Brevet FR3092404A1 — publié le 20200807

Description Titre de l'invention : DISPOSITIF OPTIQUE DE COMBINAISON D'UNE PLURALITE DE FAISCEAUX, ET SYSTÈME EMPLOYANT UN TEL DISPOSITIF Domaine technique 100011 La présente invention concerne un dispositif optique pour former un faisceau lumineux par combinaison d'une pluralité de faisceaux lumineux d'entrée. Elle concerne également un système de production d'un faisceau lumineux de sortie, comprenant une source lumineuse produisant une pluralité de faisceaux qui sont associés à un tel dispositif optique. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION 100021 Dans le domaine de l'optique, on cherche parfois à combiner une pluralité de faisceaux lumineux, par exemple issus d'une pluralité de sources lasers arrangées en matrice, pour former un unique faisceau lumineux présentant une puissance accrue. Cette combinaison peut par exemple s'opérer à partir de faisceaux lumineux cohérents ou de faisceau présentant des spectres étagés. On cherche généralement à préserver la qualité du faisceau combiné, et notamment sa divergence, de manière à augmenter sa luminosité. C'est notamment important lorsque le faisceau combiné est destiné à éclairer une cible disposée en champ lointain. 100031 On connaît ainsi le produit « TILBA » de la société Cailabs, qui met en oeuvre un dispositif de conversion lumineux multiplan pour combiner une pluralité de faisceaux mutuellement cohérents. Ce dispositif est configuré pour mettre en oeuvre une conversion modale, transformant des modes d'entrée correspondant respectivement aux lobes de la pluralité de faisceaux en un mode de sortie gaussicn. Au cours de la conversion modale mise en oeuvre parce dispositif, toute l'énergie du rayonnement incident (formé par la pluralité de faisceaux lumineux) présente dans le mode d'entrée est transportée dans le mode de sortie gaussicn. [0004] -11 est toutefois particulièrement délicat d'obtenir et de maintenir la cohérence parfaite des faisceaux en entrée du dispositif de conversion, par exemple sous une valeur seuil de 0,5 rad rms. C'est notamment le cas lorsque le nombre de faisceaux est important, par exemple supérieur à 10. [0005] Lorsque les faisceaux d'entrée ne sont pas parfaitement cohérents ou, dans une moindre mesure, lorsque les intensités des faisceaux d'entrée ne sont pas égales entre elles, la transformation modale réalisée parce dispositif n'est pas parfaitement contrôlée, ce qui peut conduire à détériorer la qualité du faisceau combiné, par exemple en augmentant sa divergence ou en déviant son pointé. Dit autrement, 2 l'énergie du rayonnement incident ne sera pas transportée entièrement dans le mode de sortie visé. Une partie de cette énergie peut être absorbée ou diffusée par le dispositif de conversion et/ou former un faisceau combiné présentant un rayonnement de faible intensité combiné à un halo diffus. OBJET DE L'INVENTION [0006] Un but de l'invention est dc remédier au moins en partie aux inconvénients précités. Plus précisément, un but dc l'invention est de former un faisceau combiné dont les propriétés sont contrôlées, même lorsque les faisceaux d'entrée ne sont pas mutuellement cohérents et/ou lorsque leurs intensités diffèrent. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION [0007] En vue de la réalisation de ce but, l'objet de l'invention propose un dispositif optique pour former un faisceau lumineux dc sortie présentant au moins un mode cible, par combinaison d'une pluralité dc faisceaux lumineux d'entrée asservis en phase formant collectivement un rayonnement lumineux incident. Le dispositif optique présente : - un plan d'entrée transverse aux faisceaux lumineux d'entrée dans lequel est définie une base de modes d'entrée composée d'un supermode principal formé d'une pluralité de modes primaires respectivement associés spatialement avec les faisceaux lumineux d'entrée et dans lequel est définie une pluralité de supermodes de perturbation ; - un plan dc sortie transverse au faisceau lumineux dc sortie dans lequel est définie une base de modes de sortie composée du mode cible et d'une pluralité de modes de déformation. [0008] Le dispositif optique comprend également un dispositif dc conversion, disposé entre le plan d'entrée et le plan de sortie, configure pour opérer une conversion modale du rayonnement incident et préparer un rayonnement transformé, la conversion modale visant à transporter la part d'énergie du rayonnement incident présente dans le supermode principal dans le mode cible, et visant à transporter la part d'énergie du rayonnement incident présente dans les supermodes dc perturbation dans les modes de déformation. [0009] Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives dc l'invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable : le dispositif de conversion est un dispositif de conversion lumineux multiplan comprenant une pluralité de zones microstructurées disposées sur au moins un élément optique pour intercepter et modifier spatialement la phase du rayonnement lumineux incident au cours d'une pluralité de réflexions ou de transmissions séparées par une propagation libre, la microstructuration de la pluralité de zones microstructurées étant configurée pour opérer la conversion modale ; 3 le dispositif de conversion comprend au moins une pluralité de lames de phase combinées à une pluralité de lames séparatrices ; les faisceaux lumineux d'entrée sont répartis linéairement en barrette selon une unique direction du plan d'entrée, ou en matrice ou en hexagone selon deux directions du plan d'entrée ; les supermodes de la base d'entrée présentent tous la même intensité ; le mode cible est choisi dans la liste constituée d'un mode gaussicn, d'un mode à plateau plat , en champ lointain ou en champ proche, de forme circulaire, rectangulaire ou carré ; la base d'entrée comprend N-1 supermodes de perturbations, un supermode de perturbation d'ordre k, 2