Brevet FR2656117A1 — publié le 19910621

La présente invention concerne les appareils optiques et, plus particulièrement, des appareils utilisant des cristaux liquides qui produisent des effets optiques dus à un index présentant un gradient, pour conformer le profil spatial de l'intensité de faisceaux optiques ayant des longueurs d'onde prévues, ainsi que leurs procédés de fabrication. L'apodisation des faisceaux laser a été un but des recherches sur les lasers à solide depuis le début des années 1970. L'apodisation consiste en une conformation du profil spatial du faisceau, visant à augmenter le taux de remplissage dans le milieu actif (à gain) Ceci permet d'extraire plus d'énergie du milieu actif et réduit en outre les effets linéaires et non linéaires de la diffraction par effet de bord qui provoque des éclats d'autofo- calisation Un apodisateur de faisceau détermine, dans une grande mesure, la performance finale d'un système laser de grande puis- sance. Plusieurs techniques d'apodisation des faisceaux laser ont été rapportées On pourra consulter les références ( 1) à ( 11) dans la liste donnée ci-après Les apodiseurs reposant sur l'absorption ne sont pas avantageux, puisque l'indice de réfraction du milieu absorbant (ordinairement pellicules minces ou verres) est modifié Cette modification de l'indice de réfraction empêche de préserver la qualité de front d'onde uniforme et peut amener des effets de diffraction de Fresnel L'apodisation par réflexion sélective (effet de Bragg réparti) de cristaux liquides cholestériques ne donne pas lieu à l'absorption, comme dans les milieux absorbants Récemment, S D Jacobs et al ont développé un nouvel apodiseur reposant sur la technologie des cristaux liquides qui a démontré des propriétés ressemblant à celles d'un apodiseur parfait On pourra se reporter à la référence ( 12) et au brevet des E.U A n 4 679 911 de Jacobs et a I L'apodiseur de Jacobs fonctionne le mieux pour de petites ouvertures nettes allant par exemple jusqu'à environ 8 mm, et, dans certains modes de réalisa- tion, demande le polissage de surfaces planes précises sur les éléments optiques, ce qui rend la fabrication difficile. C'est une particularité de l'invention de fournir un apodiseur de faisceaux laser utilisant des cristaux liquides qui peut être employé pour l'apodisation d'un faisceau rectangulaire (en section droite), convenant tout particulièrement avec des diodes laser ou des amplificateurs laser à géométrie en plaque, ainsi que pour l'apodisation de faisceaux circulaires, ce qui est tout particulièrement uti Le pour des amplificateurs laser en barreau ayant de grandes ouvertures (par exemple 10 mm ou plus) nettes. L'invention convient particulièrement pour être utilisée dans la réalisation d'une ouverture atténuée permettant de con- former l'intensité de faisceaux laser en utilisant les propriétés de cristaux liquides cholestériques (CLC) L'expression "cristaux liquides" qui est utilisée ici vise les cristaux à l'état solide comme à l'état fluide Le terme "cholestérique" est utilisé généri- quement pour désigner des cristaux liquides possédant une certaine chiralité, soit des composés cholestériques purs, soit des matières nématiques méLangés avec des additifs chiraux. Les CLC sont organisés en couches en héLice, comme représenté sur la figure 1, normalement, on prépare une ce L Lu Le de CLC entre deux substrats de verre A l'intérieur de chaque mono- couche de la structure, les mo Lécules s'alignent suivant une configuration parallèLe, comme les substances nématiques L'orien- tation moyenne des mo Lécules de cristal liquide allongées est définie comme étant le vecteur directeur Dans des couches adja- centes, des groupes latéraux saillants d'atomes sont fixés à chaque mo Lécule et entraînent le vecteur directeur à suivre un mouvement de torsion La rotation des couches dans le fluide donne naissance à une structure en héLice Une rotation complète du vecteur direc- teur sur 3600 est définie comme constituant une longueur de pas P o Cette structure en héLice entraîne d'importantes propriétés optiques de réflexion sélective pour la polarisation circulaire et la longueur d'onde On pourra se reporter à la référence ( 13). On considère une cellule CLC droite, représentée sur la figure 1, dont l'axe d'hélice est orienté suivant l'axe z Aucune interaction ne se produit entre la structure en hélice droite du CLC et un faisceau lumineux circulairement polarisé à gauche se propagant dans le CLC Toutefois, lorsqu'un faisceau lumineux circulairement polarisé à droite, possédant une longueur d'onde X se propage suivant l'axe z, sous incidence normale, le coefficient de réflexion R est donné par: sh 2 KLV 1 El/Kl 2 R = ( 1) ch 2 KL 1 Li/K 12 _ 6/Kl 2 o K vaut K = Ko À/y et Ko = (K/Xo)An est le coefficient de 1 1 couplage; 6 = 2 ( X)nav est le paramètre de désaccord de o de fréquence; X = N P est la longueur d'onde de crête de la o av o bande de réflection séLective; et L est l'épaisseur du fluide CLC. On pourra se reporter à la référence ( 14) An = (n N) et e o na = (n + N) /2 représentent respectivement la biréfringence av e o optique et l'indice de réfraction moyen Lorsque X = Ào, la structure du CLC est bien adaptée en phase avec la longueur d'onde d'entrée, et le coefficient de réflexion est égal à: R = th 2 (K L) ( 2) o Il a été rapporté que (voir la référence ( 1)) un apodi- seur de faisceau idéal possède les caractéristiques suivantes. 1 La pente de la fonction de transmission, entre les points de transmission à 90 % et 10 %, est d'au moins 3 À L/D o À est la longueur d'onde du laser, L est la distance de propagation sur lequel la modulation d'intensité doit être minimale, et D est le diamètre du faisceau Une des fonctions de transmission qui approchent cette condition est un super-gaussien d'ordre N, à savoir: T(r) = exp C-(r/r)Nl ( 3) o l'ouverture radiale nette r est séLectionée sur le fait que 0 o T(r 1) = 10-3, o 2 r est l'ouverture d'entrée du dispositif optique 1 1 (par exemple un amplificateur laser) qui fait suite à l'apodiseur. La transmission est gaussienne lorsque N = 2. 2 La qualité de front d'onde sur l'ouverture nette et dans le bord atténué est une fonction uniforme des dérivés pre- mières continues. 3 Le rapport de la transmission de crête à la trans- mission minimale est d'au moins 1 000 à 1. 4 Seuil de dommage laser éLevé pour la largeur d'impulsion et la longueur d'onde prévue. Stabilité des conditions ambiantes. C'est une particularité propre à l'invention d'utiliser des CLC qui sont un méLange de cristaux liquides nématiques et de substances additives chirales, o on accorde la longueur d'onde de crête de réflexion sélective en modifiant le rapport de méLange (ou la concentration relative) de ces substances Dans le méLange, le fait d'ajouter plus de cristal liquide nématique augmente la longueur du pas P et le fait d'ajouter plus d'additif chira L o diminue P Des effets optiques résultant d'un indice en grandient, qui produissent une ouverture atténuée, sont produits dans la région o des CLC ayant des longueurs P différentes se o chevauchent, la région de chevauchement (étant désignée par OLR), ce qui rend possible de conformer ou d'apodiser le faisceau laser. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: la figure 1 est un schéma simplifié montrant l'ordon- nancement des mo Lécules dans un cristal liquide cholestérique. La figure 2 est une courbe représentant le coefficient de réflexion R, mesuré pour X = 1 064 nm, en fonction de l'épaisseur L, pour un méLange de CLC constitué des substances E 7 et CB 15, qui est ajusté de manière à avoir une crête sélective à O = 1064 nm. Le mél-1 ange possède un coefficient de coupage K 0,5439 m La Le méLange possède un coefficient de couplage K = 0,5439 jpm La courbe en trait continu représente le résultat de calculs théoriques et les cercles représentent des données expérimentales. La figure 3 est une courbe montrant le coefficient de réflexion R du mélange CLC de la figure 2 en fonction de la longueur d'onde normalisée, soit X/o 0, pour KL = 4,59. La figure 4 est un schéma simplifié d'un élément à crital liquide cholestérique à indice en gradient (GCLC) possédant deux CLC, à savoir CLC 1 et CLC 2, ainsi que le tracé du coefficient de réflesion d'un élément à cristal liquide cholestérique à gradient. La région dans laquelle le CLC 1 et le CLC 2 se chevauchent et se mélangent pour créer un gradient de pas conduit à l'existence du tracé du coefficient de réflexion variant uniformément, qui est illustré, comme représenté par le hachurage horizontal. La figure 5 représente des courbes qui montrent les bandes de réflexion sélective propre des deux cristaux liquides cholestériques différents utilisés dans la fabrication des éléments GCLC. La figure 6 (a) représente schématiquement l'appareil utilisé pour mesurer les profils de transmission de dispositifs apodiseurs produits par l'invention. La figure 6 (b) représente des courbes montrant les profils de transmission de trois éléments GCLC à gradient en fonction de la position après des durées de recuit de 1 h, 2 h et 4 h en phase isotrope. La figure 7 est une vue simplifiée en perspective d'un apodiseur de faisceau unidimensionnel comportant deux éléments GCLC complémentaires empilés, ainsi que des profils du faisceau incident et du faisceau apodisé sortant de l'apodiseur Une variation de la position latérale des éléments l'un par rapport à l'autre permet d'ajuster l'ouverture nette Sur cette illustration, R représente la réflexion du faisceau incident, et T représente la transmission. L'aire hachurée représente la région de mélange ou de chevauchement dans chaque élément o un gradient de pas et un indice en gradient existent. La figure 8 est une vue simplifiée en élévation, en section droite, montrant l'apodiseur de la figure 7 de façon plus détaillée Le degré de serrage des héLices indique schématiquement le pas des CLC Les régions finement torsadées correspondent à un pas court; les régions à torsade Lâche correspondent à un pas long; et les régions à torsade intermédiaire correspondent à la région de chevauchement fluide, OLR, o il existe un gradient spatial dans le pas. La figure 9 montre Le profil de transmission de l'apodiseur bidimensionnel des figures 7 et 8, o les deux éLéments GCCL de celui-ci ont été recuits en phase isotrope pendant respec- tivement 1 h et 2 h. La figure 10 est un schéma simplifié montrant une section droite en élévation d'un apodiseur de faisceau circulaire (bidimensionnel) CLC à 1 064 nm, qui est fabriqué à partir de lentilles plan-concave/convexe (p = 1 033,4 et P' = 1 197,5 mm) et rempli d'un fluide homogène (méLange de E 7 et CB 15) Le schéma simplifié indique l'orientation de l'ensemble et la relation résultante pour l'intervalle de fluide L, en fonction de la dimension radiale r. La figure 11 représente des courbes montrant les profils calcu Lés de transmission des bords pour deux apodiseurs de faisceau CLC ayant la structure illustrée sur la figure 10, o p/p' = 0,863 et p/p' = 0,9 (deux lignes en trait continu) Les lignes en trait interrompu représentent des ajustements super-gaussiens pour chaque apodiseur. La figure 12 est une courbe montrant le profil de trans- mission à X = 1 064 nm, pour l'apodiseur CLC circulaire représenté sur la figure 10 La ligne en trait continu est le profil de trans- mission calcu Lé pour un cas idéal, les cercles désignent les résultats expérimentaux, et les lignes en trait interrompu représentent le meilleur ajustement super-gaussien des données (N = 3,51). La figure 13 est un schéma simplifié montrant la section droite en élévation d'un apodiseur de faisceau GCLC circulaire à 1 064 nm, qui utilise un méLange de CB 15 dans ZLI 11676, (accordé sur 910 nm), qui est employé comme CLC 1, et un méLange de CB 15 dans E 7 (accordé sur 1 064 nm) employé comme CLC 2. La figure 14 représente une courbe montrant le profil de transmission de l'apodiseur GCLC de la figure 13 à X = 1 064 nm. Les cercles sont les résultats expérimentaux et les lignes en trait interrompu représentent le meilleur ajustement super-gaussien aux données (N = 8,3, r = 12,4 mm) La durée de recuit est de 1 h. o La figure 15 représente des courbes montrant la variation de la longueur d'onde de crête de la bande de réflexion sélective en fonction de la température pour les mélanges SLI 1167 + CB 15 (carrés) et E 7 + CB 15 (cercles). La figure 16 est un schéma simplifié d'un apodiseur de faisceau annulaire utilisant deux éléments circulaires du type représenté sur la figure 13 pour produire un faisceau en forme d'anneau (en section droite). Les dispositifs produits par l'invention utilisent des mélanges de matières du type cristal liquide nématique et de substances d'addition chirales, dont les propriétés chimiques et les sources sont décrites dans l'article et le brevet ci-dessus indiqués de Jacobs et ai Une description plus étendue des propriétés chimiques se trouve dans la littérature technique fournie par les fabricants des produits et est bien connue A titre d'exemple, le mélange d'un cristal liquide nématique E 7 et d'un additif chiral CB 15 peut être accordé de façon à présenter une crête de réflesion sélective à À = I 064 nm De semblables substances à cristal liquide sont disponibles auprès de la société EM Chemicals, Hawthorne, New York, E U A Pour obtenir le fluide CLC préparé par mélange de ces substances dans leurs états iso- tropes, le pourcentage pondéra I de E 7 est 21,36 % et celui de CB 15 est de 78,64 %, N = 1,4172, nen = 1,6014, An = 0,1842 et na = o,n e,n av 1, 5093, comme déterminé à l'aide d'un réfractomètre d'Abbé ( 220 C, X = 1 053 nm) Pour X = 1 064 nm, le coefficient de couplage calculé est K = 0, 549 Pour ce mélange de CLC, le coefficient de réflection en fonction de l'épaisseur est représenté sur la figure 2 La concordance étroite entre Les données théoriques et les données expérimentales conforte la validité de l'équation ( 3). Une représentation graphique du coefficient de réflexion R en fonction de À/À pour KL = 4,59 est montrée sur la figure 3. o On peut voir que, lorsque À/À = 1,076, le coefficient de réflexion du CLC passe à zéro Les ondulations de la figure 3 sont dues à un désaccord de phase Pour la fabrication des éLéments décrits ci-après, tous ceux-ci sont assemblés à l'aide de substrats (qui séparent le matériau CLC) ayant un ancrage de surface faible. Un tel ancrage empêche l'existence de défauts d'inclinaison qui provoqueraient des effets de diffraction et empêche la création de gradients réguliers On pourra se reporter à la référence ( 19) pour la discussion des défauts d'inclinaison Cet effet d'ancrage de surface est très important pour les apodiseurs de l'invention, puisqu'il empêche toute discontinuité de structure, et les écarts qui en découlent par rapport à un profil régulier du coefficient de réflexion On pourra également se reporter à la référence ( 15) On pourra obtenir l'ancrage faible en préparant la surface du substrat (dont un exemple discuté ci- après) avant l'assemblage de manière à éviter des lignes ou des rainures grâce auxquelles les molécules de CLC pourraient s'orienter par rapport à la surface du substrat Un exemple de technique permettant d'assurer un ancrage faible est tel que ci-dessous On nettoie les substrats en les frottant à l'aide d'alumine désagglomérée (par exemple, les produits Gamma Micro- polish II, Buehler) et en appliquant un nettoyage par ultrasons pendant une durée de 2 à 3 min, après quoi on rince à l'aide d'eau déionisée Une fois qu'ils sont propres, on fait sécher les subs- trats à l'aide d'azote filtré, et on les traite à l'aide d'un canon antistatique pour supprimer la charge statique On sépare les subs- trats à l'aide de pièces d'écartement faites de Mylar, afin de définir l'épaisseur du fluide On remplit ensuite, par capilarité, avec le cristal liquide cholestérique On réalise un alignement de Grandjean par des techniques de cisaillement, c'est-à-dire en déplaçant les substrats latéralement de quelques millimètres les uns par rapport aux autres, à la température ambiante. On peut induire un gradient spatial dans la longueur d'onde de crête de réflexion sélective en remplissant un dispositif à cellules au moyen de méLanges de deux fluides CLC, à savoir CLC 1 et CLC 2, possédant des bandes de réflexion sélective différentes du fait de la présence de poucentages (concentrations relatives) différents pour l'additif chira L dans chaque mélange, depuis les côtés opposés d'une cellule, comme représenté sur la figure 4 La propriété de "fluidité" des cristaux liquides permet à ceux-ci de se mélanger dans une région de chevauchement 3 Le dispositif est représenté schématiquement sur la figure 4 et sera désigné comme étant un dispositif, ou élément, CLC à gradient (ou GCLC) Le taux de mélange (concentration relative) des additifs chiraux dans le cristal liquide nématique hôte varie linéairement dans la région 3, depuis le côté de la région 1 jusqu'au côté de la région 2. Puisque le nombre d'onde hélicoîdal qo du CLC, soit q = 2 '/PP est o proportionnel à la concentration (voir la référence ( 16)), le rapport 6/K de l'équation ( 1) peut être réécrit sous la forme suivante: 6 2 N q (X) 2 n (x) = a(v) ( 4) K An K An X o o K = ( 2 w/X) N est le nombre d'onde dans le milieu du o av cristal liquide Pour simplifier, on suppose que l'indice de réfraction moyen et la biréfringence sont constants dans les régions de longueur d'onde considérées Alors, X/À varie linéai- o rement en fonction de la position Si l'on choisit les deux CLC de façon que CLC 2 possède une longueur d'onde normalisée qui donne naissance à un coefficient de réflexion élevé et que CLC 1 présente la relation /IX = 1, 076, un profil à bordure floue peut être o créé dans la région de chevauchement, comme représenté dans la courbe du coefficient de réflexion de la figure 4 Si l'on suppose que la largeur de la région de chevauchement est maintenue constante, il est possible de faire varier la pente de la fonction de transmission sur l'étendue de la région de chevauchement en accordant le rapport À/ du CLC 2 utilisé pour une réflexion élevée o dans la région 2 de la figure 4 Comme le rapport X/X approche, dans la région 2, la valeur 1,076, la pente est diminuée sur la dans la région 2, la valeur 1,076, la pente est diminuée sur la région de chevauchement (région 3), ce qui entraîne, pour Le dispositif, un profil à bord atténué de réflectivité. IL existe plusieurs manières permettant de créer des gradients conformés pour An et na: ( 1) en utilisant le même av nématique hôte avec différentes concentrations du même additif chira L, ce qui donne deux bandes nettement différentes de réflexion sélective avec An identique, comme discuté ci-dessus; ( 2) en utilisant des nématiques hôtes différents (ce qui permet une variation de la viscosité et de la biréfringence) avec le même additif chira L; et ( 3) en utilisant des nématiques hôtes différents avec des additifs chiraux différents IL est également important que les indices de réfraction des substrats soient sensiblement accordés aux indices de réfraction moyens des matériaux CLC, lorsque la préservation de la qualité de front d'onde doit être prise en considération. En se reportant aux figures 5 à 9, il apparaîtra plus clairement, à l'aide de l'exemple suivant, comment on peut fabri- quer un apodiseur unidimensionnel On assemble trois cellules GCLC de diamètre 38 mm nettoyées non revêtues, presque identiques, à partir de substrats de verre de borosilicate (BK-7), qui possède un indice de réfraction qui est accordé avec le paramètre na des av matériaux GCLC Le verre BK-7 (Code MIL 517-642) possède un indice de 1,509 à X = 1 064 nm Les substances CLC 1 et CLC 2 ont des indices respectifs de 1,5093 et 1, 5099 à X = 1 064 nm D'autres substrats qui peuvent être utilisés sont les verrres transparents K 3 (Code NIL 518-590) et PK 2 (Code NIL 518-651) Pour chaque cellule, l'épaisseur de l'intervalle a été fixée à 13 pm à l'aide de pièces d'écartement faites de feuilles de Mylar Trois pièces d'écartement (feuilles) séparées des unes des autres de 1200 sont placées près des bords des substrats afin de former la cellule. Après remplissage et cisaillement, on peut fermer hermétiquement la cellule à l'aide d'un cordon d'époxy entourant le bord de la cellule ou à l'aide d'un joint d'étanchéité Toutefois, la ferme- ture hermétique peut ne pas être nécessaire, puisque les substances CLC sont extrêmement visqueuses Les surfaces des substrats de part et d'autre de l'intervalle sont plates et aplanies L'absence de coin résulte de manière évidente des franges d'interférence en lumière blanche, qui sont visibles à l'éclairement ambiant et doivent être largement séparées pour montrer la nature plane des surfaces des substrats Le remplissage se fait de préférence par capilarité à 60 C, au-dessus de la température de transition iso- trope du nématique E 7, à l'aide de deux mélanges de CLC droits différents, contenant chacun une quantité différente de l'additif chiral CB 15, depuis les côtés opposés de la cellule On injecte des perles de CLC 1 et de CLC 2, une à la fois, avec des seringues possédant des filtres (dimension des pores de 0,45 pm) pour éliminer par filtrage toutes les particules résiduelles, dans les conditions de l'écoulement laminaire (pipe de classe 100) Il faut prendre soin d'éviter les bulles On injecte suffisamment de CLC 2 pour couvrir une plus grande aire de l'intervalle que ce n'est le cas pour CLC 1, comme représenté sur la figure 8 Le CLC 1 possède un pourcentage pondéra I de 21,36 % de E 7 et de 78,64 x de CB 15 Le CLC 2 possède un pourcentage pondéra I de 26,48 % de E 7 et de 73,52 % de CB 15 On ajuste le CLC 1 en mélangeant les composants de façon qu'il présente une crête de réflexion sélective pour X O = 1 064 nm o à 22 C On ajuste le CLC 2 de façon à obtenir une crête de réflexion sélective pour À = 820 nm à 22 C On produit une quasi- structure de Grandjean par le procédé classique de cisaillement La figure 5 montre les spectres de réflexion sous la forme de la densité optique pour chaque mélange de CLC dans le visible et l'infrarouge proche à 22 C Ces analyses spectrales ont été obtenues à l'aide d'un rayonnement optique non polarisé dans un spectrophotomètre (Lambda-9 de Perkin-Elmer) Comme précédemment mentionné, les lobes latéraux (ou ondulations) n'apparaissent pas dans les spectres dans les conditions d'un ancrage faible, en raison des non-uniformités du nombre d'onde hélicoîdal des molécules dans la masse La légère inclinaison de la région supérieure plane et les formes asymétriques des crêtes de réflexion sélective de ces analyses résultent de la légère inclinaison de la structure de Grandjean qui est induite par des effets de surface internes aux substrats Le degré de réflexion sélective, tel qu'indiqué par l'amplitude de la variation de la densité optique, celle-ci étant désigné par A O D, depuis la ligne de base, est égal à environ 0,29, ce qui montre un bon alignement (La valeur limite théorique est égale à log 2 = 0,3). Le montage expérimental utilisé pour mesurer les profils de transmission de l'apodiseur est représenté sur la figure 6 (a). Le signal de sortie d'un laser Nd:YAG pompé par diode (Amoco Micro Laser, 1064 nm) est converti en lumière circulairement polarisé droite, est collimaté et est focalisé sur une cellule GCLC (taille de la tache: environ 500 pm) On réalise un balayage de la cellule en la faisant passer devant le faisceau sur une platine de trans- lation L'intensité lumineuse transmise est mesurée à l'aide d'un détecteur à photodiode (United Detector Technologies, UDT-10) La figure 6 (b) montre les profils de transmission de trois cellules GCLC ayant des temps de recuit différents à T = 22 C La dimension de la région d'interface ou de chevauchement est déterminée et peut être ajustée par la durée pendant laquelle on recuit le dispositif rempli (voir la figure 6 (b)) à une température supérieure à la température de transition de phase isotrope des mélanges (par exemple 90 C) Ceci maintient la viscosité du fluide à un niveau bas et permet au mélange in situ de s'effectuer dans la région de chevauchement Les profils de transmission deviennent un ordre inférieure de super-gaussien pour des durées de recuit plus longues. Le concept de mélange contrôlé du fluide visant à créer un gradient optique linéaire peut être exploité pour réaliser un apodiseur de faisceau unidimensionnel, comme représenté sur les figures 7 et 8 On construit ce dispositif en prenant deux cellules GCLC presque identiques, dont la fabrication a été décrite ci-dessus, et en les recouvrant avec CLC 1 et CLC 2 dans l'ordre inverse, comme représenté sur les figures 7 et 8 Sur la figure 8, les molécules des substances CLC 1 et CLC 2 sont représentées comme des hélices ayant des pas différents Le gradient du pas est également illustré, par l'intermédiaire du pas variable des hélices dans la région de chevauchement Avec cette configuration, la lumière n'est transmise que dans la région o la transmission (T) se produit pour les deux cellules Dans les régions (R), la lumière sera arrêtée par la réflexion sélective Les profils des faisceaux incident et de sortie sont respectivement représentés en 13 et 15 sur la figure 7 Un profil de transmission sur un semblable apodiseur est représenté sur la figure 9 L'ouverture nette est effectivement unidensionnelle On peut ajuster l'ouverture nette du dispositif en faisant mécaniquement coulisser les deux éléments GCLC l'un par rapport à l'autre Les surfaces externes des substrats sont de préférence revêtues d'une couche antiréfléchis- sante (AR) Ces cellules peuvent être en juxtaposition On peut éliminer le revêtement AR des surfaces des cellules ( 23 et 25 sur la figure 8) lorsque les cellules sont placées dans un liquide isotrope qui est accordé sur l'indice de réfraction des substrats. Ce liquide permet de pouvoir déplacer les cellules (verticalement sur la figure 8) afin de modifier la largeur de l'ouverture nette. Avec les figures 10 à 12, la fabrication d'apodiseurs de faisceau circulaire (à deux dimensions) à grande ouverture nette pourra être comprise plus clairement Les contraintes géométriques s'exerçant sur la construction d'apodiseurs à cristal liquide utilisant les conceptions antérieures (voir la référence ( 12) et le brevet de Jacobs) rendent difficile de démultiplier les ouvertures au-delà de 8 mm) Ces difficultés sont éliminées à l'aide de l'apodiseur de la figure 10, qui est constitué par un simple fluide CLC homogène placé entre une lentille plan-convexe 20, ayant un rayon de courbure p, et une lentille plan-concave 22 ayant unrayon de courbure p' Les deux substrats ont des rayons de courbure internes légèrement différents L'épaisseur de l'intervalle varie de façon qu'au moins 10 à 20 longueurs de pas puisse être logés au niveau du périmètre extérieur On utilise des pièces d'écartement en forme de feuilles pour fixer l'intervalle au niveau du péri- mètre On peut contrôler la symétrie radiale des deux substrats en observant des franges d'interférence annulaires en lumière blanche symétriques, qui ont une forme circulaire L'accord des indices entre les éléments de lentille du fluide et des substrats est important pour supprimer la focalisation Ceci demande que l'indice de réfraction moyen des substrats soit celui du fluide CLC, na. av' (Voir la référence ( 12)) L'épaisseur de l'intervalle entre les deux substrats est donnée par: r p L(R) = l 1 ( 5) 2 p p' Les profils de transmission pour P/P' = 0,863 et p/p' = 0,9, p valant 1 033,4 mm, sont représentés sur la figure 11 sous la forme de deux lignes en trait continu Lorsque p/P' augmente, c'est-à-dire lorsque les rayons de courbure des deux substrats se rapprochent l'un de l'autre, l'ouverture nette de l'apodiseur augmente Sur cette figure, les lignes en trait interrompu représentent un ajustement super-gaussien aux profils de transmission Les deux ajustements représentés sont tels que l'ordre du super-gaussien est N = 3,51 Aussi longtemps que l'épaisseur du fluide CLC varie selon l'équation ( 5), l'ordre de l'apodiseur est invariant et est égal à N = 3,51, pour l'exemple illustré sur la figure 11. A titre d'exemple d'un mode de réalisation du dispositif de la figure 10, on a produit deux substrats de diamètre 50,8 mm, avec p = 1 033,4 mm et p' = I 197,5 mm, et on les a assemblés en une cellule en utilisant les surfaces courbes comme parois internes L'intervalle d'air a été rempli par capilarité à 60 C avec un mélange homogène de E 7 et CB 15, accordé sur 1 064 nm Le pourcentage pondéra I de E 7 et CB 15 peut être identique à celui donné ci-dessous pour le CLC 1 La transmission mesurée (cercles) du dispositif à 22 C et les profils calculés (ligne en trait continu) en fonction du rayon sont représentés sur la figure 12. Des ajustements super-gaussiens aux deux courbes (lignes en trait pointillé) donnent N = 3,51 (ro = 8,5 mm) pour les données théo- riques et N = 3,52 (r = 9,9 mm) pour les données expérimentales. o Un défaut d'aligement local des molécules dans le CLC peut amener le coefficient de couplage à devenir inférieur à la valeur théo- rique, ce qui explique l'écart ci-dessus De façon générale, un apodiseur super-gaussien d'un ordre supérieur à 3,51 est nécessaire dans les applications aux laser de haute puissance pour maximiser l'énergie de sortie Ceci ne peut pas être réalisé à l'aide du simple concept à un seul fluide présenté ci-dessus, puisque l'ordre du super-gaussien ne peut pas être modifié Toutefois, l'adjonction d'un effet d'indice en gradient permet de construire des ordres supérieurs à 3,51. Un apodiseur circulaire (bidimensionnel) à indice en gradient produit selon l'invention va être présenté de manière plus claire à l'aide des figures 13 à 16, o on utilise non seulement une variation de l'épaisseur du fluide CLC, mais aussi un gradient de pas Avec cette combinaison épaisseur et gradient de pas, les apodiseurs circulaires produisent une plus large gamme de profils, y compris super-gaussiens, que dans le cas de l'épaisseur variable présentée ci-dessus sur la figure 10 Sur la figure 13, o des hélices ayant des pas différents illustrent des matériaux CLC différents, la substance CLC 1 possède une transmission élevée (T) et la substance CLC 2 possède une réflexion élevée (R) pour la longueur d'onde prévue Les propriétés de fluidité des CLC permettent de les mélanger et de former une région de chevauchement à gradient de pas o le coefficient de réflexion varie de O à 1 radialement vers l'extérieur, depuis le centre du dispositif, comme représenté par la variation de pas des hélices sur la région On obtient une bonne symétrie circulaire en utilisant des rayons de courbure légèrement différents pour les substrats de support, de sorte que le CLC 1 soit attiré dans l'aire d'intervalle étroit se trouvant au centre par un effet de capilarité radiale. A titre d'exemple, on a assemblé en une cellule deux substrats 24 et 26 de diamètre 50,8 mm, avec p = 1033,4 mm et p' = 1197,5 mm Des pièces d'écartement séparées les unes des autres de 1200 définissent l'épaisseur de l'intervalle au niveau de la périphérie On peut observer des franges d'interférence pour contrôler la symétrie radiale ci-dessus indiquée On a respec- tivement utilisé, pour CLC 1 et CLC 2, des mélanges de ZLI 167 ( 21,18 % en poids) et CB 15 ( 78,82 % en poids) (isotrope à 90 C, accordé à 910 nm), et de E 7 ( 21,36 % en poids) et CB 15 ( 78,82 % en poids) (isotrope à 60 C, accordé sur 1 064 nm) (ces matériaux sont disponibles auprès de la société EM, de Hawthorne, New Jersey, E.U A) Des surfaces incurvées 28 et 30 font fonction des parois internes de la cellule, et l'épaisseur de l'intervalle au niveau du bord interne de la bande de CLC 2 est suffisante pour donner une réflexion élevée. Pour fabriquer le dispositif de la figure 13, on commence par le remplissage en CLC 1, par capilarité, à 90 C, jusqu'à ce que l'on puisse supposer l'existence d'une bonne symétrie circulaire au centre de la cellule On refroidit ensuite la cellule à 45 C, et on charge très lentement le CLC 2, de façon à ne pas faire commencer le mélange Le CLC 1 tend à résister à la déformation en raison de sa viscosité accrue à cette température plus basse Dès que le remplissage par CLC 2 a été effectué, on augmente la température jusqu'à 90 C pour un recuit de 1 h dans la phase isotrope des deux mélanges On refroidit ensuite l'élément jusqu'à la température ambiante et on applique le cisaillement pour obtenir un bon alignement. Les données expérimentales (cercles) obtenues à 220 C et un ajustement super-gaussien (ligne en trait pointillé) sont représentés sur la figure 14 On voit que le profil de cet apodiseur est accordé avec un super-gaussien d'ordre N = 8,3, pour r = 12,4 mm L'écart par rapport à des performances idéales dans o la région centrale à sommet plat, o un coefficient de transmission élevé est nécessaire, résulte d'une réflectance résiduelle à 1 064 nm venant de l'aile de la bande de réflexion du CLC 1 centrée sur 910 nm On peut éliminer celui-ci en préparant un mélange de CLC 1 qui possède une crête de réflexion sélective à une longueur d'onde plus courte que 910 nm On peut modifier la pente au niveau du bord de l'apodiseur en faisant varier la durée pendant laquelle le dispositif rempli subit un recuit thermique à tempéra- ture constante au-dessus des températures de transition de phase isotrope des mélanges, o les viscosités sont basses La légère asymétrie du profil de l'apodiseur, que l'on peut voir sur la figure 14, résulte d'un coin introduit par inadvertance par l'époxy lors de l'opération de fermeture hermétique Pour obtenir un profil annulaire, on peut placer deux dispositifs 27 et 31 en tandem, comme représenté sur la figure 16, ou les empiler en juxtaposition. les méLanges de CLC 1 et de CLC 2 sont dans l'ordre inverse dans les dispositifs 27 et 31, comme on peut le voir. Des variations de température peuvent provoquer des déca- lages de longueur d'onde pour les caractéristiques des dispositifs à cristal liquide La dépendance, avec la température, des longueurs d'onde des crêtes de réflexion sélective des deux CLC utilisés pour réaliser l'apodiseur circulaire à indice en gradient, est représenté sur la figure 15 Dans la gamme de température de 20 à 300 C, la longueur d'onde de la crête de réflexion sélection se décale de 2,8 nm/ C pour le mélange de E 7 et CB 15 et de 2 nm/ C pour le mélange de SLI 1167 et CB 15 Des agents de dopage chiraux nouveaux ont récemment été décrits qui peuvent être employés pour réduire la sensibilité des mélanges CLC vis-à-vis de la température On pourra se reporter à la référence ( 17). Les cristaux liquides polymères offrent des avantages uniques, tels que l'insensibilité à la température et la rugosité. Les systèmes de polymères cristaux liquides qui peuvent être employés sont le polysiloxanne et les polyglutamates à groupes latéraux différents (Voir la référence ( 18)) Avec la description précédente, il a été clairement montré que des dispositifs GCLC perfectionnés ont été obtenus, particulièrement en ce qui concerne la conception, la fabrication et la caractérisation d'apodiseurs de faisceau laser fonctionnant sur la base d'effets optiques à indice en gradient dans les cris- taux liquides Pour un apodiseur unidimensionnel, il a été montré que l'on pouvait faire varier l'ouverture nette en faisant coulis- ser deux éléments du dispositif l'un au-dessus de l'autre Un apo- diseur circulaire, dans lequel la variation d'épaisseur du fluide CLC est définie par deux substrats ayant des rayons de courbure différents pour leurs surfaces internes possède un ordre super- gaussien N = 3,51 Il a également été décrit la possibilité de faire varier N dans ce concept et la possibilité d'obtenir des profils super- gaussiens voulus en utilisant la propriété de mélange des cristaux liquides pour créer un effet optique à indice en gra- dient. Bien entendu l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir des dispositifs et des procédés dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses autres variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. LISTE DES REFERENCES CITEES DANS LA DESCRIPTION 1 V R Costich et B C Johnson, "Apertures to shape high power beams", Laser Focus, 10 ( 9), 43-46 ( 1974). 2 A Penzkofer et W Frohlich, "Apodizing of intense laser beams with saturable dyes", Opt Commun 28 ( 2), 197-201 ( 1979). 3 Y Asahara et T Isumitani, "Process of producing soft aperture filter; heat treatment of glass composed of oxides of sodium, silicon, zinc, aluminum, tin and/or arsenic in a silver salt bath", brevet des E U A 4 108 621 ( 22 août 1978). 4 G Dubé, "Progress in glass components for neodymium lasers", paru dans Advanced Laser Technology and Applications, L Esterowitz, rédact, Proc Soc Photo-Opt Instrum Eng. 335, 10-14 ( 1982). V I Kryzhanovskii, B M Sedov, V A Serebryakov, A.D Tsvetkov et V E Yashin, "Formation of the spatial struc- ture of radiation in solid-state laser systems by apodizing and hard apertures", Sov J Quantum Electron 13 ( 2),194-198 ( 1983). 6 A J Campillo, B Carpenter, B E Newnam et S L Shapiro, "Soft apertures for reducing damage in high-power laser-amplifier system", Opt Commun 10 ( 4), 313-315 ( 1974). 7 E W S Hee, "Fabrication of apodized apertures for laser beam attenuation", Opt Laser Technol 7 ( 2), 75-79 ( 1975). 8 S B Arifzhanov, R A Ganeev, A A Gulamov, V I Redkorechev et T Usmanov, "Formation of a beam of high optical quality in a multistage neodymium laser", Sov J Quantum Electron 11 ( 6), 745-749 ( 1981). 9 G Dubé, "Total internal reflection apodizers", Opt Commun. 12 ( 3), 344-347 ( 1974). J C Diels, "Apodized aperture using frustrated total reflection", Appl Opt 14 ( 12), 2810-2811 ( 1975). 11 B J Feldmand et S J Gitomer, "Annular lens soft aperture for high power laser systems", Appl Opt 16 ( 6), 1484-1486 ( 1977). 12 S D Jacobs, K A Cerqua, K L Marshall, A Schmid, M.J Guardalben et K J Skerrett, "Liquid-crystal laser optics: design, fabrication, and performance", J Opt Soc. Am B 5 ( 9), 1962-1979 ( 1988). 13 J L Fergason, "Cholesteric structure I optical properties", paru dans Liquid Crystals: Proceedings of the International Conference on Liquid Crystals, à Kent State University, 16-20 août 1965, G H Brown, G J Dienes et M M Labes, rédact, p 89-103, Gordon and Breach, New York ( 1967). 14 J C Lee, J H Kelly, D L Smith et S D Jacobs, "Gain Squaring in a Cr:Nd:GSGG Active-Mirror Amplifier Using a Chlolesteric Liquid Crystal Mirror", IEEE J Quantum Electron 24 ( 11), 2238-2242 ( 1988). P D de Gennes, The Physics of Liquid Crystals, p 264-266, Oxford, Claredon ( 1974). 16 Ibid, p 240-241. 17 F Leenhouts, S Kelly et A Villiger, "Compensation of tempé- rature dependence of the optical characteristics of twisted nematic liquid-crystal displays using a single chiral dopant", Appl Phys Lett 54 ( 8), 696-697 ( 1989). 18 M L Tsai, S H Chen et S D Jacobs, "Optical Notch Filter Using Thermotropic Liquid Crystal Polymers", Appl Phys Lett. p 54 ( 24), 2395-2397 ( 1988) Voir aussi M Guardalben, A Bevin, K Marshall et A Schmid, " 1053-nm high-field effect in monomeric and polymeric conjugated systems", Proceedings, 20th Annual Symposium on Optical Materials, Boulder, CO, 26 octobre 1988, sous presse. 19 H Kelker, "Molecular Crystals and Liquid Crystals", Vol 15, p 347-361; Gordon and Breach Science Publishers, Grande-Bretagne, 1972. REVENDICATIONS 1 Apparei L permettant de conformer le profil d'un fais- ceau optique d'une longueur d'onde donnée, qui est dirigé suivant un trajet, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif à cristal liquide interceptant Ledit faisceau, ledit dispositif possédant un premier et un deuxième substrat ayant respectivement des première et deuxième surfaces en regard l'une de l'autre, un matériau cristal liquide (CLC 1, CLC 2) placé entre lesdites surfaces et possédant une chiralité qui produit une structure de molécules d'un pas PO donné de façon à produire une bande de réflexion sélective ayant une longueur d'onde de crête 0, la longueur d'onde de crête de ladite bande étant sensiblement égale à ladite longueur d'onde donnée et égale au produit de PO et nav, à savoir la moyenne des indices de réfraction extraordinaire et ordinaire dudit maté- riau à,), la mesure étant faite aux températures auxquelles Ledit appareil fonctionne, et lesdites première et deuxième surfaces définissant des sites d'ancrage faible pour lesdites molécules. 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites surfaces ont-entre elles un intervalle définissant une distance entre les surfaces qui varie suivant une direction trans- versale audit trajet. 3 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que 2 r est l'ouverture dudit dispositif et ladite variation d'épaisseur est réalisée par lesdites surfaces, ladite première surface ayant un rayon de courbure p et ladite deuxième surface ayant un rayon de courbure p par rapport à un point situé sur ledit trajet, de façon que ledit intervalle soit annulaire et présente une épaisseur L qui est fonction de r, l'épaisseur L(r) étant égale à r 2 p L(r) = El-J 2 p P' 4 Apparei L se Lon La revendication 1, caractérisé en ce que Ledit matériau crista L Liquide est un premier matériau et com- prend en outre un deuxième matériau crista L Liquide possédant également une chiralité, qui produit un pas différent dudit pas donné, de manière à produire une bande de réflexion sélective ayant une Longueur d'onde de crête différente de ,À Ledit deuxième maté- riau étant disposé entre Lesdits substrats au voisinage dudit premier matériau, afin de définir une région à gradient de pas qui présente pour Le faisceau un index de réfraction en gradient. 5 Apparei L se Lon La revendication 1, caractérisé en ce que Lesdites faces sont p Lanes et para LLèLes et sont séparées par un interva L Le d'épaisseur au moins éga L à plusieurs fois Le pas de ce Lui desdits matériaux qui possède Le pas Le p Lus Long. 6 Apparei L se Lon La revendication 4, caractérisé en ce qu'i L comprend en outre un deuxième dispositif disposé en tandem avec Ledit premier dispositif, et définissant respectivement une première et une deuxième desdites régions ayant Ledit gradient de pas, Lesque L Les régions sont déplacées Latéra Lement L'une par rapport à L'autre. 7 Apparei L se Lon La revendication 6, caractérisé en ce que Lesdits premier et deuxième dispositifs contiennent chacun Les- dits premier et deuxième matériaux, Ledit premier matériau et Ledit deuxième matériau dudit premier dispositif étant disposé dans L'ordre inverse par rapport auxdits premier et deuxième matériaux dudit deuxième dispositif. 8 Apparei L se Lon La revendication 7, caractérisé en ce que Ledit deuxième matériau dudit premier dispositif et dudit deuxième dispositif sont transmissifs pour Ladite Longueur d'onde donnée et sont disposés en succession sur Le trajet dudit faisceau. 9 Apparei L se Lon La revendication 5, caractérisé en ce que Ladite région est disposée Linéairement sur Le trajet dudit faisceau. Apparei L se Lon La revendication 8, caractérisé en ce que Lesdites première et deuxième régions s'étendent transversa Le- ment au trajet dudit faisceau. 11 Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit premier desdits premier et deuxième matériaux est disposé annulairement autour de l'autre desdits premier et deuxième matériaux et ladite région à indice en gradient possède une confi- guration annulaire. 12 Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un deuxième dispositif dans lequel un pre- mier desdits premier matériau et deuxième matériau est disposé annulairement autour de l'autre desdits premier et deuxième maté- riaux afin de définir une deuxième région d'indice à gradient de pas annulaire, ladite région annulaire possédant des périphéries internes de dimensions différentes sur ses périphéries internes, lesdits dispositifs étant disposés en tandem suivant le trajet dudit faisceau. 13 Appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième matériaux sont disposés respective- ment dans l'ordre inverse dans lesdits premier et deuxième dispo- sitifs. 14 Appareil selon la revendication 4, caratérisé en ce que lesdits premier et deuxième matériaux consistent chacun sensi- blement en un mélange d'un premier et d'un deuxième matériau ayant des chiralités différentes. Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième matériaux sont un cristal liquide nématique et un additif chiral. 16 Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième matériaux sont des polymères cristaux liquides. 17 Appareil selon la revendication 16, caractérisé en ce que lesdits polymères cristaux liquides sont des copolymères de polyglutamate, de polyacrylate ou de polysiloxanne. 18 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits sites d'ancrage faible sont obtenus par le fait que lesdites surfaces sont lisses et sensiblement exemptes de rainures. 19 Procédé de fabrication d'un dispositif permettant de conformer le profil d'un faisceau laser, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à préparer des mélanges de maté- riaux cristaux liquides ayant des chiralités différentes afin de réaliser un premier et un deuxième méLange ayant chacun un pas dif- férent, et à placer lesdits mélanges dans un intervalle formé entre les surfaces de substrats de façon qu'une région soit formée qui possède un pas à gradient. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en outre en ce qu'il comprend l'opération consistant à faire recuire ledit dispositif audessus de la température isotrope des mélanges afin d'ajuster la largeur de ladite région. 21 Procédé selon la revendication 20, caractérisé en outre en ce qu'il comprend l'opération consistant à préparer les surfaces desdits substrats qui forment ledit intervalle avec un aspect suffisamment lisse pour ne former que des sites d'ancrage faible pour lesdits matériaux, avant l'introduction desdits mélanges. 22 Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'opération consistant à appliquer un cisaillement auxdits matériaux en appliquant un mouvement de va-et- vient auxdits substrats l'un par rapport à l'autre. 23 Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'opération consistant à placer plusieurs dits dispositifs en tandem de façon que lesdites régions soient en relation de décalage.