Brevet FR2795248A1 — publié le 20001222

SOURCE MONOCHROMATIQUE COMPRENANT UN MATERIAU OPTIQUEMENT ACTIF La présente invention concerne le domaine des sources de rayonnement monochromatique. On connaît dans l'état de la technique des sources de rayonnement monochromatique telles que des lasers ou des sources de lumières associés à des filtres interférentiels. On connaît également dans l'état de la technique le brevet européen EP235185 décrivant un procédé pour convertir un rayonnement électromagnétique, en un rayonnement électromagnétique cohérent, monochromatique, ayant une fréquence prédéterminable. Le rayonnement électromagnétique est focalisé jusqu'à une densité d'énergie moyenne supérieure à une densité d'énergie moyenne critique U.crit. Le rayonnement focalisé est dirigé dans une cavité présentant des parois réfléchissantes et est dispersé, de façon diffuse, à l'intérieur de la cavité. Le pouvoir de réflexion des parois de la cavité est calculé pour qu'il s'établisse, dans la cavité, une densité d'énergie électromagnétique qui soit supérieure à U.crit et qui, après qu'un absorbeur, situé à l'intérieur de la cavité, isolé thermiquement des parois intérieures de la cavité et adapté au spectre électromagnétique à l'intérieur de la cavité. Le brevet européen EP433109 décrit un dispositif permettant d'accorder de façon continue une source de lumière cohérente et polarisée rectilignement. I1 comprend un moyen électro-optique formant un filtre spectral à fonction de transfert modulable électriquement, terminée par un moyen de réflexion, vers la source, de la lumière émise par cette source, et un moyen électro-optique de variation de la longueur optique de la cavité. Ce moyen de variation est placé dans la cavité. Chaque moyen électro-optique comprenant un cristal électro-optique massif. L'invention a pour objet de proposer une source monochromatique à puissance réglable, cohérente ou non cohérente, d'un faible prix de revient et présentant un rendement élevé. À cet effet, l'invention concerne une source monochromatique comprenant un matériau optiquement actif présentant une face d'entrée apte à transmettre un rayonnement électromagnétique et une zone de sortie apte à transmettre un rayonnement monochromatique, le matériau étant formé par une matrice transparente comportant des dopants photo luminescents émettant un rayonnement d'une longueur d'onde %.2 lorsqu'ils reçoivent un rayonnement d'excitation de longueur d'onde k1, caractérisée en ce que la face d'entrée de la matrice transparente est revêtue d'une couche dichroïque (3) présentant une bande de transmission pour des longueurs d'onde comprenant %1 et une bande de réflexion pour des longueurs d'onde comprenant X2, et en ce que les surfaces qui ne sont pas des faces d'entrée ou de sortie sont revêtue d'une couche réfléchissantes pour les longueurs d'onde comprenant î,,2 au moins, la source monochromatique comprenant en outre au moins une source lumineuse émettant un rayonnement lumineux en direction de la face d'entrée de la matrice dopée et un cristal LiNb03, notamment de PPLN ("Periodically poled lithium niobate") recevant le rayonnement émis par la face de sortie. Ce cristal permet la mise en cohérence du signal émis par la matrice dopée. Le rayonnement d'excitation peut être polychromatique ou monochromatique. De préférence, la matrice transparente est de forme parallélépipédique ou cylindrique, l'une des faces principales au moins étant une face d'entrée, une partie au moins d'une face latérale de section inférieure à la section de la face d'entrée étant une face de sortie, les autres faces étant revêtue d'une couche réfléchissante pour les longueurs d'onde comprenant k2 au moins. Selon un mode de réalisation particulier, la source lumineuse d'excitation est une source émettant un rayonnement ultraviolet. Selon une variante, la source comprend une pluralité de matériaux dopés et une pluralité de sources lumineuses, ainsi qu'un concentrateur pour collecter le rayonnement émis par les faces de sortie des matériaux dopés. Selon un mode de réalisation particulier, la source selon l'invention comprend une fibre optique dont l'une des extrémités est reliée optiquement à la face de sortie du matériau dopé et l'autre extrémité est reliée au cristal PPLN. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, se référant aux dessins annexés relatifs à des exemples de réalisation non limitatifs où - la figure 1 représente une vue schématique d'un premier exemple de réalisation ; - la figure 2 représente une vue schématique, en coupe transversale, d'un deuxième exemple de réalisation ; - la figure 3 représente une vue schématique d'un troisième exemple de réalisation ; - la figure 4 représente une vue schématique d'un autre exemple de réalisation. La source monochromatique selon un premier mode de réalisation de l'invention représentée en figure 1 comprend un collecteur de rayonnement (1) formé par une matrice transparente (2) dopée avec des composés ou des matériaux photoluminescents. La matrice est revêtue sur la face d'entrée (3) par filtre dichroïque. Elle présente une face de sortie (5). Les autres faces (4) sont revêtues par une couche réfléchissante. À titre d'exemple, la matrice dopée est en polyméthylméthacrilate dopée avec les composés suivants: - PPO 0,5 moles par litre - OB 0,1 moles par litre - GE 0,04 moles par litre PPO, OB et GE étant les dénominations commerciales usuelles de molécules cycliques aromatiques. La face de sortie (5) est prolongée par une fibre optique (6) dont l'autre extrémité est reliée à un cristal de type PPLN, notamment de niobate de lithium. Ce cristal peut être l'un des composant d'un dispositif de guide d'ondes optique comprenant - un substrat comprenant du niobate de lithium ; - un guide d'ondes optique formé dans une surface principale du substrat; - une couche diélectrique formée sur ladite surface principale dudit substrat recouvrant le guide d'ondes optique et comprenant du dioxyde de silicium et comprenant un dioxyde de silicium amorphe dope avec du lithium et/ou du niobium de telle sorte que l'indice de réfraction de la couche en dioxyde de silicium amorphe dope soit inférieur à celui de la couche en dioxyde de silicium amorphe exempt des éléments de dopage. - un système d'électrodes comprenant une pluralité d'électrodes agencées sur la couche diélectrique. Le dispositif comprend en outre une pluralité de lampes ultraviolet (7 à 9) émettant un rayonnement UV en direction de la surface d'entrée (3). La longueur absorbée Xl est avantageusement dans la bande 300 à 400 nanomètres, et plus particulièrement 365 nanomètres. La longueur de réémission est dans la bande X2 comprise entre 600 à 700 nanomètres, plus particulièrement 650 nanomètres. Un exemple de mélange-maître dopant est formulé comme suit Pour une quantité de PMMA de 400 grammes - PPO : 0,4 grammes - OB : 0,2 grammes - 5G : 0,12 grammes - LUMOGENE ROUGE : 0,048 grammes Ou Pour une quantité de PMMA de 500 grammes - PPO : 0,2 grammes - OB : 0,1 grammes - 5G : 0,06 grammes - LUMOGENE ROUGE : 0,02 grammes Les termes ci-dessus correspondant aux désignations commerciales. La transmittance de la couche dichroïque (3) correspond à X.2, soit la bande de réémission des matières dopantes. La figure 2 représente une variante de réalisation dans laquelle les lames dopées (10 à 15) sont disposées pour former une structure hexagonale entourée par des sources UV (16, 17). Les lames dopées (10 à 15) présentent dans ce cas deux surfaces d'entrée correspondant aux grandes faces des lames. La sortie de la lumière se fait selon la tranche, par des guides d'ondes (17 à 22) reliant les faces de sorties à des cristaux PPLN (23 à 28) assurant la cohérence des rayonnements. La figure 3 représente une variante de réalisation dans laquelle le collecteur de rayonnement est formé par une matrice revêtue par une couche dichroïque (3) exposé à un rayonnement UV émis par des lampes UV (16). Ce collecteur incorpore des lames (31 à 33) dopées. Le revêtement dichroïque peut également être réalisé sur chacune des lames (31 à 33). La figure 4 représente une autre variante de réalisation dans laquelle le collecteur de lumière présente la forme d'un barreau cylindrique (40) dopé. La surface extérieure de ce barreau (40) comporte un revêtement dichroïque (3) exposé à des rayonnements UV émis par des lampes (16). Le barreau (40) présente une cavité (42) axiale à l'intérieur de laquelle pénètre une fibre optique (41). Le degré d'enfoncement de la fibre optique (41) dans la cavité (42) détermine la puissance de l'énergie lumineuse transmise en sortie. REVENDICATIONS 1 - Source monochromatique comprenant un matériau optiquement actif présentant une face d'entrée apte à transmettre un rayonnement électromagnétique et une zone de sortie apte à transmettre un rayonnement monochromatique, le matériau étant formé par une matrice transparente (2) comportant des dopants photoluminescents émettant un rayonnement d'une longueur d'onde k2 lorsqu'ils reçoivent un rayonnement d'excitation de longueur d'onde Il, caractérisée en ce que la face d'entrée de la matrice transparente (2) est revêtue d'une couche dichroïque (3) présentant une bande de transmission pour des longueurs d'onde comprenant I1 et une bande de réflexion pour des longueurs d'onde comprenant 12, et en ce que les surfaces qui ne sont pas des faces d'entrée ou de sortie (5) sont revêtue d'une couche réfléchissantes pour les longueurs d'onde comprenant X2 au moins, la source monochromatique comprenant en outre au moins une source lumineuse (7, 8, 9) émettant un rayonnement lumineux en direction de la face d'entrée de la matrice dopée (2) et un cristal PPLN recevant le rayonnement émis par la face de sortie (5). 2 - Source monochromatique selon la revendication 1 caractérisée en ce que la matrice transparente (2) est de forme parallélépipédique ou cylindrique, l'une des faces principales au moins étant une face d'entrée, une partie au moins d'une face latérale de section inférieure à la section de la face d'entrée étant une face de sortie (5), les autres faces étant revêtue d'une couche réfléchissantes pour les longueurs d'onde comprenant X2 au moins. 3 - Source monochromatique selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que la source lumineuse (7, 8, 9) est une source émettant un rayonnement ultraviolet. 4 - Source monochromatique selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comprend une pluralité de matériaux dopés et une pluralité de sources lumineuses, ainsi qu'un concentrateur pour collecter le rayonnement émis par les faces de sortie (5) des matériaux dopés. 5 - Source monochromatique selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comprend une fibre optique dont l'une des extrémités est reliée optiquement à la face de sortie (5) du matériau dopé et l'autre extrémité est reliée au cristal PPLN. 6 - Source monochromatique selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comprend les lames dopées (10 à 15) sont disposées pour former une structure hexagonale entourée par des sources UV (16, 17). Les dames dopées (10 à 15) présentent dans ce cas deux surfaces d'entrée correspondant aux grandes faces des lames, la sortie (5) de la lumière se faisant selon la tranche, par des guides d'ondes (17 à 22) reliant les faces de sortie (5)s à des cristaux LiNb03, notamment de PPLN (23 à 28) assurant la cohérence des rayonnements. 7 - Source monochromatique selon l'une au moins des revendications 1 à 5 caractérisée en ce qu'elle comprend un collecteur de rayonnement formé par une matrice revêtue par une couche dichroïque (3) exposé à un rayonnement üV émis par des lampes UV (16). 8 - Source monochromatique selon l'une au moins des revendications 1 à 5 caractérisée en ce qu'elle comprend un collecteur de lumière en forme de barreau cylindrique (40) dopé dont la surface extérieure comporte un revêtement dichroïque (3) exposé à des rayonnements UV émis par des lampes (16), le barreau (40) présentant une cavité (42) axiale à l'intérieur de laquelle pénètre une fibre optique (41). 9 - Source monochromatique selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comprend un fibre optique coopérant avec une cavité de sortie (5) avec un degré de pénétration ajustable, le degré d'enfoncement de la fibre optique (41) dans la cavité (42) déterminant la puissance de l'énergie lumineuse transmise en sortie (5). 10 - Source monochromatique selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisée en ce que la longueur absorbée ;1 est dans la bande 300 à 400 nanomètres, et plus particulièrement 365 nanomètres. Et la longueur de réémission est dans la bande #,2 comprise entre 600 à 700 nanomètres, plus particulièrement 650 nanomètres.