Brevet FR3078412A1 — publié le 20190830

PROCEDE DE CONCEPTION D'UN DISPOSITIF DE CONVERSION MULTIPLAN, LAME DE PHASE OBTENUS PAR L'INTERMEDIAIRE DE CE PROCEDE, ET DISPOSITIF DE CONVERSION MULTIPLAN DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un procédé de conception d'un dispositif de conversion multiplan. Elle concerne également une lame de phase et un dispositif de conversion multiplan obtenus par l'intermédiaire de ce procédé. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION On connaît de US9250454 et US2017010463 des tels dispositifs optiques, ainsi que des méthodes permettant de les concevoir. Ces dispositifs (souvent désignés par l'acronyme MPLC, de « Multi Plane Light Conversion » selon l'expression anglo-saxonne) permettent de réaliser toute transformation spatiale unitaire d'un rayonnement lumineux. D'un point de vue théorique, et comme cela a été établi dans « Programmable unitary spatial mode manipulation », Mbrizur et Al, J. Opt. Soc. Am. A/Vol. 27, No. 11/November 2010, une transformation spatiale unitaire peut effectivement être décomposée en une succession de transformations primaires, chaque transformation primaire affectant le profil de phase transverse du rayonnement lumineux. Le document "Design of High Order Mode-Multiplexers using Multiplane Light Conversion" de N. Fontaine et Al, 35 présenté à la 43eme conférence sur les communications 2 optiques, (ECOC, 2017) rappelle que la conception d'un dispositif MPLC consiste à déterminer les caractéristiques dans un plan (x,y) d'un ensemble de masques de phase, chaque masque i introduisant un déphasage de pi(x,y). Il rappelle 5 également dans le détail une méthode de conception de ces masques qui se fonde sur un algorithme d'optimisation par mise en correspondance de fronts d'ondes. Il évoque la possibilité, en alternative, de fonder la conception sur une méthode d'optimisation stochastique de solutions générées 10 par calcul. Ce document propose aussi une méthode de conception d'un multiplexeur optique spatial permettant de limiter le nombre de masques de phase nécessaires pour mettre en oeuvre 15 la transformation s'opérant sur le rayonnement lumineux incident. Plus spécifiquement, ce document divulgue un dispositif MPLC qui convertit une entrée composée d'un faisceau linéaire de 45 fibres émettant un rayonnement lumineux gaussien, dans les 9 premiers groupes de modes d'une 20 fibre optique multimode à gradient d'indice. La conversion est réalisée à l'aide de 14 masques de phase. Les modes de sorties du dispositif doivent être représentés dans une base de modes d'Hermite-Gauss et, simultanément, les faisceaux lumineux d'entrée être réarrangés dans le plan transverse 25 pour les disposer selon une forme de triangle. Ce document ne donne aucune explication permettant de comprendre en quoi la combinaison choisie (et notamment le choix de la base de sortie et le réarrangement en triangle 30 des faisceaux lumineux d'entrée) permet de réaliser la conversion en 14 masques de phase, si ce n'est d'affirmer que la symétrie des modes et de l'arrangement en triangle pourrait en être la cause. 3 La présente invention vise à établir une méthode de conception d'un dispositif optique MPLC qui ne soit pas limité à l'exemple très particulier présenté dans ce document. Elle vise notamment à fournir une méthode de 5 conception permettant de mettre en oeuvre une transformation à l'aide d'un nombre relativement réduit de masques de phase, tout en donnant une grande liberté de choix dans la nature des bases de modes et dans l'arrangement des faisceaux. 10 BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION En vue de la réalisation de ce but, l'objet de l'invention propose un procédé de conception d'un dispositif 15 de conversion multiplan d'un rayonnement lumineux, le dispositif mettant en oeuvre une pluralité de masques de phase interceptant le rayonnement lumineux pour respectivement lui appliquer un déphasage spatio-fréquentiel conduisant à une transformation déterminée, le procédé de conception 20 comprenant les étapes suivantes : - Définir une première famille de modes, chaque mode de la première famille étant désignée par un couple d'indice {i,j} l REVENDICATIONS1. Procédé de conception d'un dispositif de conversion multiplan d'un rayonnement lumineux, le dispositif mettant en oeuvre une pluralité de masques de phase interceptant le rayonnement lumineux pour respectivement lui appliquer un déphasage spatiofréquentiel conduisant à une transformation déterminée, le procédé de conception comprenant les étapes suivantes : - Définir une première famille de modes (u), chaque mode de la première famille étant désignée par un couple d'indice fi,j1 l 2. Procédé de conception selon la revendication précédente dans lequel la première famille de modes (u) et la deuxième famille de modes (v) sont des bases. 5 3. Procédé de conception selon la revendication précédente dans lequel les bases de la première famille de modes (u) et de la deuxième famille de modes (v) sont orthonormées. 4. Procédé de conception selon l'une des revendications 10 précédentes dans lequel les variables séparables (p,q) sont des coordonnées cartésiennes (x,y). 5. Procédé de conception selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel les variables séparables (p,q) sont des 15 coordonnées polaires (r,theta). 6. Procédé de conception selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'établissement du déphasage spatio-fréquentiel des M masques de phase est réalisé en 20 optimisant un degré de correspondance entre la transformation des modes de la première famille de modes exploités et les modes de la deuxième famille de modes exploités. 25 7. Procédé de conception selon la revendication précédente dans lequel le degré de correspondance est optimisé par une méthode d'optimisation stochastique. 8. Procédé de conception selon la revendication 6 dans lequel 30 le degré de correspondance est optimisé par mise en correspondance de fronts d'ondes. 9. Procédé de conception selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'étape visant à établir le 34 déphasage spatio-fréquentiel des masques de phase comprend : - Etablir respectivement un déphasage unidimensionnel selon une première variable 5 spatiale (p) et selon une seconde variable spatiale (q) ; - Combiner les déphasages unidimensionnels selon la première variable spatiale -(p) et selon la seconde variable spatiale (q) pour établir le déphasage 10 spatio-fréquentiel des masques de phase. 10. Programme d'ordinateur comprenant des instructions adaptées à la mise en oeuvre d'au moins une des étapes du procédé de conception selon l'une des revendications 15 1 à 9, lorsque le programme est exécuté sur un ordinateur. 11. Lame de phase fabriquée à partir du déphasage spatio-fréquentiel d'au moins un masque de phase obtenu 20 à l'issue d'un procédé de conception conforme à l'une des revendications 1 à 9. 12. Dispositif de conversion multiplan (1) d'un premier rayonnement lumineux, le dispositif 25 comportant un bloc de conversion (2) comprenant une pluralité de pièces optiques (2a, 2b) et mettant en oeuvre une pluralité de masques de phase (5) portés par au moins une des pièces optiques (2a, 2b), les masques de phase (5) appliquant un déphasage spatio-fréquentiel 30 visant à élaborer un deuxième rayonnement, la transformation déterminée mettant respectivement en relation N modes d'indices fi, jlk , 1 13. Dispositif de conversion multiplan (1) selon la revendication précédente comprenant au moins un étage (3,4) pour injecter le premier et/ou le deuxième rayonnement dans le bloc de conversion (2) et/ou extraire le premier et/ou le deuxième rayonnement du 15 bloc de conversion (2). 14. Dispositif de conversion multiplan (1) selon la revendication précédente dans lequel l'étage (3,4) 20 comprend un faisceau de fibres optiques (3a) arrangées dans un plan transverse d'étage (Pe), le premier plan transverse étant le plan transverse d'étage. 15. Dispositif de conversion multiplan (1) selon la 25 revendication précédente dans lequel les variables spatiales de la première famille de modes exploités sont séparables dans un système de coordonnées cartésiennes et le faisceau de fibres optique (3a) de l'étage (3,4) est arrangé dans le plan transverse 16. Dispositif de conversion multiplan (1) selon la revendication 14 dans lequel les variables spatiales (p, q) de la première famille de modes exploités sont 35 séparables dans un système de coordonnées polaires 30 d'étage (Pe) en forme de rectangle ou de carré. 36 (r,theta) et le faisceau de fibres optiques (3a) de l'étage (3) est arrangé dans le plan transverse d'étage (Pe) le long de cercles concentriques et le long de lignes radiales. 5 17. Dispositif de conversion multiplan (1) selon l'une des revendications 13 à 16 dans lequel l'étage (4) comprend au moins une fibre multimode (4a). 10 18. Dispositif de conversion multiplan (1) selon l'une des revendications 12 à 17 dans lequel au moins une des pièces optiques (2a, 2b) porte au moins un masque de phase (5) à variables spatiales (p, q) séparables. 15 19. Dispositif de conversion multiplan (1) selon l'une des revendications 12 à 18 dans lequel les pièces optiques (2a, 2b) comprennent deux pièces optiques réfléchissantes (2a, 2b) disposées en vis-à-vis l'une de l'autre, les masques de phases (5) étant portés par 20 l'une et/ou l'autres des deux pièces optiques réfléchissantes (2a, 2b). 20. Dispositif de conversion multiplan (1) selon la revendication précédente dans lequel les deux pièces 25 optiques (2a, 2b) sont constituée d'une lame de phase microstructurée (2a) et d'un miroir (2b), et les masques de phases (5) sont portés par la lame de phase microstructurée (2a). 30