Brevet FR2851043A1 — publié le 20040813

DEMULTIPLEXEUR D'UN SIGNAL LUMINEUX Le sujet de cette invention est un démultiplexeur d'un signal lumineux. On éprouve le besoin de séparer les composantes de longueurs d'onde différentes mêlées en un signal lumineux commun dans diverses applications 10 afin d'analyser ou d'utiliser le signal à plusieurs endroits du spectre. L'une de ces applications concerne les chaînes de détection à lidar o le signal est émis vers un objet à étudier, renvoyé depuis cet objet puis mesure. Les dispositifs connus pour accomplir cette fonction de séparation pèchent en général par un manque de souplesse. Ainsi, les interféromètres de MachZehnder ne permettent de séparer une série de longueurs d'onde que si elles sont régulièrement espacées; sinon, une perte de transmission est subie. De façon analogue les dispositifs à miroir dichroiques ne conviennent qu'à des ensembles de longueurs d'onde qui sont suffisamment espacés spectralement. Le brevet US-6 122 417-A décrit une 25 batterie de cavités ou d'étalons de Fabry-Pérot. On sait que ces dispositifs composés d'empilements de couches minces ont la propriété d'être transparents à la lumière d'une longueur d'onde déterminée et réfléchissants pour les autres longueurs d'onde. Les 30 cavités sont fabriquées sur un même substrat et atteintes successivement par le signal, qui cède à chacune la composante à laquelle elle est transparente. Cependant, le signal restant, réfléchi par les cavités, doit leur être renvoyé par une couche réfléchissante faisant face à la batterie. Le trajet du signal est 5 oblique pour qu'il progresse d'une cavité à l'autre le long de la batterie. Le réglage de l'obliquité correcte peut être délicat, tout comme la fabrication de ce dispositif complexe, qui est de plus immuable. Enfin, des polariseurs ont été utilisés 10 pour séparer des composantes d'un signal électrique, l'une traversant le polariseur et l'autre étant réfléchie par lui, mais la séparation ne concerne pas les longueurs d'onde. L'objet de l'invention est l'élaboration 15 d'un dispositif démultiplexeur d'un signal lumineux qui soit de construction commode et puisse être modifié facilement, notamment en ajoutant ou modifiant des canaux de détection et sans qu'on ne soit limité ni dans le choix des longueurs d'onde à étudier ni par l'état de polarisation de ces longueurs d'onde. L'invention repose sur l'envoi successif du rayonnement à des moyens de filtrage des longueurs d'onde respectives qui peuvent encore être des étalons de Fabry-Pérot, mais qui sont ici avantageusement 25 séparés et indépendants. Ils sont desservis par des polariseurs, dans un agencement qui permet cependant d'exploiter toutes les composantes de polarisation du signal. Dans sa définition la plus générale, 30 l'invention concerne un dispositif démultiplexeur d'un signal lumineux, comprenant: au moins un polariseur placé sur un trajet principal du signal et incliné par rapport à ce trajet pour définir un trajet dévié respectif coupant le trajet principal; de deux côtés de chaque polariseur et à deux bouts opposés de chaque 5 trajet dévié, un dispositif réfléchissant, certains au moins des dispositifs réfléchissants étant transparents à une longueur d'onde respective du signal; des lames quart d'onde placées sur chaque trajet dévié entre le polariseur et les dispositifs réfléchissants; et, à un 10 bout du trajet principal, une autre lame quart d'onde puis un autre dispositif réfléchissant. L'invention sera maintenant décrite au moyen des figures 1 et 2, qui représentent deux modes de fonctionnement du dispositif suivant la composante 15 de polarisation de la lumière. Se reportant aux deux figures, on voit que le dispositif comprend deux polariseurs 1 et 2, quatre étalons de Fabry-Pérot 3, 4, 5 et 6, cinq lames quart d'onde 7, 8, 9, 10 et 11 et un miroir 12. Si on excepte 20 la dernière lame quart d'onde 11 et le miroir 12, les éléments du dispositif sont agencés en ensembles de même composition, c'est-à-dire qu'à chacun des polariseurs 1 et 2 sont associées une paire d'étalons et une paire de lames quart d'onde. Le nombre de ces 25 ensembles est arbitraire et indéterminé, dépendant des besoins de l'utilisateur. Un seul pourrait suffire ou au contraire un grand nombre peut être nécessaire selon l'application. Les polariseurs 1 et 2 sont alignés sur un trajet principal, rectiligne, du signal lumineux à 30 analyser au bout duquel se trouvent successivement la dernière lame quart d'onde 11 et le miroir 12; ils définissent aussi des trajets déviés du signal, coupant le trajet principal, au bout desquels on trouve les étalons 3 à 6 et, avant eux, les lames quart d'onde 7 à 10. En effet, ils sont inclinés de 450 par rapport au 5 trajet principal, de sorte que les rayons lumineux qu'ils réfléchissent sur les trajets déviés sont à angle droit du trajet principal. Examinons maintenant un trajet possible d'un signal pourvu de quatre longueurs d'onde de Rl, 10 12, U3 et X4 mêlées qui se propage dans un même plan (Ce plan est matérialisé par le plan de la figure 1). Une composante de polarisation S de ce signal qui est perpendiculaire au plan de propagation emprunte d'abord un trajet Si confondu avec le trajet principal jusqu'au 15 polariseur 1 et se trouve réfléchie dans le premier trajet dévié, empruntant alors le trajet S2. Elle traverse la lame quart d'onde 7 et arrive à l'étalon 3 qui prélève la composante de longueur d'onde X1 et réfléchit le reste du signal, qui emprunte alors un 20 trajet S3 encore confondu avec le premier trajet dévié et repassant par le trajet S2 précédent et dans l'autre sens, jusqu'au polariseur 1 et encore au-delà, jusqu'à la lame quart d'onde 8 et l'étalon 4 opposé au précédent. En effet, le double passage du signal à travers la lame quart d'onde 7 a changé sa polarisation d'un quart de tour qui devient parallèle au plan de propagation, de sorte qu'il traverse le polariseur 1 sans être réfléchi. L'étalon 4 prélève la composante de 30 longueur d'onde X2 et réfléchit le reste. Le trajet S4 qui suit du signal correspond au trajet S3 dans l'autre sens, jusqu'au polariseur 1. La double traversée de la lame quart d'onde 8 produit une nouvelle rotation de la polarisation d'un quart de tour, qui a cette fois pour conséquence de faire réfléchir le rayonnement restant 5 sur le polariseur 1 et de lui faire reprendre le trajet principal selon le trajet S5, vers le polariseur 2 suivant. La suite du trajet est exactement similaire à ce qui précède: le rayonnement est réfléchi par le polariseur 2, emprunte un trajet S6 confondu avec le 10 second trajet dévié jusqu'au troisième étalon 5 par la lame quart d'onde 9, puis un trajet S7 de l'étalon 5 à l'étalon 6 d'un bout à l'autre du second trajet dévié, en repassant par le polariseur 2 qui ne produit ici aucune réflexion du signal par suite de la double 15 traversée de la lame quart d'onde 9. L'étalon 6 prélève donc la composante à la longueur d'onde de X4, après que l'étalon 5 a prélevé la composante de longueur d'onde X3. L'exploitation du composant S du signal est alors complétée. Il faut considérer aussi l'autre composante de polarisation P du signal parallèle au plan de propagation. Suivant la figure 2 elle emprunte un premier trajet Pl confondu avec le trajet principal à travers les polariseurs 1 et 2 jusqu'au miroir 12, o 25 le signal est réfléchi selon un deuxième trajet P2 opposé au précédent jusqu'au deuxième polariseur 2. Toutefois, le double passage à travers la dernière lame d'onde 11 lui a conféré une polarisation qui lui fait être réfléchi par le polariseur 2, et il est renvoyé 30 vers l'étalon 6 selon le trajet P3. La suite ne mérite qu'un commentaire général, puisque le trajet restant est exactement inverse de celui du composant S, de S7 à Sl. L'aspect important est que le composant P passe aussi par chacun 5 des étalons 3 à 6 par suite de déviations que lui imposent les polariseurs 1 et 2 combinés aux lames quart d'onde 7, 8, 9 et 10 et se voit mesuré par un prélèvement des mêmes longueurs d'ondes Xl, X2, X3 et M4 que le composant P. La portion restante, 10 inexploitée, du signal est renvoyée vers l'origine. Certaines au moins des cavités de FabryPérot pourraient être remplacées par des dispositifs réfléchissants "aveugles", comme des miroirs, qui permettraient de renvoyer le signal selon le même 15 trajet mais sans prélever de composante. Le miroir 12 pourrait réciproquement être remplacé par une cavité de Fabry-Pérot. Il est avantageux que les étalons de FabryPérot soient accordables afin que la longueur d'onde 20 prélevée puisse être modifiée. Chacun des étalons 3 à 6 est associé à un dispositif d'exploitation 13 qui est d'un genre connu, pouvant par exemple comprendre un capteur CCD de conversion du signal optique en signal électrique, un 25 amplificateur, un numériseur, etc. REVENDICATIONS 1) Dispositif démultiplexeur d'un signal lumineux, comprenant: au moins un polariseur (1, 2) 5 placé sur un trajet principal du signal et incliné par rapport à ce trajet pour définir un trajet dévié respectif coupant le trajet principal; de deux côtés de chaque polariseur et à deux bouts opposés de chaque trajet dévié, un dispositif réfléchissant (3, 4, 5, 6), 10 certains au moins des dispositifs réfléchissants étant transparents à une longueur d'onde respective du signal; des lames quart d'onde (7, 8, 9, 10) placées sur chaque trajet dévié entre le polariseur et les dispositifs réfléchissants; et, à un bout du trajet 15 principal, une autre lame quart d'onde (11) puis un autre dispositif réfléchissant (12). 2) Dispositif démultiplexeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dispositifs réfléchissants transparents à une longueur d'onde 20 respective du signal sont des étalons de Fabry-Pérot accordables.