Brevet FR2697702A1 — publié le 19940506

La présente invention concerne des ensembles de communications optiques. L'invention a ainsi pour objet un dispositif destiné à établir et maintenir une communication entre au moins deux stations dont l'emplacement relatif est initialement inconnu, et à établir cette communication très rapidement. Un ensemble de communications optiques selon la présente invention comporte un émetteur qui comprend un dispositif destiné à former un faisceau optique modulé en fréquence, un dispositif à cellule déflectrice acousto- optique destiné à balayer le faisceau et à introduire un décalage de fréquence dans le faisceau optique modulé en fréquence, et un récepteur comprenant un dispositif de détection d'un faisceau optique modulé en fréquence et ayant subi un décalage de fréquence et un dispositif de détermination de la fréquence de celui-ci. Le dispositif destiné à former un faisceau optique modulé en fréquence peut être avantageusement un laser couplé à un modulateur acousto-optique. Le dispositif de détermination de la fréquence d'un faisceau optique modulé en fréquence et ayant subi un décalage de fréquence peut mettre en oeuvre un système de détection cohérente par utilisation de techniques hétéro- dynes par exemple. Le dispositif à cellule déflectrice peut comporter un matériau quelconque convenable qui présente un effet acousto-optique, c'est-à- dire une diffraction de la lumière par des ondes acoustiques. Un exemple d'un tel matériau est le bioxyde de tellure Les ondes acoustiques sont habituellement couplées à la cellule par l'intermédiaire d'un transducteur piézo- électrique, par exemple qui est collé à une face de la cellule. La théorie du fonctionnement des dispositifs acousto-optiques est bien connue comme indiqué par exemple dans l'ouvrage "Principles of Acousto-Optic Devices" de V.M Ristic. De manière connue, une cellule déflectrice acousto- optique peut avoir une configuration telle qu'elle reçoit un faisceau de lumière laser à une fréquence f O par exemple et, en fonction d'un signal de pilotage à haute fréquence appliqué à la cellule (compris dans la plage allant de quelques mégahertz à quelques gigahertz), une partie de la lumière sortant de la cellule est déviée pour la formation du faisceau dit "faisceau du premier ordre" L'angle de déviation de ce faisceau par rapport au faisceau non dévié d'ordre zéro est pratiquement proportionnel à la fréquence du signal de pilotage (fac) qui provoque la formation d'une onde acoustique qui se propage dans la cellule En consé- quence, la variation de la fréquence du signal de pilotage de manière réglable quelconque permet le balayage d'un faisceau dans un plan unique Un balayage bidimensionnel peut être réalisé par incorporation d'une seconde cellule déflectrice dans laquelle passe le faisceau du premier ordre formé par la première cellule Divers dispositifs destinés à former un faisceau à balayage dans deux direc- tions (pour les applications de guidage des engins) sont décrits dans le document GB-A-2 113 939 par exemple. En plus de sa déviation, le faisceau du premier ordre subit aussi un décalage de fréquence, si bien que la fréquence fd du faisceau dévié du premier ordre peut être sous la forme fd = _ fac la fréquence du faisceau dévié étant donc décalée par rapport à celle de la lumière incidente d'une quantité égale à la fréquence du signal de pilotage En fait, la lumière incidente subit un décalage Doppler de la fréquence des ondes acoustiques qui se propagent dans la cellule Le sens du décalage (c'est-à-dire une augmentation ou une réduction de la fréquence) est déterminé par le sens de propagation de l'onde acoustique par rapport au rayonnement laser incident. En conséquence, l'angle de déviation est relié de façon originale à ce décalage "Doppler" et ainsi chaque angle du faisceau sortant de la cellule est codé de façon originale par un décalage unique de fréquence La présente invention met en oeuvre cet effet du décalage Doppler. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre d'un mode de réalisation, faite en référence au dessin dont la figure unique est une représentation schématique d'un ensemble de communications optiques. Le dessin représente deux stations 1 et 2 de commu- nications, la station 1 voulant établir et maintenir une liaison de communications avec une station distante 2. Chaque station comporte un émetteur 3 ayant un laser 4, un modulateur acousto-optique 5 et un ensemble déflecteur acousto-optique 6 Chaque station est aussi équipée d'un récepteur 7 Le récepteur 7 comporte un oscillateur local 8 et un élément photodétecteur 9 à semi-conducteur. La détection cohérente d'un faisceau modulé en fréquence et balayé provenant de l'émetteur 3 peut être réalisée par direction de la-lumière reçue et de la lumière laser 1 de l'oscillateur local 8 sur l'élément détecteur 9. Ceci provoque la création d'un signal de battement à la sortie du détecteur dont le signal de sortie est détecté comme "fréquence intermédiaire" (IF) par un circuit élec- tronique externe Tout changement d'amplitude, de fréquence ou de phase du faisceau balayé (ou de l'oscillateur local) est transféré au signal de battement, si bien que le signal à fréquence intermédiaire contient toute l'information originale sur le faisceau balayé En conséquence, l'ampli- tude du décalage de fréquence Doppler peut être facilement établie. Les ensembles déflecteurs acousto-optiques 6 ont une configuration donnant un dessin bidimensionnel de balayage. Dans le mode de réalisation préféré, la fréquence du signal de pilotage des cellules acousto-optiques est réglée par un convertisseur tensionhaute fréquence 10 à commutation rapide et commandé numériquement Ceci assure l'obtention d'une vitesse élevée de balayage qui permet un établis- sement rapide des communications. L'oscillateur local 8 d'une première station doit être adapté au laser 4 de l'autre station Un procédé permettant l'obtention de cette caractéristique est le suivant. L'émetteur 3 de la station 1 est dirigé vers la station 2 Le degré de précision nécessaire est déterminé par le champ d'observation du déflecteur acousto-optique. Des exemples d'angles de champ sont supérieurs à quelques degrés La station 1 balaye alors son laser continu 4 à une fréquence élevée (par exemple de nombreuses centaines de kilohertz) Le récepteur 7 placé à la station 2 est alors éclairé occasionnellement par le rayonnement Le rayonne- ment laser de la station 1 contient une modulation fixe prédéterminée en fréquence due au modulateur 5 Ceci permet une variation de l'oscillateur local 8 de la station 2 jusqu'à ce qu'une fréquence instantanée puisse être extraite A ce moment, la station 2 commence à émettre par le procédé déjà décrit Lorsque la station 1 reçoit occa- sionnellement le signal émis par la station 2, la station 1 cesse son émission et commence à adapter son oscillateur local 8 à l'émission de la station 2 Lorsque ce phénomène a été obtenu, les deux stations sont prêtes à communiquer. Il faut noter que ce processus peut être terminé en un temps relativement court étant donné les possibilités de balayage rapide de l'ensemble acousto-optique. Les deux stations ont alors établi une communication intermittente, mais ne sont pas au courant de leur emplace- ment mutuel. Une communication totale est établie de la manière suivante. La station 1 commence un balayage rapide Lorsque la station 2 reçoit le signal, elle extrait le décalage Doppler (qui varie avec l'angle d'arrivée du faisceau balayé) du signal reçu La station 2 émet alors cette information par modulation en fréquence de son propre faisceau balayé à l'aide du modulateur 5 Le poste 1 reçoit alors parfois les informations communiquées par la station 2 Ces informations sont relatives aux coordonnées de la station 2 par rapport à la station 1 La station 1 cesse alors de balayer et se "verrouille" sur les coordonnées reçues de la station 2 Le signal reçu de la station 2, étant donné le décalage Doppler du déflecteur acousto- optique, contient les coordonnées de la station 1 par rapport à la station 2. La station 1 émet donc ces coordonnées vers la station 2 La station 2 cesse alors le balayage et se verrouille" sur les coordonnées transmises par la station 1. Le processus précité d'établissement d'une communi- cation complète se produit très rapidement étant donné la vitesse élevée de balayage. Les deux stations peuvent alors communiquer des informations quelconques, par l'intermédiaire des émetteurs 3 et du modulateur 5, jusqu'à ce que la communication soit interrompue par exemple par déplacement d'une station par rapport à l'autre Dès que ceci se produit, les deux stations commencent l'exécution d'un diagramme de recherche pour l'établissement d'une communication complète Etant donné la vitesse élevée de balayage, l'opération est très rapide dans l'hypothèse d'un déplacement relatif qui n'est pas extrêmement grand ou erratique. Les informations communiquées par la modulation de fréquence du faisceau lu peuvent concerner les informations d'identification de vaisseaux par exemple Une autre application à laquelle l'invention est particulièrement bien adaptée est celui des communications de sécurité. REVENDICATIONS 1 Ensemble de communications optiques, comprenant un émetteur ( 3) ayant un dispositif destiné à former un faisceau optique ( 4, 5) modulé en fréquence, et un dispo- sitif ( 6) à cellule déflectrice acousto-optique destiné à balayer le faisceau et à introduire un décalage de fré- quence dans le faisceau optique modulé en fréquence, caractérisé par un récepteur ( 7) ayant un dispositif de détection d'un faisceau optique ( 9) modulé en fréquence et décalé en fréquence, et un dispositif ( 8) de détermination de la fréquence de ce faisceau. 2 Ensemble selon la revendication 1, dans lequel le dispositif destiné à former un faisceau optique modulé en fréquence est un laser ( 4) couplé à un modulateur acousto- optique ( 5). 3 Ensemble selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel le récepteur ( 7) est un ensemble de réception par détection cohérente. 4 Ensemble selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le dispositif ( 6) à cellule déflectrice acousto-optique comporte un conver- tisseur tension-fréquence ( 10) commandé numériquement et destiné à balayer le faisceau optique d'une manière pré- déterminée.