Brevet FR2862139A1 — publié le 20050513

LAME SÉPARATRICE La présente invention concerne une lame séparatrice, c'est-à-dire une lame à faces parallèles destinée à séparer un faisceau lumineux incident en un faisceau réfléchi et un faisceau transmis. La figure 1 représente une lame séparatrice mince 1 comportant une face avant 2 et une face arrière 3 parallèles l'une à l'autre. Un faisceau incident I frappe la face avant de la lame 1, avec un angle d'incidence de 45 degrés. Le faisceau incident I est alors pour partie réfléchi en un faisceau R et pour partie transmis à travers la lame en un faisceau transmis T. La face avant est traitée pour qu'une proportion choisie, par exemple 50 %, du faisceau incident soit réfléchie. Les faisceaux réfléchi R et transmis T sont les faisceaux que l'on souhaite obtenir à partir du faisceau incident I en utilisant une lame séparatrice. Cependant, aux faisceaux réfléchi et transmis s'ajoutent un ensemble de faisceaux para-sites non représentés. La figure 2 représente, en plus des faisceaux princi- paux représentés en figure 1, deux premiers faisceaux parasites F1 et F2. La partie non réfléchie du faisceau incident I ne ressort pas intégralement en face arrière sous la forme du faisceau T. La partie du faisceau incident I traversant la lame 1 constitue un faisceau interne L. Une petite partie du faisceau interne L, environ 4 %, est réfléchie de la face arrière vers la face avant. La partie réfléchie constitue un faisceau interne L1 qui ressort en grande partie du côté de la face avant sous la forme d'un faisceau parasite F1 parallèle au faisceau réfléchi R. En pratique, le faisceau F1 se superpose pour partie au faisceau R, ce qui est rédhibitoire pour une interférométrie de précision. En arrivant sur la face avant de la lame 1, une petite partie du faisceau interne L1 est réfléchie vers la face arrière. La partie réfléchie constitue un faisceau interne L2 qui ressort en grande partie du côté de la face arrière sous la forme d'un faisceau parasite F2 parallèle au faisceau transmis T. En pratique, le faisceau F2 se superpose pour partie au faisceau T, ce qui est là aussi rédhibitoire. Seuls deux faisceaux parasites F1 et F2 ont été représentés bien qu'il en existe en fait une infinité. Chaque fois qu'un faisceau interne arrive sur une des faces avant ou arrière, il se crée un nouveau faisceau interne et donc un nouveau faisceau parasite. Le nouveau faisceau parasite a cependant une intensité bien plus faible. De façon générale, on s'intéresse uniquement aux cinq ou six premiers faisceaux parasites. Dans le cas de la lame mince 1, les faisceaux para-sites F1, F3 et F5 sont parallèles au faisceau réfléchi R et les faisceaux F2, F4 et F6 sont parallèles au faisceau transmis T. De nombreuses interférences sont dès lors possibles entre les faisceaux parasites et les faisceaux R et T. Dans le cas où la lame mince est utilisée pour recevoir deux ou plusieurs faisceaux incidents d'intensités diffé- rentes, les parasites créés à partir du faisceau incident de plus grande intensité peuvent fortement parasiter les faisceaux réfléchi et transmis du faisceau incident de plus faible intensité. Un objet de la présente invention est de prévoir une lame séparatrice qui fournisse des faisceaux réfléchi et transmis qui ne soient pas "parasités". Un autre objet de la présente invention est de prévoir 5 une telle lame séparatrice de structure simple. Un autre objet de la présente invention est de prévoir une telle lame séparatrice permettant de recevoir des faisceaux incidents ayant des intensités différentes. Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit une lame séparatrice destinée à recevoir un faisceau incident sur une face avant et à fournir un faisceau réfléchi par cette face avant et un faisceau transmis ressortant du côté d'une face arrière, et comprenant une face latérale perpendiculaire au plan d'incidence. La face latérale forme un angle supé- rieur à 90 degrés avec la face avant, et l'épaisseur de la lame, le diamètre du faisceau et la distance entre la face latérale et la zone de la face avant prévue pour recevoir le faisceau incident sont tels que le premier faisceau parasite issu d'une réflexion par la face arrière sort de la lame par la face latérale. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la partie non réfléchie du faisceau incident pénètre dans la lame en formant un faisceau interne principal, la majeure partie du faisceau interne principal ressortant par la face arrière sous la forme dudit faisceau transmis, une petite partie du faisceau interne principal étant réfléchie sous la forme d'un premier faisceau interne, la majeure partie du premier faisceau interne traversant ladite face latérale pour former ledit premier faisceau parasite. Selon un mode de réalisation de la présente invention, une petite partie du premier faisceau interne est réfléchie par ladite face latérale pour former un second faisceau interne, une majeure partie du faisceau interne ressortant de la lame en formant un second faisceau parasite. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la lame séparatrice comprend trois autres faces latérales sensiblement perpendiculaires deux à deux et sensiblement perpendiculaires aux faces avant et arrière. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la lame séparatrice comprend trois autres faces latérales, celle desdites autres faces latérales opposée à ladite face latérale formant un angle supérieur à 90 degrés avec la face avant. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'angle d'incidence du faisceau incident est sensiblement égal à 45 degrés et dans laquelle l'indice n est égal à 1,414. Selon un mode de réalisation de la présente invention, ladite face latérale fait un angle de soixante degrés avec la face arrière, et dans laquelle le second faisceau interne est parallèle à la face avant et frappe perpendiculairement celle desdites autres faces latérales opposée à ladite face latérale. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la distance entre la face latérale et la zone de la face avant prévue pour recevoir le faisceau incident est sensiblement égale ou inférieure à l'épaisseur de la lame. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la face avant est spécialement traitée de façon à réfléchir une proportion choisie du faisceau incident. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la lame séparatrice est destinée à recevoir deux faisceaux incidents sur la face avant, les plans d'incidence des deux faisceaux étant sensiblement parallèles. Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: la figure 1 représente une lame séparatrice mince; la figure 2 représente la même lame que celle représentée en figure 1 sur laquelle sont représentés des faisceaux parasites en plus des faisceaux principaux; la figure 3 est une vue en coupe d'une lame sépara-5 trice selon la présente invention; la figure 4 est une vue en perspective de la lame séparatrice représentée en figure 3; la figure 5 est une vue en coupe d'une lame séparatrice selon la présente invention sur laquelle sont représentés un ensemble de faisceaux principaux et parasites; et la figure 6 est une vue en perspective d'une lame séparatrice selon la présente invention utilisée avec deux faisceaux incidents. La figure 3 est une vue en coupe d'une lame sépara- trice 40 selon la présente invention. La figure 4 est une vue en perspective de la lame 40 représentée en figure 3. La lame 40 comprend une face avant 41 et une face arrière 42 parallèles l'une à l'autre. De plus, la lame 40 comprend quatre faces latérales 43, 44, 45 et 46. On considérera que la lame est destinée à être utilisée de sorte que le plan d'incidence d'un faisceau incident soit sensiblement parallèle aux faces latérales 43 et 45, et que le faisceau incident, en projection sur la face avant soit dirigé vers la face latérale 46. Les trois faces latérales 43, 44 et 45 sont dans cet exemple perpendiculaires aux faces avant et arrière 41 et 42. Selon un aspect de la présente invention, la face latérale 46 forme un angle a supérieur à 90 avec la face avant 41. La vue en coupe représentée en figure 3 est effectuée dans le plan d'incidence du faisceau I. Le plan d'incidence est perpendiculaire à la face avant 41 de la lame 40 et perpendi- culaire aux faces latérales opposées 44 et 46. Le faisceau inci- dent I frappe la face avant 41 avec, dans cet exemple, un angle d'incidence de 45 degrés. Le faisceau incident I est alors pour partie réfléchi en un faisceau R et pour partie transmis dans la lame 40 sous la forme d'un faisceau interne L dont la majeure partie ressort par la face arrière 42 sous la forme d'un faisceau transmis T. Une petite partie du faisceau interne L est réfléchie en un faisceau interne L1. L'épaisseur de la lame, le diamètre du faisceau et la distance entre le point d'incidence et l'intersection des faces avant 41 et latérale 46 sont choisis afin que le faisceau interne L1 frappe la face latérale 46. La majeure partie du faisceau L1 est transmise pour former un faisceau parasite F1. Grâce au fait que la face latérale 46 fait un angle a supérieur à 90 avec la face avant 41, le faisceau parasite F1 n'est parallèle ni au faisceau réfléchi R ni au faisceau transmis T. Afin d'être sûr que le faisceau interne L1 frappe la face latérale 46 et non la face avant 41 de la lame, il est nécessaire que la zone d'incidence ZI du faisceau incident I sur la face avant 41 soit située à proximité de la face latérale 46. La zone d'incidence ZI doit être d'autant plus proche de la face latérale 46 que l'épaisseur e de la lame 40 est petite. A titre d'exemple, dans le cas où l'angle d'incidence du faisceau est de 45 degrés et l'indice n égal à 1,414, il faut que la distance dl entre la zone d'incidence ZI et la face latérale 46 soit inférieure à 1,15 fois l'épaisseur e de la lame. dlkxe, où k=2xtan(30 )=1,15 où 30 correspond à l'angle fait entre le faisceau interne L et la normale aux faces 41 et 42. La distance dl est la distance "maximale", la distance entre la face latérale 46 et le rayon du faisceau incident le plus éloigné de la face latérale 46. On pourra par exemple prendre une épaisseur e et une distance dl égales à 15 man. Une petite partie du faisceau interne L1 est réfléchie par la face latérale 46 pour former un faisceau interne L2. Dans les conditions citées ci-dessus, et dans le cas où la face latérale 46 fait un angle a de 120 avec la face avant 41, le faisceau interne L2 frappe la face latérale 44 perpendiculairement à cette dernière. La majeure partie du faisceau interne L2 traverse la face latérale 44 pour former un faisceau parasite F2 sortant perpendiculairement à la face latérale 44. Le faisceau parasite F2 a donc une direction différente des faisceaux réfléchi R et transmis T. La figure 5 est une vue en coupe d'une lame séparatrice identique à celle représentée en figure 3 sur laquelle sont représentés un ensemble de faisceaux parasites, du premier au huitième, F1 à F8. Par souci de clarté, seul un des rayons de chaque faisceau est représenté. Une petite partie du faisceau interne L2 est réfléchie par la face latérale 44 pour former un faisceau interne L3 qui est de direction opposée au faisceau interne L1. Le faisceau interne L3 frappe de nouveau la face latérale 46. Une majeure partie du faisceau interne L3 traverse la face 46 pour former un faisceau parasite F3 de direction sensiblement opposée au faisceau parasite F1. Une petite partie du faisceau interne L3 est réfléchie pour former un faisceau interne L4 qui traverse la lame jusqu'à frapper la face arrière 42. Une majeure partie du faisceau interne L4 traverse la face arrière 42 pour former un faisceau parasite F4 formant un angle sensiblement égal à 45 avec la face arrière 42 du côté opposé au faisceau transmis T. Une petite partie du faisceau interne L4 est réfléchie par la face arrière 42 pour former un faisceau interne L5 qui traverse la lame jusqu'à la face avant 41. Une majeure partie du faisceau interne L5 traverse la face avant 41 pour former un faisceau parasite F5 parallèle au faisceau incident I. Une faible partie du faisceau interne L5 est réfléchie par la face avant 41 pour former un faisceau interne L6 qui traverse la lame jusqu'à la face arrière 42. Une majeure partie du faisceau interne L6 traverse la face arrière 42 pour former un faisceau parasite F6 sortant parallèlement au faisceau parasite F4. Une petite partie du faisceau interne L6 est réfléchie pour former un faisceau interne L7 qui traverse la lame jusqu'à atteindre la face latérale 44. Le faisceau interne L7 est entièrement réfléchi par la face latérale 44 pour former un faisceau interne L7' qui traverse la lame jusqu'à la face avant 41. La majeure partie du faisceau interne L7' traverse la face avant 41 pour former un faisceau parasite F7 parallèle au faisceau réfléchi R. Une petite partie du faisceau interne L7 est réfléchie pour former un faisceau interne L8 qui traverse la lame jusqu'à atteindre la face latérale 42. La majeure partie du faisceau interne L8 traverse la face arrière 42 pour former un faisceau parasite F8 parallèle au faisceau transmis T. A titre d'exemple, on considère le cas d'une lame de CaF2 et d'un faisceau incident d'une longueur d'onde de 3,5 fun. La surface avant est traitée de façon à ce que les intensités des faisceaux R et T soient sensiblement égales. Les rapports entre les intensités des faisceaux parasites et l'intensité du faisceau transmis T sont alors respectivement sensiblement égaux à 7.10-2 (F1), 5.10-3 (F2), 1,5.10-4 (F3), 10-5 (F4), 10-6 (F5), 4.10-7 (F6), 1,5.10-8 (F7), 10-9 (F8) pour la composante de polarisation perpendiculaire au faisceau incident, les intensités des faisceaux parasites correspondant aux composantes de polarisation parallèles étant négligeables car inférieures, d'au moins un ordre de grandeur, aux intensités des composantes de polarisation perpendiculaires. Le premier faisceau parasite parallèle à l'un des faisceaux réfléchi R et transmis T est le faisceau parasite F7 qui est parallèle au faisceau réfléchi R. Le faisceau parasite suivant F8 est quant à lui parallèle au faisceau T. Les faisceaux parasites F7 et F8 ayant des intensités inférieures à 10-8 celle du faisceau incident, on peut considérer que ces faisceaux n'ont aucune influence sur les faisceaux R et T. Un avantage d'une lame séparatrice selon la présente invention est qu'elle permet d'obtenir des faisceaux réfléchi R et transmis T qui ne sont pas parasités, et cela sans qu'il soit nécessaire de prévoir des diaphragmes toujours difficiles à positionner en face des faisceaux réfléchi R et transmis T. Une lame séparatrice selon la présente invention peut être utilisée dans de nombreux dispositifs. Un exemple de dispo- sitif est un interféromètre avec lequel on souhaite par exemple observer une planète située très près d'une étoile émettant 106 fois plus de lumière que la planète. La figure 6 est une vue en perspective d'une lame séparatrice selon la présente invention identique à celle repré- sentée en figure 4. Deux faisceaux incidents Il et I2 arrivent sur la face avant 41 avec un angle d'incidence égal dans cet exemple à 45 degrés. Les deux faisceaux incidents I1 et 12 sont alors pour partie réfléchis en des faisceaux R1 et R2 et pour partie transmis à travers la lame pour ressortir par la face arrière et former des faisceaux transmis Ti et T2. Les deux faisceaux incidents I1 et I2 peuvent également être sensiblement confondus et ne différer que d'un angle d'incidence très faible. Dans le cas par exemple où le faisceau incident I1 provient de l'étoile et le faisceau incident I2 provient de la planète, des interférences néfastes peuvent se reproduire si l'un des faisceaux R2 et T2 est parasité par un des faisceaux parasites dérivés du faisceau incident Il de l'étoile. Plus précisément, il ne faut pas qu'un des faisceaux parasites du faisceau Il ayant une intensité supérieure ou égale à celle des faisceaux R2 et T2 se superpose aux faisceaux R2 et T2. Dans le cas d'une lame selon la présente invention, et comme cela a été décrit en relation avec la figure 6, il faut attendre le septième faisceau parasite pour retrouver un faisceau parasite parallèle aux faisceaux réfléchis Ri et R2. Le septième faisceau parasite du faisceau Il de l'étoile a une intensité environ 100 fois plus faible que celle du faisceau R2, ce qui est négligeable. Une lame séparatrice selon la présente invention permet donc de recevoir plusieurs signaux ayant des intensités très différentes. Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'honune de l'art. En particulier, les deux faces latérales opposées de la lame sensiblement perpendiculaires au plan d'incidence peuvent faire un angle supérieur à 90 degrés avec la face avant de la lame. REVENDICATIONS 1. Lame séparatrice (40) destinée à recevoir un faisceau incident (I) sur une face avant (41) et à fournir un faisceau réfléchi (R) par cette face avant et un faisceau transmis (T) ressortant du côté d'une face arrière (42), et comprenant une face latérale (46) perpendiculaire au plan d'incidence, caractérisée en ce que la face latérale forme un angle (a) supérieur à 90 degrés avec la face avant, et en ce que l'épaisseur (e) de la lame, le diamètre du faisceau et la distance (d1) entre la face latérale et la zone (ZI) de la face avant prévue pour recevoir le faisceau incident sont tels que le premier faisceau parasite (F1) issu d'une réflexion par la face arrière sort de la lame par la face latérale. 2. Lame séparatrice selon la revendication 1, dans la-quelle la partie non réfléchie du faisceau incident (I) pénètre dans la lame en formant un faisceau interne principal (L), la majeure partie du faisceau interne principal ressortant par la face arrière (42) sous la forme dudit faisceau transmis (T), une petite partie du faisceau interne principal étant réfléchie sous la forme d'un premier faisceau interne (L1), la majeure partie du premier faisceau interne traversant ladite face latérale (46) pour former ledit premier faisceau parasite (F1). 3. Lame séparatrice selon la revendication 2, dans laquelle une partie du premier faisceau interne (L1) est réfléchie par ladite face latérale (46) pour former un second fais- ceau interne (L2), une majeure partie du faisceau interne (42) ressortant de la lame en formant un second faisceau parasite. 4. Lame séparatrice selon la revendication 1, comprenant trois autres faces latérales sensiblement perpendiculaires deux à deux et sensiblement perpendiculaires aux faces avant et arrière. 5. Lame séparatrice selon la revendication 1, comprenant trois autres faces latérales, celle desdites autres faces latérales opposées à ladite face latérale formant un angle supérieur à 90 degrés avec la face avant. 6. Lame séparatrice selon la revendication 1, dans la-quelle l'angle d'incidence du faisceau incident est sensiblement égal à 45 degrés et dans laquelle l'indice n est égal à 1,414. 7. Lame séparatrice selon les revendications 3, 4 et 6, dans laquelle ladite face latérale (46) fait un angle de soixante degrés avec la face arrière (42), et dans laquelle le second faisceau interne (L2) est parallèle à la face avant (41) et frappe perpendiculairement celle desdites autres faces latérales opposée à ladite face latérale. 8. Lame séparatrice selon la revendication 6, dans laquelle la distance (dl) entre la face latérale et la zone (ZI) de la face avant (41) prévue pour recevoir le faisceau incident est sensiblement égale ou inférieure à l'épaisseur (e) de la lame. 9. Lame séparatrice selon la revendication 1, dans laquelle la face avant (41) est spécialement traitée de façon à réfléchir une proportion choisie du faisceau incident (I). 10. Lame séparatrice selon la revendication 1 destinée à recevoir deux faisceaux incidents (I1, I2) sur la face avant (41), les plans d'incidence des deux faisceaux étant sensible- ment parallèles.