Brevet FR2685771A1 — publié le 19930702

La présente invention concerne un dispositif de mesure de la phase d'une onde lumineuse. Traditionnellement cette mesure est faite par des méthodes interféromètriques ou éventuellement par des relevés locaux de la phase. Le dispositif, selon l'invention, évite des mesures expérimentales complexes. I1 comporte en effet, selon une première caractéristique, un analyseur de faisceau placé sur un rail de translation. Cet analyseur permet de faire le relevé instantané, bidimensionnel, de la distribution énergétique du champ électromagnétique dans deux plans parallèles, perpendiculaires à l'axe du faisceau et distants l'un de l'autre d'une valeur v. Ce relevé permet d'obtenir, selon un échantillonnage donné, les amplitudes Aijo et Aijv (i et j sont deux entiers variant de 1 à n, n est le nombre de points de mesure de l'échantillonnage pour chaque dimension) de la distribution en énergie pour les plans z=o et z=v. Les valeurs des amplitudes sont transmises à un calculateur qui dispose d'un logiciel informatique de calcul numérique de propagation d'une onde d'amplitude complexe dans l'approximation de Fresnel. L'algorithme de Gerchberg et Saxton est destiné à fixer la phase d'un objet lumineux dont sont connues les amplitudes du champ électromagnétique et la répartition de son spectre de fréquences spatiales. Pratiquement, la mise en oeuvre de l'algorithme nécessite de connaître ces amplitudes dans deux plans conjugues au sens de Fourier. Le dispositif, selon- l'invention, permet une généralisation de l'algorithme de Gerchberg et Saxton. Le logiciel informatique effectue un calcul itératif. Les amplitudes Aijo sont celles relevées par analyseur dans le plan z=o. Dans ce plan, les phases locales correspondantes pijo (1) sont fixées à zéro. Le calculateur définit les amplitudes Aijv et les phases p'ijv(l) de 1 l'onde complexe simulée dans le plan z=v. Les amplitudes Aijv, relevées par l'analyseur dans le plan z=v sont alors substituees aux amplitudes A'ijv calculées, les phases p'ijv(l) sont conservées. Le calculateur définit les amplitudes A'ijo et les phases p"ijo(l) de l'onde complexe simulée dans le plan z=o. Les amplitudes Aijo relevées dans le plan z=o sont alors substituées aux amplitudes A A'ijo calculées, les phases p"ijo(1)=pijo(2) sont conservées. Le calculateur réitère son calcul selon le même principe. Au bout d'un nombre k de cycles donnés, les phases pijo(k) de l'onde dans le plan z=o et pijv(k) dans le plan z=v convergent et la mesure est terminée. La translation du rail sur lequel est placé l'analyseur est parallèle à l'axe du faisceau. La précision recherchée de ce parallélisme dépend de la variation de phase à laquelle l'onde est soumise pour un déplacement sur le front d'onde égal à l'erreur de parallélisme estimé entre le plan z=o et le plan z=v. Afin de palier à un artefact de positionnement dans le relevé des amplitudes des distributions en énergie, il est utile de définir, dans le logiciel informatique, une fonction erreur qui fixe 1 l'écart des carrés des amplitudes après une itération. La vitesse de convergence de la phase dépend, pour une phase à mesurer donnée, de la distance v de propagation choisie. Pour contourner le problème de convergence trop lent, l'analyseur de faisceau peut relever les distributions énergétiques du faisceau selon trois plans. Le logiciel exécute alors ses calculs itératifs sur trois ensembles de valeurs d'amplitudes. Toutefois, la distance v entre les deux plans initiaux peut être augmentée ou diminuée par l'expérimentation de façon à assurer une convergence plus rapide. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à la mesure de phase de faisceaux-lasers. REVENDICATIONS 1) Dispositif de mesure de la phase d'une onde lumineuse constitué d'un analyseur de faisceau placé sur un rail de translation, apte à mesurer, dans deux plans quelconques perpendiculaires à l'axe du faisceau, la distribution énergétique bidimensionnelle du champ électromagnétique, et, d'un logiciel informatique qui, par itérations successives, simule la propagation d'une onde d'amplitude complexe entre les deux plans et fournit par convergence, la phase de l'onde du faisceau réel. 2) Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la translation de l'analyseur de faisceau sur le rail, soit parallèle à l'axe du faisceau. 3) Dispositif suivant les revendications 1 et 2 précédentes, caractérisé en ce que la mesure de la distribution énergétique du champ électromagnétique se fasse éventuellement sur trois plans perpendiculaires à l'axe du faisceau. 4) Dispositif suivant l'une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce que le logiciel informatique simule, par itérations successives, la propagation d'une onde d'amplitude complexe entre les plans et fournit par convergence, la phase de l'onde du faisceau réel. 5) Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le logiciel informatique permet le test d'une fonction erreur apte à éviter des artefacts de positionnement dans le relevé relatif des distributions énergétiques du champ électromagnétique. 6) Dispositif suivant les revendications 1, 4 et 5, caractérisé en ce que le logiciel informatique calcule numériquement la propagation d'une onde d'amplitude complexe dans l'approximation de FRESNEL. 7) Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le choix de la distance relative des plans de mesure de la distribution énergétique du champ électromagnétique dépend de la variation de la phase de l'onde réelle sur une section du faisceau. 8) Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérise en ce que la précision du parallélisme de la translation du rail de l'analyseur et du faisceau dépend de la variation de la phase de l'onde réelle sur une section du faisceau.