Brevet FR2554933A1 — publié le 19850517

La présente invention concerne un modulateur et/ou dé- flecteur acoustico-optique comprenant un matériau optiquement transparent et un transducteur électrique-acoustique destiné à produire des ondes acoustiques dans ledit matériau. Un tel disposi- tif est décrit dans un article d'I.C. Chang, "Acoustooptic Devices and Applications", IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonics, SU-23, pp. 2 à 22, 1976. Un tel dispositif décale la fréquence optique d'un fais- ceau lumineux le traversant et le dévie de sa direction originale. En conséquence, un tel dispositif peut être utilisé comme modula- teur de lumière (le cas o seul un décalage de la fréquence optique est produit sera également appelé dans ce qui suit "modulation de lumière) et/ou comme déflecteur de lumière. L'angle de déflexion et le décalage de fréquence causés par la modulation dépendent de la fréquence du signal d'attaque appliqué au transducteur électrique-acoustique. Un tel dispositif permet non seulement de réaliser une modulation de fréquence, mais aussi une modulation d'intensité. La modulation d'intensité dépend de la puissance du signal d'attaque du transducteur. Un inconvé- nient réside dans le fait que, pour des raisons de faisabilité, une fréquence minimale donnée (environ 20 MHz pour les composants dis- ponibles dans le commerce) est nécessaire pour attaquer le trans- ducteur électrique-acoustique. De ce fait, ce dispositif connu ne peut pas être utilisé pour obtenir de petites modifications de la fréquence optique. Si le transducteur électrique-acoustique était, de manière théorique, de dimensions si grandes que des basses fré- quences d'attaque soient possibles, le faisceau lumineux émergent de fréquence décalée ne serait séparé du faisceau émergent non décalé en fréquence que par un angle si petit qu'il serait prati- quement impossible d'intercepter un seul des deux faisceaux. L'objet de l'invention est de proposer un modulateur et/ou déflecteur acoustico-optique permettant également de petites modifications de la fréquence d'un faisceau lumineux le traversant. Cet objectif est atteint en ce qu'il est prévu un autre transducteur destiné à produire des ondes acoustiques et en ce que les deux transducteurs sont disposés de telle manière que les di- rections ao propagation des deux onces acoustiques se coupent dans le matériau optiquement transparent. Avec ce nouveau dispositif, il est possible non seule- ment de produire de petites modifications de la fréquence du fais- ceau lumineux, mais également de séparer le faisceau lumineux de fréquence décalée du faisceau lumineux de fréquence non décalée. En conséquence, même si le décalage de fréquence est faible, une sup- pression de porteuse idéale est obtenue en éliminant le faisceau lumineux de fréquence non décalée. Une efficacité optimale est obtenue pour le faisceau lumineux de fréquence décalée si le fais- ceau Lumineux frappe le dispositif suivant un angle auquel se pro- duit la réflexion de Bragg. Avec ce nouveau dispositif, des ondes acoustiques sont produites dans deux directions. Cela permet une déflexion bidimen- sionnelle du faisceau lumineux, ce qui est intéressant pour de nombreuses applications (par exemple, écriture optique). Le nouveau dispositif peut être utilisé de manière avan- tageuse dans le gyroscope à fibre optique décrit dans la demande de brevet allemand DE-OS 31 36 688. Dans ce gyroscope, il est souhaitable, pour un mode de fonctionnement particulier, d'avoir une différence de phase de w/2 entre les deux faisceaux composants parcourant la fibre optique dans des directions opposées. Avec un modulateur acoustico- optique connu, attaqué à 100 MHz dans ce but, on obtient une diffé- rence de phase de 973 X (pour une longueur de la fibre optique d'un kilomètre) et non pas de w/2. Pour produire une différence de phase de %/2, il faut donc utiliser deux dispositifs attaqués respective- ment à 100 MHz et à 100,05 MHz. Avec le nouveau dispositif, un décalage de fréquence de 50 kHz peut être obtenu directement, si bien qu'il est possible de réaliser la différence de phase voulue de 7/2 avec un seul dispositif. Les différents objets et caractéristiques de l'invention seront maintenant détaillés dans la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées, qui représentent - les figures la et lb, des schémas illustrant le mode d'obtention du décalage de fréquence du faisceau lumineux, - la figure lc, une vue en coupe du nouveau dispositif, - la figure 2, un schéma illustrant les trajets de fais- ceauclumineux dans le nouveau dispositif, - la figure 3, une vue en coupe d'une réalisation préférée du nouveau dispositif. 3 2554933 Les moaulateurs et/ou déflecteurs acousticc-optiques sont souvent désignés sous le nom de "cellules ce Bragg". Ce terme sera utilisé dans la description suivante. A la figure la, un faisceau lumineux de fréquence fo frappe une cellule de Bragg par la gauche. La cellule de Bragg a la forme d'un cube; ses côtés sont de 5 mm. Sur l'une des faces du cube se trouve un transducteur électrique-acoustique W1, dont le signal électrique d'attaque a la fréquence fl. Il fournit une onde acoustique qui se propage dans la direction Vs(f1). Le faisceau lumineux incident et la normale à la direction de propagation de l'onde acoustique forment un angle 6fl qui est choisi de manière à obtenir une réflexion de Bragg (la réflexion de Bragg est expliquée dans la première référence bibliographique). Si le faisceau lumi- neux incident frappe l'onde acoustique suivant cet angle ofl, en obtient que le faisceau lumineux de fréquence décalée ait l'intensité maximale à la sortie. La cellule de Bragg B divise le faisceau lumineux inci- dent en deux faisceaux lumineux de sortie. Le faisceau lumineux de fréquence non décalée quitte la cellule de Bragg sans changer de direction, et l'autre faisceau lumineux, de fréquence décalée, est dévié de deux fois l'angle de Bragg, 2 Ofl. Si la fréquence f1 du signal d'attaque du transducteur W1 est modifiée, les angles de Bragg changent eux aussi. Pour des varia- tions dans une bande de 50 à 100 kHz, les changements de l'angle de Bragg sont si faibles que l'utilisation de la cellule de Bragg comme modulateur de fréquence n'en est pas affectée fortement. Seules de faibles variations d'intensité du faisceau lumineux de sortie sont observées. Il est également possible de faire arriver le faisceau lumineux incident sur la cellule de Bragg selon un angle différent de l'angle de Bragg. Les angles suivant lesquels les faisceaux lumineux émergents quittent la cellule de Bragg et la distribution de l'énergie entre les faisceaux lumineux émergents sont familiers des hommes de l'art. Il est par exemple fait référence au livre "Topics in Applied Physics", vol. 7, "Integrated Optics", édité par T. Tamir, Springer-Verlag Berlin, 1979 (spécialement les pages 155 à 157). Une disposition similaire à celle de la figure la est présentée à la figure lb. La fréquence du signal d'attaque du transducteur W2 est f2; l'angle de Bragg est 6f2, et la direction de propagation de l'onde acoustique est V (f2). s 41 2554933 Les deux réalisations diffèrent esscntieliement en ce que, dans le dispositif de la figure la, la direction de propaga- tion du faisceau lumineux incident a une composante opposée à la direction de propagation de l'onde acoustique provenant du trans- ducteur Wl, tandis que, dans le dispositif de la figure lb, la direction de propagation du faisceau lumineux incident a une compo- sante dans la direction de propagation de l'onde acoustique prove- nant du transducteur W2. De ce fait, la fréquence du faisceau lumineux de fré- quence décalée est décalée de +f1 dans le dispositif de la figure la et de -f2 dans le dispositif de la figure lb. Cette caractéris- tique est utilisée dans la cellule de Bragg selon l'invention. La figure lo présente une coupe dans la cellule de Bragg selon l'invention. Le faisceau lumineux est dirigé dans le plan du papier. Sur deux faces contiguës de la cellule de Bragg se trouvent respectivement un transducteur W1 et un transducteur W2 fournissant deux ondes acoustiques qui se coupent dans la cellule de Bragg suivant un angle droit. Les trajets des faisceaux dans une telle cellule de Bragg vont maintenant être décrits à l'aide de la figure 2. Comme on l'a vu à la figure le, deux faces contigues de la cellule de Bragg B portent des transducteurs W1 et W2 qui sont attaqués par des signaux électriques de fréquences fl et f2. Un système imaginaire de coordonnées rectangulaires dans les trois axes X, Y et Z est placé au centre du cube de la cellule de Bragg B, si bien que l'un des transducteurs, W1, se trouve dans un plan parallèle au plan XZ, tandis que l'autre, W2, se trouve dans un plan parallèle au plan XY. Le faisceau lumineux incident forme un angle 8f2 avec le plan XY et un angle de efl avec le plan XZ. Le faisceau lumineux décalé en fréquence forme à la sortie des angles efl et 6f2 respectivement avec ces plans. La fréquence du faisceau lumineux de sortie est décalée par rapport à la fréquence du faisceau lumirneux incident de fl-f2. en choisissant des valeurs adéquates pour f1 et f2, il est possible de produire un faisceau lumineux de fréquence décalée dont le déca- lage de fréquence soit petit (par exemple, 50 kHz) par rapport à la fréquence porteuse, tandis que la séparation angulaire est grande par rapport au faisceau lumineux non décalé en fréquence, puisque cet angle est déterminé par les grandes valeurs de fl et de f2 (par exemple, 100 MHz et 100,05 MHz). 2554933 Si le dispositif est utisé co e déflecteur de lumièe- re, les fréquences f1 et f2- ocivenz être cnangées de ma:.ièr re ce que le faisceau lumineux de sortie soit dévié de l'angle voulu. Dans la réalisation de la figure 3, les surfaces de la cellule de Bragg qui sont frappées par les ondes acoustiques sont inclinées par rapport aux normales aux directions de propagation. Cela assure que les ondes acoustiques soient réfléchies sur ces surfaces de manière à ne pas interférer avec le faisceau lumineux. Ce phénomène peut également être évité en dirigeant les ondes acoustiques provenant de la cellule de Bragg vers un matériau ab- sorbant les sons. Il est également possible de combiner ces deux solutions, c'est-à-dire de prévoir des surfaces inclinées et de leur appliquer un matériau absorbant phonique. 6U 2554933 hevencications 1. Modulateur et/ou défiecteur acoustico-optique compre- nant un matériau optiquement transparent (B) et un transducteur (W1) destiné à produire des ondes acoustiques dans une direction prédéterminée dans lecit matéria., caractérisé en ce qu'il est prévu un autre transducteur (W2) destiné à produire des ondes acoustiques et en ce que les ceux transducteurs sont disposes de telle manière que les directions de propagation des deux ondes acoustiques (Vs(fl), Vs(f2)) se coupent dans le matériau optique- ment transparent. 2. Moculateur et/ou déflecteur acoustico-optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les directions de propa- gation des deux ondes acoustiques sont au moins approximativement perpendiculaires l'une à l'autre. 3. Modulateur et/ou déflecteur acoustico-optique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau optique- ment transparent est délimité par des surfaces planes et en ce que les surfaces frappées par les ondes acoustiques provenant des transducteurs sont inclinées par rapport aux autres surfaces sui- vant des angles choisis de manière à ce que les ondes acoustiques les frappant soient réfléchies en dehors du centre du matériau optiquement transparent. 4. Modulateur et/ou déflecteur aeoustico-optique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un matériau phonique est présent dans ou sur les parties du matériau optique- ment transparent qui sont opposées aux sources des ondes acousti- ques.