Brevet FR2716728A1 — publié le 19950901

t_ 2716728 Source de lumière à longueur d'onde variable La présente invention concerne une source de lumière à longueur d'onde variable pour faire varier une différence de fréquence entre deux sources de lumière cohérente. La figure 6 est un diagramme schématique d'une source de lumière à longueur d'onde variable. Sur la figure 6, le numéro 1 désigne une source de lumière qui émet une lumière cohérente, le numéro 2 désigne une source de lumière à longueur d'onde variable, le numéro 3 désigne un dispositif de dérivation optique, le numéro 4 désigne un dispositif de dérivation optique, le numéro 7 désigne un coupleur optique, le numéro 8 désigne un détecteur de lumière, le numéro 9 désigne un générateur de signaux, le numéro 10 désigne un comparateur de phase et le numéro 11 désigne un filtre passe-bas (dénommé ci-après LPF). Sur la figure 6, la source de lumière 1 émet une lumière cohérente de fréquence fo et la source de lumière à longueur d'onde variable 2 émet une lumière de fréquence fa. Le dispositif de dérivation optique 3 dérive dela lumière émise par la source de lumière 1 vers l'extérieur, comme lumière de référence et vers la première borne d'entrée du coupleur optique 7. Le dispositif de dérivation optique 4 dérive de la lumière émise par la source de lumière à longueur d'onde variable 2 vers l'extérieur, comme lumière émise et vers la deuxième borne d'entrée du coupleur optique 7. Le coupleur optique 7 combine la lumière de fréquence fo provenant du dispositif de dérivation optique 3 à celle de fréquence fa émise par le dispositif de dérivation optique 4. Le détecteur de lumière 8 détecte la lumière combinée qui lui est fournie par le coupleur optique 7 et envoie un signal de fréquence Afl, qui est une différence de fréquence entre la lumière émise par la source de lumière 1 et celle émise par la source de lumière à longueur d'onde variable 2. Le générateur de signaux 9 fournit un signal de fréquence fSG2 au comparateur de phase 10. Le comparateur de phase 10 compare la phase du signal de fréquence Afl qui lui est fourni, provenant du détecteur de lumière 8, à celle d'un signal de fréquence fSG2 émis par le générateur de signaux 9, pour convertir la différence de phase entre eux en tension et fournir cette dernière. Le LPF 11 élimine la lumière aux fréquences plus élevées de celle émise par le comparateur de phase 10 et envoie la lumière restante à la source de lumière à longueur d'onde variable 2. Ensuite, la source de lumière à longueur d'onde variable 2 est commandée pour ramener près de zéro la sortie du comparateur de phase 10. Il s'ensuit que la fréquence d'oscillation de la source de lumière à longueur d'onde variable 2 est verrouillée sur une fréquence qui est la somme de la fréquence d'oscillation de la source de lumière 1 et de celle du générateur de signaux 9. Le fonctionnement d'une source de lumière classique à longueur d'onde variable, illustrée sur la figure 6, est décrit ci-après en se référant aux figures 7 et 8. Sur la figure 7, la référence fo désigne la fréquence d'oscillation de la source de lumière 1, fa désigne celle de la source de lumière à longueur d'onde variable 2, avant la commande, et la référence Af! désigne la différence de fréquence entre la lumière émise par la source de lumière 1 et celle émise par la source de lumière à longueur d'onde variable 2. Sur la figure 8, la référence fb désigne la fréquence d'oscillation de la source de lumière à longueur d'onde variable 2, dans le cas o cette dernière est commandée. La référence fSG2 désigne la fréquence du signal émis par le générateur de signaux 9. - La différence de fréquence entre la source de lumière 1 et la source de lumière à longueur d'onde variable 2 est obtenue par la formule fb - fO = fSG2. Afl devient égale à fSG2 sous l'effet de la commande, si bien que l'on peut faire varier la différence de fréquence Afl entre la source de lumière 1 et la source de lumière à longueur d'onde variable 2 en actionnant le générateur de signaux 9 pour faire varier la valeur fSG2. La source de lumière classique à longueur d'onde variable, ayant la constitution illustrée sur la figure 6, souffre d'un problème qui est que la plage variable réelle de différence de fréquence est limitée à l'ordre de plusieurs GHz à plusieurs dizaines de GHz, étant donné que la plage variable de différence de fréquence entre la source de lumière 1 et la source de lumière à longueur d'onde variable 2 est égale à celle du générateur de signaux 9. Un but de la présente invention est de proposer une source de lumière à longueur d'onde variable capable de faire varier la différence de fréquence entre la source de lumière et la source de lumière à longueur d'onde variable sur une large plage, en exposant la lumière émise par la source de lumière à une modulation de phase, de manière à produire des fréquences harmoniques plus élevées, en asservissant la fréquence de la lumière émise par la source de lumière à longueur d'onde variable sur celle d'une fréquence harmonique d'ordre n fois plus élevé et en rendant variable la fréquence de modulation de phase. En vue d'atteindre le but précité, la présente invention propose une source de lumière à longueur d'onde variable comprenant une source de lumière 1 qui émet de la lumière cohérente, un dispositif de dérivation optique 3 qui dérive de la lumière émise par la source de lumière 1 et émet l'une des lumières dérivées comme lumière de référence, une source de lumière à longueur d'onde variable 2 qui émet de la lumière cohérente de longueur d'onde variable, un dispositif de dérivation optique 4 qui dérive de la lumière émise par la source de lumière à longueur d'onde variable 2 et envoie l'une des lumières dérivées vers l'extérieur, un modulateur de phase optique 5 qui module la phase de l'autre lumière dérivée par le dispositif de dérivation optique 3, un générateur de signaux 6 qui fournit un signal de modulation au modulateur de phase optique 5, un circuit de commande de fréquence 12 qui commande la fréquence du générateur de signaux 6, un coupleur optique 7 qui combine l'autre lumière dérivée par le dispositif de dérivation optique 4 à une lumière émise par le modulateur de phase optique 5, un détecteur de lumière 8 pour détecter de la lumière émise par le couple optique 7, un générateur de signaux 9, un comparateur de phase 10 qui compare le phase de la sortie du détecteur de lumière 8 à celle du générateur de signaux 9 et convertit la différence de phase entre elles en une tension et fournit cette dernière, et un LPF 11 qui limite la largeur de bande de la sortie du comparateur de phase 10 et envoie cette dernière à la source de lumière à longueur d'onde variable 2. La source de lumière à longueur d'onde variable comprend avantageusement un amplificateur de lumière 13 qui amplifie la lumière émise par le modulateur de phase optique 5. La figure 1 est un diagramme schématique de la source de lumière à longueur d'onde variable selon la présente invention; la figure 2 est un graphique représentant la relation entre des fréquences respectives avant la commande, selon la présente invention; la figure 3 est un graphique représentant une relation entre des fréquences respectives après la commande, selon la présente invention; la figure 4 est un diagramme schématique de la source de lumière à longueur d'onde variable selon un mode de réalisation illustré sur la figure 1; la figure 5 est un diagramme schématique de la source de lumière à longueur d'onde variable selon un mode de réalisation autre que celui illustré sur la figure 1; la figure 6 est un diagramme schématique d'une source de lumière à longueur d'onde variable selon l'art antérieur; la figure 7 est un graphique représentant la relation entre des fréquences respectives avant la commande, selon l'art antérieur; et la figure 8 est un graphique représentant une relation entre des fréquences respectives après la commande, selon l'art antérieur. Le diagramme schématique de la source de lumière à longueur d'onde variable selon la présente invention est représenté sur la figure 1. Sur la figure 1, le numéro 5 désigne un modulateur de phase optique, le numéro 6 désigne un générateur de signaux, le numéro 12 désigne un circuit de commande de fréquence et les autres composants sont identiques à ceux illustrés sur la figure 6. La source de lumière à longueur d'onde variable illustrée sur la figure 1 comprend en outre, en plus de celle illustrée sur la figure 6, le modulateur de phase optique 5, le générateur de signaux 6 et le circuit de commande de fréquence 12, à un étage suivant le dispositif de dérivation optique 3. Le fonctionnement de la source de lumière à longueur d'onde variable selon la présente invention va maintenant être décrit en se référant à la figure 1. Le modulateur de phase optique 5 expose la lumière cohérente émise par la source de lumière 1 à.une modulation de phase au moyen d'un signal fourni par le générateur de signaux 6 qui envoie un signal de fréquence fSGl pour produire des fréquences harmoniques plus élevées, la fréquence du signal fSG1 étant déterminée par le circuit de commande de fréquence 12. Le couple optique 7 combine la lumière émise par le modulateur de phase optique 5 à celle émise par la source de lumière à longueur d'onde variable 2. Le détecteur de lumière 8 détecte la lumière émise par le coupleur optique 7 et envoie un signal de fréquence Af2, qui est une différence de fréquence entre la fréquence harmonique d'ordre n fois supérieur de la lumière émise par le modulateur de phase optique 5 et la lumière émise par la source de lumière à longueur d'onde variable 2. Le générateur de signaux 9 fournit un signal de fréquence fSG2 au comparateur de phase 10. Le comparateur de phase 10 compare le signal de fréquence Af2 qui est fourni par le détecteur de lumière 8 au signal de fréquence AfSG2 qui est fourni par le générateur de signaux 9, pour convertir la différence de phase entre elles en une tension et fournir cette dernière. Il est ici prévu le LPF 11 pour éliminer la lumière ayant des fréquences plus élevées de la lumière émise par le comparateur de phase 10, pour fournir la lumière restante à la source de lumière à longueur d'onde variable 2. A ce moment, la source de lumière à longueur d'onde variable 2 est commandée pour que la sortie du comparateur de phase 10 s'approche de la valeur zéro. Le fonctionnement de la source de lumière à longueur d'onde variable illustrée sur la figure 1 est décrit ci-après plus en détail en se référant aux figures 2 et 3. Sur la figure 2, la référence fo désigne la fréquence de la lumière émise par la source de lumière 1, la référence fa désigne la fréquence de la lumière émise par la source de lumière à longueur d'onde variable 2, la fréquence fSG1 désigne la fréquence de la lumière produite par le générateur de signaux 6, Af2 est une différence de fréquence entre la lumière émise par la source de lumière 1 et celle émise par la source de lumière à longueur d'onde variable 2 et n est l'ordre des fréquences harmoniques plus élevées émises par le modulateur de phase optique 5. Sur la figure 3, la référence fb désigne la fréquence de la lumière émise par la source de lumière à longueur d'onde variable 2 après la commande et la référence fSG2 désigne la fréquence d'un signal émis par le générateur de signaux 9. Lorsque la fréquence de la lumière émise par la source de lumière à longueur d'onde variable 2 a une fréquence asservie qui diffère de celle d'une fréquence harmonique n fois supérieure d'une valeur égale à la différence de fréquence fSG2 qui est fournie par le générateur de signaux 9, la fréquence harmonique n fois supérieure étant produite en exposant la lumière émise par la source de lumière 1 à une modulation de phase au moyen d'un signal produit par le générateur de signaux 6, la différence de fréquence entre la source de lumière 1 et la source de lumière à longueur d'onde variable 2 devient: fb - fo = fSG1 x n + fSG2, si bien que la plage variable de fréquence devient n fois plus grande que celle du générateur de signaux 6. Les figures 4 et 5 sont des diagrammes schématiques de la source de lumière à longueur d'onde variable illustrée sur la figure 1, selon les modes de réalisation de la présente invention. Sur la figure 4, la source de lumière à longueur d'onde variable comprend, outre les autres composants du diagramme schématique illustré sur la figure 1, un amplificateur de lumière 13 pour agir dans le cas o les fréquences harmoniques d'ordre supérieur produites dans le modulateur de phase optique 5 ont un faible niveau. La figure 5 est un diagramme schématique concret de la figure 1, dans lequel la source de lumière 1 est constituée d'un laser à semiconducteur, la source de lumière à longueur d'onde variable 2 est constituée d'une combinaison entre un laser à semiconducteur et un dispositif de commande de température utilisant un élément Peltier etc., chacun des dispositifs de dérivation optique 3 et 4 et le coupleur optique 7 sont constitués d'un coupleur à fibres optiques, une combinaison entre le générateur de signaux et le circuit de commande de fréquence 12 est constituée d'un synthétiseur, le coupleur optique 7 est constitué d'une photodiode, le générateur de signaux 9 est constitué d'un synthétiseur et le comparateur de phase 10 est constitué d'un mélangeur. La source de lumière 1 peut être un laser quelconque, dans la mesure o il présente un mode unique, sans être limité au laser à semiconducteur. La source de lumière à longueur d'onde variable 2 peut également être un laser à semiconducteur pourvu d'un résonateur externe au lieu du laser à semiconducteur commandé en température ou un laser solide, et un modulateur de phase optique utilisant des guides de lumière peut être utilisé pour le modulateur de phase optique 5. Dans la source de lumière à longueur d'onde variable selon la présente invention, la fréquence de la source de lumière à longueur d'onde variable est asservie sur la fréquence harmonique d'ordre n fois plus élevée qui est produite en exposant la lumière émise par la source de lumière à une modulation de phase au moyen d'un signal de modulation à phase variable, si bien qu'il est possible de5 faire varier une différence de fréquence entre la source de lumineuse et la source de lumière à longueur d'onde variable sur une large plage. REVENDICATIONS 1. Source de lumière à longueur d'onde variable comprenant: une source lumineuse (1) d'émission de lumière cohérente; un premier dispositif de dérivation optique (3) pour dériver de la lumière émise par ladite source lumineuse (1) et fournir l'une desdites lumières dérivées comme lumière de référence; une source lumineuse à longueur d'onde variable (2) d'émission de lumière cohérente à longueur d'onde variable; un deuxième dispositif de dérivation optique (4) pour dériver de la lumière émise par ladite source lumineuse (2) à longueur d'onde variable et envoyer vers l'extérieur l'une desdites lumières dérivées; un modulateur de phase optique (5) pour moduler la phase de l'autre lumière dérivée par ledit premier dispositif de dérivation optique (3); un générateur de signaux (6) pour fournir un signal de modulation audit modulateur de phase optique (5); un circuit de commande de fréquence (12) pour commander la fréquence dudit générateur de signaux (6); un coupleur optique (7) pour combiner l'autre lumière dérivée par ledit deuxième dispositif de dérivation optique (4) à la lumière émise par ledit modulateur de phase optique (5); un détecteur de lumière (8) pour détecter la lumière issue dudit coupleur optique (7); _ un deuxième générateur de signaux (9); un comparateur de phase (10) pour comparer la phase d'une sortie dudit détecteur de lumière (8) à celle dudit deuxième générateur de signaux (9) et convertir une différence de phase entre elles en une tension et fournir cette dernière; et un filtre passe- bas (11) pour limiter la largeur de bande d'une sortie dudit comparateur de phase (10) et fournir cette dernière à ladite source lumineuse à longueur d'onde variable ( 2). 2. Source de lumière à longueur d'onde variable selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comprend un amplificateur de lumière (13) pour amplifier la lumière émise par ledit modulateur de phase optique (5).