Brevet FR2620277A1 — publié le 19890310

i- 2620277 La présente invention concerne un modulateur optique. On connaît des modulateurs optiques qui compren- nent un cristal d'un matériau approprié dont on peut faire varier les propriétés optiques par application d'un champ électrique traversant le cristal et perpendiculaire à l'axe optique de celui-ci. L'application d'un tel champ modifie la polarisation d'un rayonnement optique traver- sant le cristal. Le laser dit à modulation de qualité constitue l'une des applications les plus habituelles d'un tel modulateur optique; dans un tel laser, on utilise le cristal modulateur pour faire varier les conditions optiques à l'intérieur de la cavité du laser de façon à, soit interdire, soit provoquer l'effet laser à la demande. Pour un fonctionnement optimal du laser, il est nécessaire que la cavité résonnante fasse varier la modulation de phase du rayonnement optique d'un état de polarisation à un autre, ces deux états de polarisation étant distincts et clairement définis. Une cause quel- conque entraînant une définition moins claire de ces deux états affecterait défavorablement le fonctionne- ment du laser. On utilise couramment comme matériau pour une cavité résonnante de laser un cristal de niobate de lithium. Ce matériau présente un effet pyroélectrique; du fait de cet effet, des changements de la température du cristal provoquent le développement de charges élec- triques statiques de polarités opposées sur les extrémi- tés opposées du cristal. Si on laisse cette charge s'accumuler sur les faces du cristal, le fonctionnement du laser se trouve affecté. Dans des atmosphères normales, il se produira une certaine perte de charge. Toutefois, les lasers à modulation de qualité du type décrit ci-dessus comprennent souvent une enceinte hermétique contenant une atmosphère extrêmement sèche, ce qui empêche la perte de charge. Le but de la présente invention est de créer un modulateur optique dans lequel les effets défavora- bles à l'effet pyroélectrique soient éliminés. Conformément à l'invention, on propose un modulateur optique, comprenant un cristal d'un matériau présentant un effet pyroélectrique, caractérisé par des moyens de dissipation de charge pour dissiper une charge quelconque accumulée sur les faces optiques du cristal. On va maintenant décrire l'invention en réfé- rence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est un dessin schématique d'une forme usuelle de laser à modulation de qualité compor- tant un modulateur optique; - la figure 2 est une vue en perspective d'un cristal modulateur optique; et - les figures 3 à 7 sont des dessins schémati- ques représentant différents modes de réalisation de l'invention. Dans la réalisation représentée à la figure 1, une forme usuelle de laser à modulation de qualité comporte un barreau 10 en matériau favorisant l'effet laser, tel qu'un néodymium YAG, et un tube à décharge 11 associé pour mettre en pompage optique le matériau actif. Deux prismes de PORRO 12 et 13 définissent la cavité optique du laser qui comprend également un polariseur 14 et une cavité résonnante. La cavité résonnante est un cristal d'un matériau tel que le niobiate de lithium, et est munie de deux électrodes 16 reliées à une source de puissance de modulation 17. Les composants optiques sont disposés le long d'un axe optique 18, les électrodes 16 étant disposées sur le cristal 15 de part et d'autre de l'axe optique. La cavité résonnante 15 comprend un cristal de matériau mis en forme de bloc et fixé dans un bottier électriquement isolant 20, comme représenté à la figure 2. Les faces d'extrémité 21 sont celles que traverse le rayonnement laser. C'est en particulier sur ces faces que peut s'accumuler une charge électrique statique du fait de l'effet pyroélectrique. On peut basiquement éliminer cette charge électrique statique de deux manières. La première manière implique une neutralisation, d'une manière ou d'une autre de la charge, tandis que l'autre manière implique de canali- ser la charge et de l'éloigner des faces du cristal. La polarité de la charge varie suivant que la tempéra- ture du cristal augmente ou diminue. La figure 3 illustre une technique que l'on peut utiliser pour neutraliser une charge statique quelconque située sur les faces d'extrémité du cristal. Une source d'ions est constituée au voisinage de chaque face par une émission à partir d'électrodes en point 30 respectivement voisines de chaque face mais écartées de la trajectoire d'un rayonnement optique quelconque. On relie les électrodes à une alimentation de puissance àhaute tension 31. Lorsque l'on alimente la source 31, chacune des électrodes 30 émet un faisceau d'ions, et les ions ayant une charge opposée à celle de la face adjacente du cristal seront attirés sur cette face pour neutraliser la charge provoquée par l'effet pyroélec- trique. Etant donné que la polarité de la charge située sur une face peut varier, la source de courant 31 est de préférence une source de courant alternatif à haute tension. Selon une variante du dispositif représenté à la figure 3, les ions de neutralisation peuvent être produits par une décharge d'arc. On peut utiliser pour cela le dispositif représenté à la figure 4, dans lequel sont prévues deux électrodes 40 constituant un éclateur au voisinage de chaque face, toujours bien à l'écart de la trajectoire du rayonnement optique. De façon commode, une électrode de chaque paire est reliée à la terre: L'alimentation de puissance à haute tension 31, qui peut être une alimentation à courant continu, peut être déclenchée pour provoquer un arc entre chaque paire d'électrodes. Ceci produit un nuage d'ions à la fois positifs et négatifs, les ions appropriés allant neutraliser la charge située sur la face du cristal. Les techniques décrites ci-dessus en référence aux figures 3 et 4 pourraient être mieux utilisées avant que le laser ne soit activé, étant donné que les ions produits par les décharges électriques peuvent avoir une interaction avec les électrodes de modulation placées sur les côtés du cristal assurant le déclenche- ment du laser. La figure 5 représente schématiquement une technique qui ne nécessite aucune source de courant à haute tension pour la production des ions de neutrali- sation. Ceci implique de placer, près de chacune des faces d'extrémité du cristal assurant le déclenchement, une petite source radioactive 50. Chacune de ces sources émettra un rayonnement ionisant en direction de la face voisine du cristal. Un tel rayonnement sera arrêté à la fois par l'atmosphère devant les faces d'extrémité et par les faces elles-mêmes, ceci avec création de paires d'ions dont certains neutraliseront la charge statique. Ce processus est continu, étant donné qu'il n'est pas possible, dans la pratique, de régler l'émission de particules par la source. En variante à la production d'ions pour neutraliser une charge quelconque accumulée sur les faces d'extrémité du cristal, il est possible de canaliser simplement la charge et de l'éloigner de la face concer- née. Ceci nécessite de former sur la face d'extrémité une couche optiquement transparente mais électriquement conductrice que l'on relie à la terre. La figure 6 représente un tel dispositif. Le principal problème rencontré avec cette technique est que la couche conduc- trice 60 ne doit pas interférer avec le passage du rayonnement optique qui traverse les faces d'extrémité du cristal. De même, cette couche ne doit pas être endommagée par la puissance du rayonnement optique qui la traverse. En variante à la formation d'une couche conduc- trice sur chacune des faces du cristal, on peut éliminer par intermittence la charge accumulée en balayant la face concernée au moyen d'un matériau électriquement conducteur. La figure 7 illustre un dispositif utilisant une lame électriquement conductrice 70 reliée à la terre et balayant la face 21 du cristal sous l'action d'un moteur 71. On pourrait utiliser d'autres dispositifs mécaniques. Les composants optiques d'un laser à modula- tion de qualité sont quelquefois enfermés dans un conteneur hermétique de façon à pouvoir régler l'atmos- phère, en particulier pour empêcher la formation de buée sur les surfaces optiques dans des conditions dans lesquelles une condensation pourrait se produire. On peut utiliser à l'intérieur d'un tel conteneur hermétique l'une quelconque des techniques décrites ci-dessous d'élimination de la charge. On peut également utiliser ces techniques sur des cristaux assurant le déclenchement réalisés en des matériaux autres que le niobate de lithium et qui présentent également un effet pyroélectrique. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux seuls modes de réalisation que l'on vient de décrire, et on peut apporter à ceux-ci de nombreux changements et modifications sans sortir du domaine de l'invention. En particulier, on peut utiliser les modula- teurs optiques dans d'autres applications que les lasers à modulation de qualité, et toutes les techniques décrites ci-dessus sont applicables à de telles appli- cations.. REVENDICATIONS 1. Modulateur optique, comprenant un cristal (15) d'un matériau présentant un effet pyroélectrique, caractérisé par des moyens de dissipation de charge pour dissiper une charge quelconque accumulée sur les surfaces optiques (21) du cristal (15). 2. Modulateur conforme & la revendication 1, caractérisé par des moyens ionisants adjacents aux surfaces optiques (21) du cristal (15) et utilisables pour générer des ions de polarité opposée à la charge de ladite surface optique (21). 3. Modulateur conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens ionisants comprennent une électrode à pointe (30) reliée à une alimentation de puissance à haute tension (31). - 4. Modulateur conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que l'alimentation de puissance à haute tension (31) génère une tension alternative destinée à être appliquée aux électrodes à pointe (30). 5. Modulateur conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens ionisants comprennent un éclateur (40). 6. Modulateur conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens ionisants comprennent une source radioactive (50) capable d'émettre un rayonnement ionisant vers lesdites surfaces optiques (21). 7. Modulateur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces optiques (21) du cristal (15) sont munies d'une couche d'un matériau électriquement conducteur reliée à la terre. 8. Modulateur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que chaque surface optique d'extrémité (21) est munie d'un frotteur électriquement conducteur (70) mobile sur ladite surface (21) et relié à la terre. 9. Modulateur conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il forme la cavité résonnante d'un laser à modulation de qualité.