Brevet FR2910979A1 — publié le 20080704

DISPOSITIF DE PRELEVEMENT D'UNE PLURALITE DE PARTIES D'UN FAISCEAU LUMINEUX DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un dispositif de prélèvement d'une pluralité de parties d'un faisceau lumineux, en particulier d'un faisceau laser. Ce dispositif comprend au moins un composant optique qui est conçu pour engendrer deux prélèvements optiques d'un faisceau lumineux à rayons parallèles, sans aucune image parasite. L'invention s'applique notamment au diagnostic des faisceaux lasers. Dans ce domaine, il est souvent nécessaire de disposer de plusieurs prélèvements distincts d'un faisceau pour caractériser complètement ce dernier. Indiquons dès à présent que le composant mentionné ci-dessus permet de générer trois voies de diagnostic qui sont distinctes, totalement découplées et sans image parasite. La photométrie des voies peut être gérée de manière classique, par le type de traitement semi-réfléchissant que l'on dépose sur chaque face du composant. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Pour prélever une ou plusieurs parties d'un faisceau lumineux, notamment d'un faisceau laser, il est connu d'utiliser une lame (en anglais, plate) 2 (figure 1) ayant deux faces planes et parallèles, ou une lame prismatique 4 (figure 2), ou un cube séparateur de faisceau (en anglais, beamsplitter cube) 6 (figure 3), ou un composant diffractif 8 (figure 4). Les composants représentés sur les figures 1 à 3 ne génèrent qu'une seule voie de prélèvement 10 à partir d'un faisceau lumineux incident 12, et le composant diffractif 8 génère autant de prélèvements 14 que d'ordres de diffraction. En outre, en plus du prélèvement 10, la lame à faces planes et parallèles 2 engendre généralement plusieurs faisceaux parasites. Sur la figure 1, on voit l'un 15 de ces derniers, qui est parallèle au faisceau 16 transmis par le cube 2, et 15 deux autres faisceaux parasites 18 qui sont parallèles au faisceau 10 réfléchi par ce cube. L'amplitude du plus important des faisceaux parasites vaut typiquement 10% du faisceau incident 12, ce qui peut s'avérer problématique avec un faisceau 20 cohérent, à cause des interférences qui en résultent. La lame prismatique 4 résout partiellement ce problème : on voit sur la figure 2 que les faisceaux parasites 20 et 22 ont des directions qui sont respectivement séparées de celle du faisceau réfléchi 25 10 et de celle du faisceau transmis 24, mais la séparation est faible et le faisceau transmis 24 est dévié, ce qui complique l'intégration mécanique du système d' analyse (non représenté) utilisant la lame prismatique. 30 Le cube séparateur de faisceau 6 résout assez bien le problème de l'imagerie parasite. En 10 effet, on voit sur la figure 3 deux faisceaux parasites 26 et 28 qui sont respectivement parallèles au faisceau réfléchi 10 et au faisceau transmis 30, et l'amplitude parasite maximale est typiquement cent fois plus faible que celle du faisceau incident 12. Mais le cube 6 ne génère qu'un prélèvement. Le composant diffractif 8 génère, quant à lui, plusieurs prélèvements 14 et résout parfaitement le problème de l'imagerie parasite. Cependant, il altère temporellement un faisceau lumineux impulsionnel et disperse un faisceau qui n'est pas parfaitement monomode. Il faut alors utiliser deux composants diffractifs pour résoudre partiellement ces problèmes d'altération et de dispersion. EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précédents en proposant un dispositif qui est apte à fournir au moins deux prélèvements dénués d'images parasites, à partir d'un faisceau lumineux incident, et qui permet l'intégration aisée d'un système de diagnostic de faisceau utilisant ce dispositif. De façon précise, la présente invention a pour objet un dispositif de prélèvement d'une pluralité de parties d'un faisceau lumineux, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend au moins un composant optique comprenant une lame en matériau transparent au faisceau lumineux, cette lame ayant des première et deuxième faces qui sont planes et parallèles, et une troisième face qui est plane et forme un dièdre avec la première face, l'angle de ce dièdre étant égal à 7t-a, avec 0 EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Le dispositif conforme à l'invention, qui est schématiquement représenté sur la figure 5, comprend un seul composant optique 32. Ce composant est apte à réaliser deux prélèvements dénués d'image parasite à partir d'un faisceau lumineux incident 34 qui est monochromatique et parallèle, c'est-à-dire dont les rayons sont parallèles, comme par exemple un faisceau laser. En outre, le composant permet l'intégration aisée d'un dispositif de diagnostic comportant ce composant. Le composant 32 est un prisme qui résulte d'une lame à faces planes et parallèles dont on a tronqué une partie. Plus précisément, le prisme 32 est fait d'un matériau qui est transparent au faisceau incident 34 ; et il comporte une première face 36 et une deuxième face 38 qui sont planes et parallèles l'une à l'autre. En outre, le prisme comporte une troisième face 40 qui forme un dièdre avec la première face 34. On voit la trace de ce dièdre ainsi que l'arête I de ce dernier sur la figure 5 qui est une vue de dessus du composant. Les faces 36, 38 et 40 sont ainsi perpendiculaires au plan de cette figure 5. L'angle A du dièdre est égal à 7c-a où a est l'angle de troncature de la lame, la partie tronquée étant délimitée par des pointillés sur la figure 5. Cet angle a est tel que : 0 Le faisceau réfracté 46, qui forme l'angle a avec la normale 42 (d'après la loi de Snell-Descartes, l'angle de réfraction est tel que sin(i) = n.sin(a)), se réfléchit également en partie sur la deuxième face 38 pour donner un faisceau réfléchi 50. Ce dernier se propage vers la face 40 suivant une ligne droite qui est perpendiculaire à cette face 40, et se réfléchit donc en partie sur celle-ci suivant la même ligne, puis émerge de la face 38 suivant un faisceau 52 qui constitue une deuxième partie prélevée du faisceau incident 34. Chacun des faisceaux 48 et 52 forme un angle i avec une normale 54 à la face 38. Précisons en outre que la majeure partie 56 du faisceau 50 émerge de la face 40, perpendiculairement à cette dernière, et peut ainsi constituer une troisième voie de prélèvement. Cependant, l'existence de cette partie 56 conduirait à une faible intensité pour la deuxième partie prélevée, constituée par le faisceau 52. C'est pourquoi la face 40 est rendue réflectrice, par exemple en formant une couche métallique 58 sur cette face, pour ne pas perdre de signal sur la voie de prélèvement 52. Précisons en outre que si l'on ne traite pas les faces d'entrée et de sortie 36 et 38 du composant, les deux prélèvements constitués par les faisceaux 44 et 52 transportent chacun entre 2% et 8% de l'énergie incidente, selon la polarisation du faisceau 34. Quelles que soient les caractéristiques de polarisation de ce faisceau incident 34, on peut réaliser un traitement des faces 36 et 38 pour adapter la valeur du coefficient de réflexion de ces faces, si cela est nécessaire. Dans le cas particulier où i vaut 45 (ir/4 radians) les deux voies de prélèvement 44 et 52 sont perpendiculaires au faisceau incident 34, ce qui facilite l'intégration mécanique des autres composants (non représentés) du système de diagnostic de faisceau. Dans ce cas, l'angle a est égal à Aresin (1/ (n ä17)). Remarquons aussi un cas particulier peu intéressant : lorsque a est égal à la valeur-limite Aresin(1/n), i est égal à n/2. Le composant compact 32 génère deux prélèvements 44 et 52 à partir du faisceau 34, sans aucune image parasite pour le système d'analyse, ce qui est très intéressant pour analyser le faisceau 34. De plus, ce composant est monobloc et très simple à fabriquer, et il peut être mis en série pour multiplier le nombre de voies. La figure 6 montre deux composants 70 et 72 qui sont placés l'un à la suite de l'autre. Ces composants sont du genre du composant 32. On voit un faisceau laser incident 74 qui arrive sur la première face du composant 70 et les deux prélèvements 76 et 78 correspondant à ce composant 70. Le faisceau transmis a la référence 80. Ce faisceau 80 atteint le composant 72 dont la première face est en regard de la deuxième face du composant 70 et parallèle à celle-ci. Le composant 72 fournit deux prélèvements 82 et 84. Le faisceau transmis par le composant 72 a la référence 85. En revenant à la figure 5, on voit des faisceaux lumineux parasites 86, 88 et 90 qui résultent de réflexions de la lumière dans le prisme 32. Le faisceau 88 se dirige vers la face 92 du prisme, face qui relie les faces 36 et 38 comme on le voit. Cette face 92 est non polie pour empêcher la réflexion spéculaire du faisceau 88. L'unique retour parasite (faisceau 90) subit deux réflexions, et il est donc très faible ; en outre, il retourne vers la source (non représentée) du faisceau 34, ce qui ne perturbe pas la mesure. Si nécessaire, une légère modification de l'un des angles i ou a permet de modifier la direction de ce retour parasite. Remarquons que le composant 32 décale latéralement le faisceau principal : le faisceau 48 est décalé par rapport au faisceau 34. Mais cela peut être corrigé par un second composant identique au composant 32 et monté symétriquement. Dans ce cas, et en reprenant les notations de la figure 6, le faisceau 85 émerge dans le prolongement du faisceaux 74. Remarquons aussi que, comme tous les diagnostics de prélèvement à réflexion, le composant 34 peut modifier l'état de polarisation d'un faisceau si le champ électromagnétique incident n'est pas de type TE ou TM. Le dispositif objet de l'invention peut être utilisé avec n'importe quel faisceau laser sur lequel on souhaite faire plusieurs prélèvements. 15 REVENDICATIONS 1. Dispositif de prélèvement d'une pluralité de parties d'un faisceau lumineux (34), ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend au moins un composant optique (32, 70, 72) comprenant une lame en matériau transparent au faisceau lumineux, cette lame ayant des première et deuxième faces (36, 38) qui sont planes et parallèles, et une troisième face (40) qui est plane et forme un dièdre avec la première face, l'angle de ce dièdre étant égal à n-a, avec 0 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la troisième face (40) est rendue réfléchissante vis-à-vis du faisceau lumineux (34). 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel les première et deuxième faces (36, 38) sont traitées de manière à avoir des coefficients de réflexion déterminés vis-à-vis du faisceau lumineux (34). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'angle a est égal à Aresin(li7/ (2n)) . 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant au moins deux exemplaires (70, 72) dudit composant, qui sont placés l'un à la suite de l'autre, de manière à augmenter le nombre de parties prélevées.