Brevet FR2676817A1 — publié le 19921127

CELLULE DE MESURES DE CARACTERISTIQUES OPTIQUES NON LINEAIRES D'UN PRODUIT, ET GAMME DE FENETRES ET D'ENVELOPPES POUR CONSTITUER DE TELLES CELLULES DESCRIPTION L'invention se rapporte à une cellule de mesures de caractéristiques optiques non linéaires d'un produit disposé entre deux fenêtres prismatiqués transparentes à un faisceau Laser, et aussi à une gamme de fenêtres et d'enveloppes pour constituer de tel les cellules. Quand on fait parcourir un faisceau lumineux dans certains produits, notamment Liquides, on observe l'apparition d'harmoniques lumineux dont la fréquence est trois fois celle de la lumière incidente ; si un champ électrique est appliqué au produit, on peut de même faire apparaître un harmonique lumineux dont la fréquence est deux fois celle de la lumière incidente. L'intensité d'émission de ces radiations lumineuses n'obéit pas à une loi linéaire. De plus les coefficients non linéaires des liquides sont faibles, si bien qu'il est nécessaire d'utiliser un faisceau de grande puissance, qu'un faisceau laser pulsé focalisé dans le produit peut produire. Comme l'intensité lumineuse dépend également de la longueur traversée dans le produit, suivant une loi périodique, il est nécessaire de faire parcourir au faisceau lumineux une longueur continûment variable afin de dégager la loi d'émission de l'harmonique auquel on s'intéresse. Un moyen pour cela consiste à utiliser des fenêtres prismatiques qui délimitent un intervalle cunéiforme occupé par le produit, et la cellule de mesure portant les fenêtres et contenant le produit est alors déplacée en translation devant le faisceau lumineux.Un brevet antérieur (FR-A-2 604 802) décrit une méthode commode pour caractériser correctement l'émission des harmoniques. Comme on le voit sur les figures 1 et 2 de cette demande-ci, la cellule déjà utilisée par les inventeurs comprend tout d'abord un corps de cellule 1 comprenant une embase 2, un bouchon 3 supérieur, une paroi cylindrique 4 entre eux, des joints circulaires 5 et 6 entre la paroi cylindrique 4 d'une part, l'embase 2 ou le bouchon 3 d'autre part. La paroi cylindrique 4 est munie de fentes radiales 7 et 8 en prolongement L'une de l'autre et dans lesquelles des fenêtres 9 et 10 transparentes ont été enfoncées avant d'être collées à la paroi cylindrique 4. Les fenêtres 9 et 10 saillent à l'intérieur du volume 11 que le corps de cellule 1 contient et présentent des faces internes 12 et 13 disposées l'une en face de l'autre et dont l'une au moins est oblique de sorte qu'un intervalle cunéiforme 14 les sépare.Le volume 11 est rempli du produit dont les caractéristiques doivent être déterminées. Un bloc 21 peut occuper partiellement le volume 11 pour qu'une moins grande quantité de produit soit nécessaire. Un laser 15 est disposé en face du corps de cellule 1 pour émettre un faisceau 16 qui passe à travers les fenêtres 7 et 8 et l'intervalle cunéiforme 14. Le faisceau 16 est fortement focalisé sur l'intervalle cunéiforme 14 par des lentilles appropriées. On se reportera à la demande de brevet précédente pour découvrir les avantages de cette focalisation forte en combinaison avec des fenêtres 9 et 10 dont l'épaisseur (ici le côté de plus grande longueur) est important. Des portées planes 17 et 18 opposées sur l'embase 2 permettent de faire coulisser l'enveloppe 1 dans une rainure 19 d'une table 20 perpendiculairement au faisceau 16, si bien que le déplacement du corps de cellule 1 fait passer le faisceau 16 par des largeurs continûment variables de l'intervalle cunéiforme 14. Un tel dispositif convient pour obtenir les caractéristiques d'émission du troisième harmonique mais pas pour celles du deuxième car aucun moyen permettant de créer un champ électrique suffisant n'est prévu. Des problèmes apparaissent également s'il faut changer les fenêtres 9 et 10. L'expérience montre en effet que l'angle de l'intervalle cunéiforme 14 ne permet pas toujours de mesurer une période du phénomène d'émission sur la longueur utile de translation de la cellule, et que le faisceau 16 est souvent mal focalisé, à l'intérieur d'une des fenêtres 9 et 10 qu'il risque alors d'altérer à cause de sa forte intensité, les rendant ainsi inutilisables. Il faut alors détruire les liaisons de collage à l'enveloppe cylindrique 4 par un chauffage qui détruit en pratique également la fenêtre qui était encore intacte, et l'extraction des fentes 7 et 8 n'est malgré tout pas facile. Les fenêtres 9 et 10 doivent encore être détruites dans les situations où on voudrait simplement les remplacer par d'autres qui auraient des faces internes plus ou moins inclinées. L'objet essentiel de l'invention est de permettre un remplacement aisé de fenêtres dans une cellule de mesure de genre analogue à celle qui vient d'être décrite. Un autre objet de l'invention est la fourniture de moyens pour adapter la cellule aux mesures de caractéristiques optiques d'émission du deuxième harmonique lumineux. Un objet supplémentaire est la fourniture de moyens pour permettre un réglage correct et un étalonnage du faisceau lumineux. Sous sa forme la plus simple, l'invention concerne une cellule de mesures de caractéristiques optiques non linéaires d'un produit disposé entre deux fenêtres transparentes à un faisceau laser et à la lumière harmonique créée, les deux fenêtres délimitant un intervalle cunéiforme occupé par le produit, et une enveloppe percée de deux fentes concourantes occupées par les fenêtres et contenant le produit, caractérisée en ce que l'enveloppe est divisée en deux moitiés, les fentes ayant un contour appartenant partiellement à chaque moitié, et en ce que les fentes sont disposées mutuellement obliquement, ce qui signifie qu'elles ne sont plus en prolongement mais font un angle différent de 1800 tout en restant concourantes. Si les fenêtres saillent dans l'enveloppe, on peut ajouter des électrodes dans l'enveloppe et un dispositif pour plaquer les électrodes contre les fenêtres, les électrodes étant disposées de manière à encadrer l'intervalle cunéiforme. Il est alors possible de mesurer les caractéristiques optiques du deuxième harmonique. Le moyen d'étalonnage peut consister en une lame cunéiforme transparente au faisceau laser située dans le prolongement de l'intervalle cunéiforme selon les directions de translation de la cellule, la lame étant fixée hors de l'enveloppe. L'invention concerne également une gamme d'enveloppes et de fenêtres destinées à être assemblées pour constituer des cellules de mesures telles que celles qui ont été mentionnées, les fenêtres étant identiques et les enveloppes ayant des fentes disposées selon des angles différents. L'invention va maintenant être décrite plus en détail à l'aide des figures suivantes, annexées à titre illustratif et non limitatif, qui décrivent une réalisation de l'invention - la figure 1 déjà décrite illustre un corps de cellule déjà connu en coupe axiale ; - la figure 2 déjà décrite illustre le déroulement d'une expérience avec ce corps de cellule, représenté partiellement ; - la figure 3 illustre un corps de cellule conforme à l'invention en coupe axiale ; - la figure 4 illustre le même corps de cellule en vue de face ; - et la figure 5 illustre le même corps de cellule en coupe radiale et vue de dessus, selon la ligne V-V de la figure 4. Le corps de cellule 31 comporte maintenant deux moitiés cylindriques et superposées en manière de paroi cylindrique : une moitié inférieure 32, portant deux fentes 33 et 34 sous forme d'encoches qui entaillent son rebord supérieur 35 et correspondent aux fentes 7 et 8 de la réalisation antérieure, et une moitié supérieure 36 possédant un rebord inférieur 37. On peut donc dire que les fentes 33 et 34 ne sont ménagées que sur la moitié inférieure 32 du corps de cellule 31 mais que leur contour est réparti sur les deux moitiés 32 et 36 car une partie du rebord inférieur 37 en fait partie. Les fentes 33 et 34 sont radiales comme dans la réalisation antérieure et concourantes, mais ne sont plus en prolongement car elles forment désormais un angle A obtus et différent de 1800 mais en pratique assez proche, qui peut être égal à 1780, 1790 ou 179,50 dans des situations concrètes. Il faut encore mentionner comme parties du corps de cellule 31 une embase 38, munie d'une couronne de bridage 39 qui fait face à une couronne de bridage 40 établie sur la moitié supérieure 36. Des vis 41 relient les deux couronnes de bridage 39 et 40 et permettent donc de réaliser l'assemblage du corps de cellule 31, qui est complété en vissant un bouchon 42 sur la moitié supérieure 36. Un but accessoire des couronnes de bridage 39 et 40 est de protéger des fenêtres 45 et 46 en saillant autour des fentes 33 et 34, réduisant ainsi les risques de chocs et d'éclats. Des joints en indium ou en PTFE 43 (polytétrafluoréthylène) et 44 sont prévus entre l'embase 38 et la moitié inférieure 32 d'une part, la moitié supérieure 36 et la moitié inférieure 32 d'autre part. Les fenêtres 45 et 46 insérées dans les fentes 33 et 34 y sont maintenues soit par des assemblages à la colle comme dans la réalisation antérieure, soit par des brasures de matériaux à bas point de fusion. Les fenêtres 45 et 46 sont identiques et peuvent consister en des lames parfaitement parallélipipédiques. L'angle de l'intervalle cunéiforme 47 n'est plus alors défini par l'angle de leurs faces internes mais par l'angle A des fentes 33 et 34. Le principe des mesures est le même que précédemment et des portées planes 48 sont ici encore prévues sur l'embase 38 pour permettre de déplacer en translation la cellule dans une rainure perpendiculaire au faisceau lumineux. Si le remplacement d'une des fenêtres 45 et 46 est imposé, on peut procéder beaucoup plus aisément qu'auparavant en démontant d'abord les deux moitiés 32 et 36, ce qui rend les fenêtres 45 et 46 immédiatement accessibles. Le décollement en est facilité car la partie des fenêtres 45 et 46 qui est collée dans les fentes 33 et 34 est directement chauffée. Si on utilise une colle à bas point de transformation vitreuse, ou un matériau de brasure à bas points de fusion, on peut même envisager de récupérer les fenêtres 45 et 46 sans les endommager.On peut ensuite remplacer le cas échéant la moitié inférieure 32 par une autre dont l'angle A est différent et convenable pour le produit sur lequel porte l'expérience et on y place des fenêtres 45 et 46 identiques par un simple mouvement vertical sans faire coulisser sur une grande longueur. Une gamme complète de cellules de mesure peut ainsi comporter des moitiés inférieures 32 d'angles A différents et des fenêtres 45 et 46 toutes identiques et en nombre suffisant pour offrir des possibilités de rechange au cas où elles seraient endommagées ; toutes les autres pièces peuvent être uniques. Une lame de quartz 49 est associée à la cellule. Elle présente à sa partie médiane une section trapézoí'daLe ou cunéiforme comme on le voit en vue de dessus à la figure 5. Elle est fixée par sa partie supérieure à la couronne de bridage 40 par une vis 50 et coulisse par sa partie inférieure dans une rainure radiale 59 située dans la moitié inférieure 32. Elle est orientée dans la direction de la translation de la cellule et prolonge l'intervalle cunéiforme 47 selon cette direction. Il est ainsi possible d'effectuer des étalonnages par lesquels on focalise le faisceau laser 16 dans la lame de quartz 49 avant d'effectuer la mesure proprement dite, car on est alors assuré que le faisceau 16 sera focalisé dans l'intervalle cunéiforme 47 et n'endommagera pas les fenêtres 45 et 46.De plus, la mesure de l'intensité lumineuse d'harmonique produit dans la lame de quartz 49 fournit une indication qui permet d'étalonner l'expérience en indiquant l'énergie du faisceau laser 16. Si on veut mesurer les caractéristiques optiques d'émission de deuxième harmonique du produit contenu dans la cellule, on peut ajouter deux électrodes 51 et 52 en forme de patins plats qui reposent sur les faces inférieures et supérieures respectivement des fenêtres 45 et 46, à cheval sur les extrémités de celles-ci de manière à enclore l'intervalle cunéiforme 47. Un ressort inférieur 53 maintenu dans un logement vertical 54 de l'embase 38 repousse l'électrode inférieure 51 vers les fenêtres 45 et 46 ; un autre ressort 55 calé contre une partie isolante 56 du bouchon 42 plaque l'électrode supérieure 52 contre les fenêtres 45 et 46. Une tige 57 traverse la partie isolante 56 et s'étend jusqu'à l'électrode supérieure 52. Il contient un fil de connexion électrique 58 qui porte l'électrode supérieure 52 à un potentiel électrique différent de celui de l'électrode inférieure 51 et de l'embase 38. Un champ électrique est ainsi créé entre les électrodes 51 et 52. Cette invention offre donc une facilité beaucoup plus grande pour mener des expériences de génération d'harmoniques lumineux dans des liquides tels que des solvants. Le caractère démontable de la cellule permet à la fois de remplacer facilement des fenêtres hors d'usage, de modifier l'angle de l'intervalle cunéiforme 47, de nettoyer et laver aisément le contenu du corps de cellule 31 et d'installer ou retirer les électrodes 51 et 52. Les joints d'indium 43 et 44 sont intéressants car ils résistent bien aux solvants corrosifs. REVENDICATIONS 1. Cellule de mesures de caractéristiques optiques non linéaires d'un produit disposé entre deux fenêtres (45, 46) transparentes à un faisceau laser (16) et à un harmonique lumineux créé dans le produit, les deux fenêtres (45, 46) délimitant un intervalle cunéiforme (47) occupé par le produit, et une enveloppe percée de deux fentes concourantes (33, 34) occupées par les fenêtres (45, 46) et contenant le produit, caractérisée en ce que l'enveloppe est divisée en deux moitiés (32, 36), les fentes ayant un contour appartenant partiellement à chaque moitié, et en ce que les fentes sont disposées mutuellement obliquement. 2. Cellule de mesures de caractéristiques optiques non linéaires suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les fentes sont ménagées entièrement sur une des moitiés (32) de l'enveloppe. 3. Cellule de mesures de caractéristiques optiques non linéaires suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans laquelle les fenêtres saillent dans l'enveloppe, caractérisée en ce qu'elle comprend des électrodes (51, 52) dans l'enveloppe et un dispositif (53, 55) pour plaquer les électrodes contre les fenêtres, les électrodes étant disposées de manière à encadrer l'intervalle cunéiforme (47). 4. Cellule de mesures de caractéristiques optiques non linéaires suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'enveloppe comprend des saillies (39, 40) autour des fentes (33, 34). 5. Cellule de mesures de caractéristiques optiques non linéaires suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant des moyens de guidage en translation (48), caractérisée en ce qu'elle comprend une lame d'étalonnage (49) du faisceau laser (16) dans le prolongement de l'intervalle cunéiforme (47) selon la direction de translation, la lame (49) étant fixée hors de l'enveloppe (31). 6. Cellule de mesures de caractéristiq-ues optiques non linéaires suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'enveloppe comporte des parties (32, 36, 38) assemblées par des joints d'indium ou de PTFE (43, 44). 7. Gamme d'enveloppes et de fenêtres destinées à être assemblées pour constituer des cellules de mesures à l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les fenêtres sont identiques et les enveloppes ont des fentes (33, 34) disposées suivant des angles (A) différents.