Brevet FR2557985A1 — publié le 19850712

- 1 - 2 S798 5 DEFLECTEUR ACOUSTO-OPTIQUE POLYCHROMATIQUE La présente invention concerne les déflecteurs acousto-optiques poly- chromatiques. Un déflecteur ou quelque fois dénommé par les techniciens "modulateur" est un dispositif qui permet par des moyens acousto-optiques de dévier de sa trajectoire avec, éventuellement en plus, une modulation en puissance, un faisceau lumineux se propageant sur un chemin optique déterminé. Généralement ces moyens acousto-optiques sont constitués par des cristaux taillés spécialement, par exemple, dans du paratélu- rite, sur lesquels sont appliquées des électrodes d'une source d'ultra- sons apte à émettre des signaux a une fréquence déterminée ou déter- minable. Un tel déflecteur donne de bons résultats quand il s'agit de dévier un faisceau monochromatique. Par contre quand un faisceau lumineux est polychromatique, un tel déflecteur donne naissance à sa sortie, à autant de faisceaux émergents qu'il existe de faisceaux de longueur d'ondes différentes composant le faisceau incident. L'ensemble de ces faisceaux émergents se propageant alors tous sur des chemins optiques différents qui généralement divergent à partir d'un point optique source situé sensiblement dans le déflecteur. Pour pallier ces inconvénients, d'autres dispositifs ont été imaginés. Ils peuvent être constitués, par exemple, de lames dichrolques pour séparer les différentes longueurs d'ondes sur respectivement, différents chemins optiques. Puis des déflecteurs particuliers, associés à chaque faisceaux séparés, traitent séparément ces faisceaux pour ensuite se combiner à nouveau par des moyens du type lames semi-transparen- tes, semi-réfléchissantes. Il est incontestable que, la solution décrite ci-dessus n'est pas particu- lièrement simple, et présente même des inconvénients importants, - 2 - 2557985 comme par exemple, une complexité et un encombrement des systèmes optiques, et de plus elle nécessite l'obtention d'une très grande préci- sion pour la réalisation des pièces mécaniques de support de ces systè- mes optiques. Enfin, d'une part, la stabilité n'est pas très bonne aux chocs et vibrations et d'autre part, elle comprend des pertes importantes de l'énergie optique en transmission et en réflexion par coopération avec l'ensemble de la pluralité d'élément de systèmes optiques compo- sant ce déflecteur. Aussi, la présente invention a pour but de réaliser un déflecteur acous- to-optique permettant d'obtenir la déviation d'un faisceau composé de la superposition d'au moins deux faisceaux lumineux de longueurs d'ondes différentes, d'une part d'une conception compacte et d'une réalisation simple et peu onéreuse et d'autre part, permettant d'obtenir la déviation des deux lumières de longueurs d'ondes différentes sensi- blement sur un même trajet optique. Plus précisément, la présente invention a pour objet un déflecteur acousto-optique permettant d'obtenir la déviation d'un faisceau compo- sé d'au moins deux lumières de longueurs d'ondes différentes, caractéri- sé par le fait qu'il comporte, sur un axe optique de propagation dudit faisceau lumineux composite, polarisé suivant une direction donnée, au moins deux cristaux optiques de paratélurite disposés respectivement sur ledit axe optique, successivement l'un derrière l'autre, des moyens commandables pour appliquer des ondes ultra-sons, respectivement aux deux dits cristaux, suivant une direction de propagation, cette dite direction de propagation étant parallèle à la direction de polarisa- tion dudit faisceau, chacun desdits faisceaux ayant une fréquence minimale d'action différente, les deux cristaux optiques étant disposés sur ledit axe optique, suivant la propagation dudit faisceau de façon que les valeurs respectives de leur fréquence minimale d'action soient croissantes suivant la direction de propagation dudit faisceau, sur ledit axe optique. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparai- tront au cours de la description suivante, donnée en regard du dessin annexé à titre illustratif mais nullement limitatif dans lequel la figure - 3 -2557985 unique représente, sous forme schématique, un mode de réalisation d'un déflecteur acousto-optique, particulièrement adapté à un faisceau polychromatique d'au moins trois longueurs d'ondes, comme par exem- ple, le rouge, le vert, le bleu. En revenant plus particulièrement à la figure unique, celle-ci comprend respectivement, trois cristaux déflecteurs 1, 2, 3, réalisés dans du paratélurite TEO2. Chacun des cristaux 1, 2, 3, sont taillés de façon connue pour réaliser un déflecteur unique monochromatique. Ces trois cristaux, 1, 2, 3, sont disposés successivement les uns derriè- re les autres, suivant un axe optique 4 sur lequel est apte à se propa- ger un faisceau incident lumineux 5 polychromatique constitué, par exemple, de trois longueurs d'ondes, respectivement correspondant au rouge, au vert et au bleu. A chacun de ces cristaux, 1, 2, 3, sont associées des sources d'ultra-sons, respectivement 6, 79 8 comportant des émetteurs de signaux de fréquence-radio électriques 36, 37, 38 qui sont connectés respectivement à ces cristaux par des ensemble d'électrodes ou plus précisément des transducteurs piézo-électriques représentés schématiquement en 9, 10 et 11. Les modalités d'applica- tion de ces électrodes sont cornues en elles-mêmes et ne présentent pas de difficulté. Avantageusement, entre la sortie respectivement de ces sources de fréquences-radio 6, 7 et 8 peuvent être commandées, par exemple, des modulateurs 12, 13, 14 suivis éventuellement de moyens d'amplification des signaux 15, 16 et 17. Les deux entrées de ces modulateurs 12, 13 et 14 étant connectées respectivement d'une part, à leur source d'ultra-sons et d'autre part, par une entrée de commande, à des moyens pouvant appliquer des ordres de commande sous forme de signaux émis par des émetteurs qui peuvent être, par exemple, des signaux élaborés par des moyens vidéo pour obtenir une restitution en couleur, à partir des trois couleurs fondamentales rouge, vert et bleu. Avantageusement, le faisceau incident 5 est constitué par un faisceau, par exemple du type laser, qui est polarisé suivant une direction donnée coJnre dor exemple fu moyen d'une name de BREWSTER 18c Dans cn onditicn es emoyens pour appliquer les ultra-sons à l'intérieur, - 4 - 2557985 respectivement des cristaux 1, 2, 3, sont disposés de façon que la direction de propagation de ces ondes, dans les cristaux, soit parallèle à la direction de polarisation du faisceau 5 obtenu, par exemple, au moyen de la lame de BREWSTER 18. De plus, pour chaque cristal, il existe une fréquence minimale d'action pour les ultra-sons au dessous desquels, il ne produit aucun effet sur les faisceaux incidents. Dans ce cas les trois cristaux 1, 2, 3, sont disposés successivement de façon que la fréquence minimale d'action du cristal soit située en premier et que donc les fréquences croissent en suivant la direction de propagation du faisceau lumineux 5, suivant l'axe optique orienté 4. En revenant plus particulièrement à l'exemple illustré pour obtenir les déviations de trois faisceaux rouge, vert et bleu, le premier cristal 1 est associé à la couleur rouge qui a sa longueur d'ondes la plus longue et donc la fréquence d'action la plus faible. En second est disposé le cristal 2 ayant une action pour le vert, dont la fréquence est supérieure à celle du rouge et ainsi de suite, jusqu' au cristal 3 correspondant au bleu dont la fréquence est la plus élevée des deux autres, en l'occurrence du rouge et du vert. Le déflecteur acousto-optique illustré, notamment, dans son application à la déviation et éventuelle-ment la modulation des trois couleurs fondamentales rouge, vert et bleu fonctionne de la façon suivante: - le faisceau incident 5 se propage polarisé, comme dit précédemment suivant l'axe optique 4 et traverse en premier le cristal I qui a une fréquence d'action pour le rouge. Dans ces conditions, si un signal vidéo est appliqué sur la ligne d'entrée 21 et commande l'ouverture de la porte logique 12, les ultra-sons se propagent alors à l'intérieur- du cristal i et agit donc uniquement sur la longueur d'ondes du rouge pour donner naissance à un faisceau lumineux 22 rouge qui est dévié de sa trajectoire initiale, en l'occurrence, l'axe optique 4. Ce faisceau 22 peut donc traverser les deux autres cristaux, sensiblement par le fait que sa direction de polarisation a subit une rotation de 90 dans ce premier cristal; avec une telle direction de propagation, - 5 2557985 et ayant pivoté, ce faisceau 22 peut traverser, sans être dévié les deux autres faisceaux sans subir aucune déviation et donc se propager sur l'axe 23. Si éventuellement, on désir obtenir une déviation et/ou une modulation de la couleur suivante, en l'occurrence le vert, on commande par la deuxième ligne vidéo 24 l'ouverture de la porte logique 13 qui permet alors une application des ondes d'ultra-sons dans le deuxième cristal 2 correspondant à la couleur verte. Le vert ayant traversé, sans être dévié, le premier cristal i puisque sa fréquen- ce minimale est inférieure à celle du vert, la couleur verte a pu donc pénétrer dans le deuxième cristal qui subit alors la même dévia- tion pour donner naissance à un faisceau lumineux 25 vert, suivant un axe de propagation 26. Il en serait ainsi de même pour la couleur bleu en donnant naissance par une commande sur la ligne vidéo 27 au faisceau dévié bleu 28 se propageant suivant l'axe optique 29. L'expérience montre qu'en utilisant un faisceau lumineux émis par une source laser, polarisé convenablement, les trois directions de propagation 23, 26 et 29 des faisceaux déviés sont très proches les unes des autres et de plus, sont sensiblement parallèles. De ce fait on peut, en commandant sélectivement les trois lignes vidéo de cornm- mande 21, 24 et 27, obtenir la naissance des faisceaux déviés au choix du rouge, vert ou bleu séparément ou simultanément. De plus comme ces faisceaux sont parallèles et très proches des uns des autres, il est très facile de les combiner à nouveau, par exemple, sur un écran du type vidéo pour former des images à la manière, de la télévi- sion par un balayage ligne par ligne. L'exemple qui a été décrit ci-dessus, l'a été dans le cas d'un faisceau polychromatique de trois couleurs, mais il est bien évident qu'il s'appli- que aussi bien et sans difficulté pour l'homme de l'art, à un faisceau polychromratique composé de deux longueurs d'ondes différentes ou d'une pluralité de longueurs d'ondes. Etant donné de plus que ce disposi- tif ne comporte que peu d'éléments essentiellement constitués de cristaux bien connus en eux mêmes, il présente un minimum de perte de puissance par transmission qui permet de réaliser, très facilement, des images en couleur à partir du faisceau polychromatique comme mentionné précédemment, sans difficulté de mise en oeuvre. -6 - R E VENDICATIONS 1) Déflecteur acousto-optique permettant d'obtenir la déviation d'un faisceau composé d'au moins deux lumières de longueurs d'ondes différentes, caractérisé par le fait qu'il comporte, sur un axe optique (4) de propagation dudit faisceau lumineux (5) composite, polarisé suivant une direction donnée, au moins deux cristaux optiques (1, 2, 3) défléchissants, disposés respectivement sur ledit axe optique (4), successivement l'un derrière l'autre, des moyens commandables pour appliquer des ondes ultra-sons, respectivement aux deux dits cristaux, suivant une direction de propagation, cette dite direction de propagation étant parallèle à la direction de polarisation dudit faisceau (5), chacun desdits faisceaux ayant une fréquence minimale d'action différente, les deux cristaux optiques (1, 2, 3,) étant disposés sur ledit axe optique (4) , suivant la propagation dudit faisceau de façon que les valeurs respectives de leur fréquence minimale d'action soient croissantes suivant la direction de propagation dudit faisceau, sur ledit axe optique. 2) Déflecteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits cristaux optiques défléchissants, sont réalisés en paratélurite. 3) Déflecteur selon l'une des revendications i -et 2, caractérisé par le fait que lesdits moyens commandables pour appliquer des ultra-sons, respectivement aux deux dits cristaux, comportent au moins pour chaque cristal, une source d'ondes de fréquence radio (36, 37, 38,), un modulateur (12, 13, 14) dont une entrée est connec- tée à la sortie de ladite source d'onde (6, 7, 8) et dont l'autre entree est apte à recevoir un signal d'ordre, la sortie dudit modulateur (12, 13, 14) étant connectée au cristal par des électrodes (9, 10, 11), à travers éventuellement des moyens d'amplification (15, 16, 17).