Brevet FR2741726A1 — publié le 19970530

DISPOSITIF DE MISE EN FORME DU FAISCEAU OPTIQUE L'invention concerne un dispositif de mise en forme de faisceaux optiques et notamment de mise en forme de faisceau émis par une barrette de diode laser. Les barrettes de diodes laser sont des assemblages monolithiques de diodes permettant de délivrer des puissances optiques élevées. Généralement de 1 cm de large dans la direction parallèle au plan de la jonction (D//), leur surface émissive est d'environ 1 pm de haut dans la direction perpendiculaire (Dl). Une barrette est ainsi une source fortement dissymétrique, étant environ 10.000 fois plus large que haute.De même, la divergence du rayonnement est non symétrique: supérieure à 25 (30 à 50 ) selon Dl, elle est d'environ 10 suivant D//. La combinaison de ces deux caractéristiques conduit à une étendue géométrique environ 2000 fois plus grande selon D11 que selon Dl. Cette forte dissymétrie est tout à fait préjudiciable à l'emploi efficace de ces composants pour de nombreuses applications. En effet, outre la difficulté de manipulation, il est en général intéressant de disposer d'un faisceau d'étendue géométrique proche de la symétrie de révolution. Par exemple pour l'injection dans une fibre optique ou pour le pompage optique longitudinal de lasers solides. Des travaux sont en cours pour répartir optiquement l'étendue géométrique selon les deux directions, tout en conservant au mieux sa valeur globale [voir document W.A. Clarkson, A.B. Neilson and D.C. Hanna, in Conference on Lasers and Electro-Optics, Vol 8 of 1994 OSA Technical Digest Series Optical Society of America, Washington, D.C., 1994 paper CThL2 ; ainsi que le document R.P. Edwin, Optic Letters, 20 pp; 2224 (1995)1. L'objet de l'invention est de réaliser cette fonction en utilisant des micromiroirs. Le système de l'invention permet d'obtenir un ensemble de sources virtuelles réparties de façon plus compacte. L'invention concerne donc un dispositif de mise en forme de faisceaux optiques comprenant plusieurs sources émettant plusieurs premiers faisceaux se propageant sensiblement selon des directions parallèles contenues dans un même premier plan, la section droite de chaque faisceau présentant une grande dimension contenue dans ce premier plan, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs ensembles de miroirs, chaque ensemble comportant: - un premier miroir recevant au moins un desdits premiers faisceaux et réfléchissant un deuxième faisceau; - un deuxième miroir faisant un angle compris entre 40 et 80" avec le premier miroir, recevant le deuxième faisceau et réfléchissant un troisième faisceau. Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre et dans les figures annexées qui représentent: - la figure 1, des exemples de transformations bidimensionnelles de la disposition des diodes laser élémentaires pour permettre de circulariser l'étendue géométrique d'une barrette; - la figure 2, un exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention; - la figure 3, une variante de réalisation du dispositif selon l'invention. Une barrette de diodes lasers est composée de plusieurs diodes laser élémentaires placées côte à côte chacune faisant typiquement 100 à 500 pm de large. Le dispositif selon l'invention a pour but de créer une image virtuelle de la barrette dont l'agencement des diodes laser est modifié. L'arrangement linéaire est transformé en un arrangement bidimensionnel (figure 1). Une série de diodes lasers D1 à Dn émettant des faisceaux plats selon un même plan sont transformées de façon que les différents faisceaux sont émis côte à côte ou sous deux ou plusieurs séries de faisceaux côte à côte. Un exemple de réalisation d'un transformateur optique réalisant cette fonction est représenté en figure 2. Considérons une diode laser élémentaire 1 qui émet selon une direction Oy et dont la grande dimension (D11) est suivant une direction Ox (perpendiculaire à Oy). Le faisceau émis est capté par le miroir plan totalement réfléchissant 2 dont la normale est dans le plan Oxy et fait un angle de 45" avec la direction de propagation Oy. Ce miroir crée de la face de sortie de la diode laser une image virtuelle (la) qui est parallèle à Oy et qui émet selon la direction Ox. Le faisceau réfléchi par le miroir 2 est ensuite capté par le miroir plan totalement réfléchissant 3 dont la normale est dans le plan Oxz et fait un angle de 45" avec la direction de propagation Ox. Selon cet exemple de réalisation, L'angle entre les deux miroirs est donc de 600. Ce miroir crée de l'image la de la diode laser une image virtuelle I b qui est parallèle à Oy et qui émet selon la direction Oz. Un tel assemblage de deux miroirs est placé devant chaque diode élémentaire. L'image virtuelle de la barrette est ainsi équivalente à celle de la barrette initiale mais avec des diodes élémentaires tournées de 90" autour de Oz et émettant selon Oz. On a bien réalisé la fonction décrite dans la figure 1.Toutes les sources virtuelles lb sont dans un même plan, parallèle à Oxy et réparties parallèlement les unes aux autres. L'exemple de réalisation qui précède prévoit que les miroirs 2 et 3 font un angle de 60 entre eux et que les faisceaux sont incidents sur leur face d'entrée sous un angle de 45". Dans ce cas comme représenté sur la figure 2, plusieurs faisceaux issus de sources, telle que 1, situées selon une même direction, donnent lieu à plusieurs images I b situées dans un même plan et les faisceaux F3 sont perpendiculaires au plan contenant les faisceaux d'entrée F1. De plus, les sources virtuelles lb pouvant alors être éventuellement dans un plan non parallèle au plan Oxy. On obtient néanmoins des faisceaux F3 parallèles entre eux. Cependant, on peut prévoir que l'angle entre les miroirs 2 et 3 est différent de 60". On obtiendra des faisceaux de sortie F3 faisant un angle différent de 90" avec le plan contenant les faisceaux d'entrée F1. Le faisceau issu d'une diode élémentaire présente une grande divergence selon l'axe Oz (Dl) et il est préférable de le collimater avant l'entrée dans l'assemblage de micromiroirs. Une seule lentille cylindrique est suffisante pour collimater toutes les diodes. Néanmoins, il peut être avantageux de simplement réduire la divergence à une valeur plus faible (par exemple 10 ) pour que les faisceaux des différentes diodes se recouvrent après les micromiroirs. En effet, dans ce cas il est alors possible d'y disposer un réseau de lentilles cylindriques pour collimater chaque faisceau. Le faisceau de chaque diode étant nettement plus gros qu'en sortie de diode élémentaire, la divergence résiduelle après collimation est plus faible que dans le cas de la collimation avant les micromiroirs, d'où une étendue géométrique globale de la source après optique plus petite. Cette disposition permet de minimiser les zones sombres dans la source virtuelle. Même si le faisceau en sortie des micromiroirs a une étendue géométrique présentant une symétrie de révolution, il n'est pas forcément symétrique en dimension (et donc également en divergence). Cela peut être corrigé par exemple par l'emploi de deux lentilles cylindriques qui imageront la barrette transformée avec des grandissements différents, compensant ainsi la différence de taille sans modifier l'étendue géométrique. Les micromiroirs peuvent être réalisés, par exemple, par microusinage, par pressage, par empilement de plaquettes. Les micromiroirs peuvent également être réalisés dans un bloc d'un matériau cristallin, et les miroirs sont réalisés par attaque chimique profitant de l'organisation cristalline du matériau. Par exemple, dans du silicium, il est possible d'obtenir des miroirs faisant entre eux un angle de 70". L'invention prévoit également les différentes variantes suivantes. Selon une première variante, on prévoit d'imager plusieurs diodes laser élémentaires avec un assemblage unitaire de micromiroirs, c'est-à-dire qu'au lieu d'associer, comme représenté en figure 2, deux miroirs à chaque faisceau laser, on prévoit de traiter plusieurs faisceaux laser par deux miroirs. On obtient alors une disposition des faisceaux comme représenté à droite de la figure 1. Selon une deuxième variante, I'un ou les deux miroirs (2 etlou 3) peuvent ne pas être plan pour assurer en plus la fonction de réduction de la divergence etlou de collimation du faisceau dans la direction D1 etlou D//. Selon une troisième variante, deux barrettes de lasers peuvent être combinées selon le schéma de la figure 3. On émet ainsi deux séries de faisceaux côte à côte comme représenté sur la droite de la figure 1. A chaque barrette de lasers B1 et B'1 est associée une série M1, M'1 d'ensembles de miroirs 2, 3. Les deux séries de miroirs M1, M'l peuvent être réalisées dans un même bloc de matériau. Enfin selon une quatrième variante de réalisation, les faisceaux de deux assemblages barrette(s)-micromiroirs, peuvent être superposés par multiplexage de polarisation. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mise en forme de faisceaux optiques comprenant plusieurs sources émettant plusieurs premiers faisceaux (Fi) se propageant sensiblement selon des directions parallèles (Oy) contenues dans un même premier plan (xOy), la section droite (selon Ox) de chaque faisceau présentant une grande dimension contenue dans ce premier plan (XoY), caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs ensembles de miroirs, chaque ensemble comportant: - un premier miroir (2) recevant au moins un desdits premiers faisceaux (F1) et réfléchissant un deuxième faisceau (F2); - un deuxième miroir (3) faisant un angle compris entre 40 et 80" avec le premier miroir (2), recevant le deuxième faisceau (F2) et réfléchissant un troisième faisceau (F3). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier miroir est orienté de manière que le deuxième faisceau (F2) présente une section droite dont la grande dimension est contenue dans le premier plan (xOy) et en ce que le deuxième miroir (3) fait un angle tel avec le premier miroir (2) que le troisième faisceau présente une section droite dont la grande dimension est orthogonale à la section droite du premier faisceau (F1). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier miroir (2) est un miroir plan perpendiculaire au premier plan (xOy) et fait un angle de sensiblement 45" avec la direction de propagation (Oy) des faisceaux et en ce que le deuxième miroir (3) est parallèle à la grande dimension de la section droite du deuxième faisceau et fait un angle de sensiblement 45" avec le premier plan (xOy). 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier miroir et le deuxième miroir forment entre eux un angle de 60". 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une barrette de sources optiques émettant des faisceaux parallèles, chaque ensemble de miroirs traitant un faisceau. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque ensemble de miroirs traite plusieurs faisceaux. 7. Procédé de réalisation du dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de réalisation par gravure chimique dans un matériau cristallin. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le matériau cristallin est du silicium.