.