Brevet FR2596878A1 — publié le 19871009

Procédé et disDosltlf de modulation acousto-oDtiaue à réponse linéarisée La présente invention concerne les procédés et dispositifs de modulation par voie acousto-optique. Elle est applicable dans tous les domaines où il est nécessaire de moduler un faisceau lumineux monochromatique, fourni par exemple par un laser, et on peut notamment citer, parmi les applications possibles, la restitution de caractères à l'aide d'une imprimante laser. Les modulateurs acousto-optiques, en abrégé MAO, sont largement utilisés et bien connus. Dans un tel modulateur, l'angle g de déviation d'un faisceau lumineux monochromatique est proportionnel à la fréquence X de l'onde acoustique créée dans le modulateur, fréquence égale à celle du signal électrique appliqué. Si plusieurs signaux à des fréquences différentes f1, f2, f3,... sont simultanément appliqués, le faisceau lumineux monochromatique incident donne naissance d'une part à un faisceau transmis en alignement, d'autre part à des faisceaux déviés dans des directions faisant respectivement des angles a1, a2, a3, avec le faisceau transmis. L'intensité de chaque faisceau dévié est une fonction croissante de la puissance du signal électrique appliqué et on peut donc moduler en intensité le faisceau ou les faisceaux déviés par modulation en amplitude des composantes aux diverses fréquences du signal électrique composite appliqué. Un défaut grave des modulateurs acousto-optiques est qu'ils n'ont une réponse linéaire que pour des rendements (rapport entre l'intensité du faisceau dévié et celle du faisceau incident) très faible. Pour disposer d'une puissance de sortie importante, il faut s'écarter de la zone de linéarité ce qui a notamment pour conséquence - dans tous les cas où le modulateur est utilisé avec un bon rendement, des phénomènes de distorsion et de saturation entrainant une perte de contraste, - dans le cas d'un signal électrique de modulation comportant plusieurs composantes à des fréquences différentes, une inter-modulation. On a déjà proposé de réduire le phénomene d'inter-modulation dans les systèmes multifréquence en superposant, au signal d'entrée à plusieurs voies à différentes fréquences, un signal électrique de compensation unique à fréquence fixe supérieure ou inférieure à l'ensemble des fréquences f1, f2, ... des composantes du signal de commande. Même lorsque l'on régule le signal de compensation de façon que la puissance totale appliquée au MAO soit sensiblement constante (US-A-4 336 981 ; GB-A2 036 996) ce problème subsiste et limite les performances du système. Une autre limitation est qu'on agit que sur l'interaction acousto-optique, alors que d'autres sources de non linéarité peuvent être présentes. Et enfin le temps de réponse nécessaire à la correction est important avec les technologies actuellement disponibles. La présente invention vise à fournir un procédé et un dispositif de modulation acousto-optique permettant de corriger l'ensemble des défauts de linéarité de la chaine de modulation et permettant d'atteindre des temps de réponse très brefs. Dans ce but, l'invention propose notamment un procédé de modulation acousto-optique caractérisé en ce que l'on fractionne l'émission lumineuse à moduler, provenant d'une source monochromatique d'intensité réglable ; en ce qu'on fait traverser par au moins une des fractions, un modulateur soumis simultanément à plusieurs signaux acoustiques dont un, dit de référence, d'amplitude constante en ce qu'on fait battre le faisceau dévié dans le modulateur et correspondant à une des fractions avec le faisceau transmis correspondant à l'autre fraction ; en ce qu'on isole par filtrage passebande, la composante de battement relative à la référence ; en ce qu'on mesure l'amplitude de cette composante ; et en ce qu'on régule la source pour maintenir cette amplitude à une valeur de consigne. On voit qu'on règle l'intensité du faisceau lumineux incident de façon à compenser les diverses non linéarités de la chaine complète, qui comporte une modulation acousto-optique, puis un hétérodynage optique obtenu par battement et enfin la source. Le modulateur sera soumis non seulement au signal acoustique de modulation, mais aussi à un signal complémentaire d'amplitude constante (signal de référence) et l'intensité du faisceau lumineux provenant de la source sera asservie de façon à maintenir constante l'amplitude du signal détecté obtenu par battement et caractéristiques de la référence. L'invention propose également un dispositif de modulation acousto-optique comprenant un modulateur muni d'un transducteur d'application de la somme d'un signal de modulation et d'un signal fixe de référence, à fréquence différente de la fréquence ou des fréquences présentes dans le signal'due modulation ; une source de lumière monochromatique ; des moyens pour séparer la lumière provenant de la source en deux fractions et appliquer ces deux fractions, ou au moins l'une d'elles, au modulateur ; des moyens permettant de réaliser un battement optique entre le faisceau dévié par le modulateur et correspondant à une des fractions et le faisceau transmis de l'autre fraction ; et des moyens pour isoler le battement relatif à la référence, mesurer son amplitude et commander la source afin de maintenir l'amplitude à une valeur de consigne. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère à la figure unique qui l'accompagne et qui est un schéma de principe d'un mode particulier de réalisation du dispositif. Le dispositif montré sur la figure comporte un modulateur acousto-optique 10 qui peut être de type classique, muni d'un transducteur 12 de transformation du signal électrique qu'il reçoit en signal acoustique de commande du modulateur. On sait que dans un tel modulateur la relation entre le champ électrique E1 du faisceau dévié ou diffracté, le champ électrique Eg du faisceau incident et le signal acoustique appliqué S est de la forme E1 = Eg sin A.S. Cette relation, valable dans l'approximation de BRAGG, est non linéaire en E. En conséquence, en l'absence de mesure de compensation de la non linéarité, les systèmes de modulation acousto-optiques présentent des phénomènes de distorsion lorsqu'ils fonctionnent à rendement élevé et font apparaitre une inter-modulation lorsque le signal de modulation a plusieurs composantes à des fréquences différentes. Dans le dispositif représenté sur la figure, l'émission lumineuse monochromatique fournie par une source 14, est séparée en deux fractions. La source 14 sera généralement une diode laser lorsqu'on souhaite utiliser des fréquences de modulation élevées et/ou des temps de réponse brefs. Les moyens de séparation du faisceau en deux fractions peuvent être constitués par une lame semi-transparente 16. La fraction transmise par la lame 16 est reprise par un miroir 18 et les deux fractions sont focalisées par un système dioptrique 20, représenté schématiquement sous forme d'une lentille, sur le modulateur 10.Les miroirs 16 et 18 et le système dioptrique 20 sont disposés de façon à provoquer un battement entre le faisceau dévié d'intensité E1a associé à la fraction incidente E a et le faisceau transmis d'intensité Eob correspondant à la fraction Eb et également un battement entre le faisceau dévié d'intensité Elb, associé à la fraction incidente Eb et le faisceau transmis EOa correspondant à la fraction E a On obtient ainsi un phénomène de battement qui constitue un hétérodynage optique. Le faisceau modulé ainsi obtenu par hétérodinage est appliqué à un détecteur, par exemple par l'intermédiaire d'une fibre optique 22. Une faible fraction de ce faisceau, généralement de l'ordre du , est prélevée par une lame semi transparente 24 et envoyée sur un détecteur 26.Ce détecteur, qui sera généralement une photodiode, fournit sur sa sortie un signal électrique qui est appliqué à un circuit de filtrage passe-bas et de détection 28. Le signal optique hétérodyné provenant du battement entre les composantes E0a et E1b est par contre écarté, par exemple à l'aide d'un cache. Il sera généralement avantageux de donner à la lame semi-transparente 16 un coefficient de transmission tel que les intensités E a et E b soient du même ordre de grandeur. Une variante consiste à supprimer la lame semi-transparente 24 et à appliquer au détecteur 26 le signal provenant du battement entre les composantes et et E1b. Le signal de commande du modulateur comprendra d'une part le signal de modulation, d'autre part un signal de référence B. Le signal de modulation pourra comporter une seule voie, donc une seule fréquence. Il pourra également comprendre plusieurs voies. Le dispositif de la figure comporte un mélangeur 30 qui fait la somme de l'ensemble des signaux de modulation ss et du signal de référence B. Ce dernier sera un signal à fréquence fixe et amplitude constante, du même ordre de grandeur que la valeur maximale que peut prendre l'amplitude de chacun des signaux S. Le dispositif comporte encore un circuit 32 de réglage de l'émission lumineuse de la source 14. Ce circuit est constitué par un comparateur suivi d'un amplificateur. Le comparateur reçoit, sur l'une de ses entrées, le signal de sortie du circuit de filtrage et de détection 28 et, sur l'autre entrée, un signal de valeur de consigne g dont le niveau fixe le niveau moyen lumineux émis par la source 14. Lorsque cette dernière est une diode laser la valeur de Ç sera choisie pour que la diode laser émette dans sa zone de bon rendement largement au-delà du coude de la caractéristique. On voit que le dispositif qui vient d'être décrit réalise un hétérodynage optique qui permet d'obtenir, à l'aide de la photodiode 26, un signal électrique dont le spectre est identique à celui du signal appliqué au transducteur 12 du modulateur acousto-optique 10. L'intensité du faisceau de lumière émis par la source 14 est ainsi régulée, avec une constante de temps qui peut être très faible. Le dispositif qui vient d'être décrit a l'avantage d'être simple et de permettre une linéarisation complète de la chaine, puisqu'il compense non seulement les défauts de linéarité dus au modulateur 10, mais aussi ceux dus à d'autres sources, par exemple aux fluctuations éventuelles de la référence lumineuse servant à l'hétérodynage. REVENDICATIONS 1. Procédé de modulation acousto-optique, caractérisé en ce qu'on fractionne l'émission lumineuse à moduler, provenant d'une source monochromatique (14) d'intensité réglable, caractérisé en ce qu'on fait traverser par au moins une des fractions , un modulateur soumis simultanément à plusieurs signaux acoustiques dont un, dit de référence, d'amplitude constante ; en ce qu'on fait battre le faisceau dévié dans le modulateur et correspondant à une des fractions avec le faisceau transmis correspondant à l'autre fraction ; en ce qu'on isole par filtrage passe-bande, la composante de battement relative à la référence ; en ce qu'on mesure l'amplitude de cette composante ; et en ce qu'on régule la source pour maintenir cette amplitude à une valeur de consigne. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en en ce qu'on soumet le modulateur à la somme du signal acoustique de modulation, et d'un signal complémentaire d'amplitude constante, l'intensité du faisceau lumineux provenant de la source étant asservie de façon à maintenir constante l'amplitude du signal détecté obtenu par battement. 3. Dispositif de modulation acousto-optique comprenant un modulateur (10) muni d'un transducteur (12) d'application de la somme d'un signal de modulation et d'un signal fixe de référence (R) à fréquence différente de la fréquence ou des fréquences du signal de modulation ; une source de lumière monochromatique (14); des moyens pour séparer la lumière provenant de la source en deux fractions et appliquer ces deux fractions, ou au moins l'une d'elles, au modulateur ; des moyens permettant de réaliser un battement optique entre le faisceau dévié par le modulateur et correspondant à une des fractions et le faisceau transmis de l'autre fraction ; et des moyens pour isoler le battement relatif à la référence, mesurer son amplitude et commander la source afin de maintenir l'amplitude à une valeur de consigne. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens pour séparer la lumière en deux fractions comportent une lame semi-transparente (16). 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le faisceau lumineux hétérodyné obtenu par battement est séparé par une lame semitransparente (24) en une partie principale envoyée sur un détecteur d'utilisation (22) et une fraction faible envoyée aux moyens (26, 28) destinés à déterminer l'amplitude des battements. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la lame semi-transparente (24) est prévue pour envoyer une fraction de l'intensité de l'ordre du % sur les moyens de détermination d'amplitude des battements. p 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que les dits moyens pour commander la source comprennent un amplificateur différentiel de règlage d'un courant de commande de la source (14), amplificateur qui reçoit sur une entrée un signal de consigne (C) et sur l'autre entré un signal représentatif de l'amplitude des battements. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que le signal fixe de référence présente une amplitude du même ordre que celle de la voie unique ou de chaque voie du signal de modulation. 9. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le faisceau dévié par le modulateur et correspondant à ladite autre fraction et le faisceau transmis correspondant à la première fraction sont utilisés pour provoquer un battement et en ce que le signal provenant de ce battement est envoyé sur un détecteur (22) d'utilisation.