Brevet FR2823563A1 — publié le 20021018

FILTRE OPTIQUE MONO OU MULTI-FREQUENCE RAPIDEMENT ACCORDABLE La présente invention concerne le domaine de l'optique et plus particulièrement des filtres optiques mono ou multi-longueurs d'onde de bande spectrale variable. Les applications d'un tel filtre concernent l'analyse spectrale rapide pour la spectroscopie instrumentale et pour les tests et mesures sur les réseaux de télécommunication optique multicolore. Elles concernent aussi la réalisation des lasers accordables et celle des fonctions d' insertion- extraction pour les mêmes réseaux de télécommunications optique multicolore. On connaît dans l'état de la technique GB8723050 un filtre optique comportant un réseau de diffraction volumique disposé dans un guide d'ondes. Le réscau a une épaisseur T suffisante de sorte que lorsqu'un faisceau optique R est incident sur le réseau à partir de l'extérieur du guide d'ondes, les longueurs d'ondes diffèrent au niveau ou près de la longueur d'onde de Bragg destinées au réseau sont diffractées et couplées dans le guide d'ondes, toutes les interférences sauf celles de premier ordre étant sensiblement éliminées, tandis que les longueurs d'ondes à l'opposé de la longueur d'onde de Bragg passent par le guide d'ondes sans subir essentiellement aucune diffraction. On peut faire varier le pas L du réseau de manière à permettre le réglage de la réponse du filtre. Le brevet PCT W00026703 décrit des réseaux de diffraction optiques possédant une plage de longueurs d'ondes de Bragg possibles, en utilisant un seul masque de phase, en exposant ce dernier à un faisceau lumineux filtré non collimaté dans l'espace. Un filtre spatial supprime les composantes de fréquence spatiale élevée dudit faisceau, et un système de concentration dirige le faisceau filtré sur un masque de phase. Le but de la présente invention est de proposer un filtre optique de grande sélectivité, facilement accordable. L' invention concerne selon son acception la plus générale un filtre optique caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d' extraction (DE) placé sur le faisceau d' entrce, un réscau diffractant orienté pour diriger la composante chromatique du faisceau diffracté, de longueur d'onde \, vers au moins un dispositif de Bragg (DB) avec une incidence H correspondant à la condition de Bragg (2A sin D= \) o A désigne le pas du réseau de Bragg correspondant à \. Selon une première variante, le réscau diffractant est un réseau diffractant plan en transmission. Selon une deuxième variante, le réseau diffractant est un réseau diffractant plan en réflexion. Avantageusement, le dispositif de Bragg est constitué par un matériau sans perte ou amplificateur dans lequel un réseau d'indice de réfraction, d'absorption ou de gain est inscrit pour former des plans de strates perpendiculaires à la face d'entrée du dispositif de Bragg. De préférence, le dispositif de Bragg présente une face arrière dont le taux de réflexion est le plus proche possible de 1. Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif de Bragg est reconfigurable avec un pas variable du réseau. Selon une variante particulière, le dispositif de Bragg présente une face avant non réfléchissante. Selon une autre variante, le matériau réinscriptible du dispositif de Bragg est placé à l'intérieur d'une cavité Fabry-Pérot formée par le miroir arrière du dispositif de Bragg et la face avant semi réfléchissante dudit dispositif de Bragg. Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif d' extraction (DE) est constitué par un séparateur polarisant. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'un exemple non limitatif de réalisation qui suit, se référant aux dessins annexés o: - la figure 1 représente une vue schématique d'un premier exemple de réalisation; - la figure 2 représente une vue schématique d'un deuxième exemple de réalisation; - les figures 3 à 5 représentent les courbes de réponse d'un filtre selon l'invention. Les figures 1 et 2 représentent des vues schématiques de deux exemples de réalisation. Le filtre optique selon cet exemple comprend un dispositif d' extraction (DE) formé par un séparateur polarisant. Le faisceau incident multicolore est diffracté sur un réseau diffractant (RD) plan opérant en réflexion (figure 1) ou en transmission (figure 2). Le faisceau diffracté par le réseau (RD) est envoyé sous faible incidence sur un dispositif de Bragg (DB) dans lequel un réseau d' indice de réfraction, d' absorption ou de gain est inscrit dans un matériau sans perte légèrement absorbant ou amplificateur. Ce matériau set un matériau absorbant ou amplificateur. Les plans de strates sont perpendiculaires à la face principale d'entrée du matériau. Le dispositif de Bragg comporte un miroir à réflexion totale perpendiculaire aux strates du réseau de Bragg (miroir annexe, miroir déposé sur la face arrière du matériau non linéaire utilisé pour inscrire le réseau de Bragg ou prisme en toit pour compenser les déréglages dans la direction perpendiculaire au plan de fonctionnement du dispositif). La face avant du dispositif de Bragg peut étre non réfléchissante (Rl=O) ou partiellement réfléchissante (R1 réscau de Bragg. Tout faisceau de longueur d'onde arrivant sur le dispositif de Bragg sous une incidence H vérifiant la condition de Bragg (2> sin 0= \) o A désigne le pas du réseau de Bragg correspondant à \) est réfléchi par le dispositif de Bragg et, revient sur lui-méme pour étre extrait par le dispositif d' extraction (DE), par exemple une lame d'extraction polarisante ou non. En conséquence, le nombre et le choix des longueurs d'onde extraites sont fixés par ceux des pas des réseaux de Bragg inscrits dans le matériau. Le dispositif de Bragg met en _uvre selon une variante un matériau reconfigurable, ce qui permet de réaliser un filtre accordable en temps récl avec une constante de temps fixée par celle du processus d'enregistrement des réseaux de Bragg souhaités. Dans sa version la plus simple, l'invention comporte trois éléments qui sont optimisés individuellement et col lectivement pour obtenir les me il leures performances en terme d'efficacité de diffraction, de sélectivité spectrale et d' absence de diaphonie. Pour le réseau de diffraction, il convient d'adapter le nombre de traits et l'angle de blaze, ainsi que l' angle d' incidence sur le réseau. Pour le dispositif de Bragg dont la longueur et l'amplitude de la modulation sont optimisées, il est nécessaire de pouvoir inscrire rapidement les réseaux de Bragg, selon des techniques telles que: acousto-optique - électro-optique - magnéto-optique - inscription optique directe par effet Kerr optique, effet photoréfractif, génération de porteurs dans des semi-conducteurs, amplification optique, effets thermiques. Dans le cas o le matériau sensible est placé l'intérieur d'une cavité optimisée en ce qui concerne la longueur et le coefficient de réflexion R1 du miroir avant, il convient de prévoir un ajustement de la cavité pour coupler la lumière de longueur d'onde à la cavité Fabry-Pérot. Un tel ajustement peut être réalisé par une cale piézo-électrique, par variation d'indice de réfraction par effet électro-optique, ou par variation angulaire dans le plan perpendiculaire aux strates du réseau par cale piézo-électrique. Lorsque le matériau de Bragg est amplificateur, les rendements de diffraction sont supérieurs à l'unité. Afin d'optimiser le rendement total du dispositif global, le dispositif d'extraction est constitué par un dispositif polarisant tel que: - un cube polarisant - un prisme de Glan s - une lame traitée diélectriquement. Si la diffraction de Bragg est " normale " (sans modification de polarisation), on introduit une lame \/4 entre le réseau de diffraction et le dispositif de Bragg. Si la diffraction de Bragg est " anormale " (faisceau diffracté sur la polarisation orthogonale à celle du faisceau d'entrée), une telle lame \/4 est inutile. La figure 3 est la courbe représentant l'évolution de l'efficacité PB du dispositif de Bragg en fonction de R1 pour un cristal d'épaisseur L=0,33 cm, d'indice n=1,8 subissant une modulation d'indice An=9.10-6 éclairé à \=1,545,um sous un angle moyen de 6 par le faisccau incident. Le maximum d'efficacité (PB=1) est alors obtenu pour R1 = 0,8. Le rendement global du dispositif n'est alors limité 1S que par l'efficacité du réseau de diffraction plan et le taux de polarisation du faisceau incident. Les figures 4 et 5 représentent des courbes de l'efficacité de diffraction en fonction de la longueur d'onde dans le cas d'un réseau de Bragg intracavité. REVENDICATIONS 1 - Filtre optique caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d' extraction (DE) placé sur le faisceau d'entrée, un réseau diffractant orienté pour diriger la composante chromatique du faisccau diffracté, de longueur d'onde \, vers au moins un dispositif de Bragg (DB) avec une incidence 0 correspondant à la condition de Bragg (2 sin D= \) o A désigne le pas du réseau de Bragg correspondant à \. 2 - Filtre optique selon la revendication 1 caractérisé en ce que le réseau diffractant est un réseau diffractant plan en transmission. 3 - Filtre optique selon la revendication 1 caractérisé en ce que le réseau diffractant est un réseau diffractant plan en réflexion. 4 - Filtre optique selon l'une queleouque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le dispositif de Bragg est constitué par un matériau sans perte logèrement absorbant ou amplificateur dans lequel un réseau d'indice de réfraction, absorption ou de gain est inscrit pour former des plans de strates perpendiculaires à la face d'entrée du dispositif de Bragg. - Filtre optique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le dispositif de Bragg présente une face arrière dont le taux de réflexion est sensiblement égal à 1. 6 - Filtre optique selon l'une quelcouque des revendications précédentes caractérisé en ce que le dispositif de Bragg est reconfigurable. 7 - Filtre optique selon l'une quelconque des revendicat ions précédentes caractéri sé en ce que le dispos it i f de Bragg présente une face avant non réfléchissante. 8 - Filtre optique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le matériau réinscriptible du dispositif de Bragg est placé à l'intérieur d'une cavité Fabry-Pérot formée par le miroir arrière du dispositif de Bragg et la face avant semi réfléchissante dudit dispositif de Bragg. 9 - Filtre optique selon l'une quelconque des revendicat ions précédentes caractérisé en ce que le dispos it if de Bragg présente un pas variable. - Filtre optique selon l'une quelconque des revendicat ions précédentes caractérisé en ce que le dispos it i f