Brevet FR3128798A1 — publié le 20230505

L’invention porte sur un dispositif de traitement (D) d’au moins deux faisceaux incidents présentant des phases et/ou des amplitudes susceptibles de varier. Le dispositif de traitement (D) comprenant au moins, successivement reliés entre eux par des espaces libres ou par des guides d’onde un premier circuit actuateur de phase (1) pour ajuster les phases des faisceaux incidents (I) ; un dispositif de conversion multiplan (2); un deuxième circuit actuateur de phase (1’) disposé en aval du circuit de conversion multiplan (2). L’invention porte également sur un système optique (S) exploitant un tel dispositif de traitement (D) pour les recombiner les faisceaux incidents (I) dans un faisceau lumineux recombiné (I’’). Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1 Dispositif de traitement d’au moins deux Faisceaux lumineux monomodes DOMAINE DE L’INVENTION La présente invention porte sur un dispositif de traitement d’au moins deux faisceaux lumineux monomodes et cohérents entre eux, par exemple en vue de leur recombinaison. Ce dispositif peut trouver de nombreuses applications, et notamment pour la compensation de la distorsion du front d’onde d’un rayonnement lumineux. Cette distorsion peut trouver son origine dans les perturbations atmosphériques lors d’une communication optique en espace libre. Plus généralement cette distorsion peut être provoquée par la propagation du rayonnement lumineux dans son milieu. L’invention peut trouver une application dans le domaine des télécommunications ou dans le façonnage de pièces par laser. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Dans le domaine de l’optique, on cherche parfois à combiner une pluralité de faisceaux lumineux monomodes et cohérents entre eux pour former un unique faisceau présentant par exemple une densité d’énergie accrue, une forme ou un pointé choisi. Cette combinaison peut être réalisée par de multiples moyens, par exemple à l’aide d’un réseau diffractif comme enseigné dans le document WO2007100752 ou à l’aide d’un dispositif de conversion lumineux multiplan (comme proposé par le produit « TILBA » de la société Cailabs ou dans le document WO2020161126). Dans tous les cas, la qualité optique du faisceau combiné est très dépendante de l’accord en phase et de l’égalité d’amplitude des faisceaux lumineux incidents. Ces faisceaux présentent toutefois des propriétés qui ne sont pas toujours parfaitement maitrisées ou directement maitrisables. Par exemple, ces faisceaux peuvent résulter de la décomposition modale d’un rayonnement lumineux incident après propagation de ce rayonnement dans un milieu (atmosphère, fibre…). Cette propagation peut provoquer une distorsion significative du rayonnement et les faisceaux qui le décomposent modalement présentent alors des variations de phase et d’amplitude entre eux, également variables dans le temps. Lorsque les faisceaux à recombiner ne sont pas parfaitement maitrisés en phase ou en amplitude, la transformation réalisée par les dispositifs connus de combinaison cohérente n’est pas parfaitement contrôlée, ce qui peut conduire à détériorer la qualité ou la puissance du faisceau combiné. Une partie de l’énergie présente dans les faisceaux incidents est en effet dans ce cas absorbée, diffusée ou diffractée par le dispositif de combinaison et le faisceau combiné n’est alors pas concentré spatialement. Il peut ainsi présenter un rayonnement de faible amplitude combiné à un halo diffus. D’une manière générale, il serait utile de pouvoir disposer d’un dispositif permettant de régulariser les phases relatives et les amplitudes d’une pluralité de faisceaux lumineux dont on ne maitrise pas parfaitement les caractéristiques, afin de rendre robustes les manipulations ultérieures qui pourraient être opérées sur ces faisceaux. OBJET DE L’INVENTION Un but de l’invention est de proposer un tel dispositif de traitement d’au moins deux faisceaux lumineux monomodes. Un autre but de l’invention est de proposer un système optique, tirant profit de ce dispositif, pour notamment recombiner les au moins deux faisceaux lumineux monomodes dans un faisceau monomode recombiné. BREVE DESCRIPTION DE L’INVENTION En vue de la réalisation de ce but, l’objet de l’invention propose un dispositif de traitement d’au moins deux faisceaux lumineux monomodes et cohérents entre eux, dits « faisceaux incidents », les faisceaux incidents présentant des phases et des amplitudes susceptibles de varier, le dispositif de traitement comprenant au moins, successivement reliés entre eux par des espaces libres ou par des guides d’onde selon un sens principal de propagation : : un premier circuit actuateur de phase pour ajuster les phases relatives des faisceaux incidents ; un dispositif de conversion multiplan pour recevoir, sur un premier port optique, les faisceaux lumineux issus du premier circuit actuateur de phase et configuré pour répartir l’énergie de ces faisceaux vers au moins deux faisceaux lumineux monomodes, dits « faisceaux convertis », produits au niveau d’un deuxième port optique; un deuxième circuit actuateur de phase disposé en aval du dispositif de conversion multiplan pour ajuster les phases relatives des faisceaux convertis (I’). Selon d’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l’invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable : les faisceaux convertis en sortie du deuxième actuateur de phase présentent des amplitudes relatives et des phases relatives respectivement conformes à des amplitudes relatives de consigne et à des phases relatives de consigne ; le dispositif de conversion multiplan comprend une pluralité de zones microstructurées disposées sur au moins un élément optique pour intercepter et modifier spatialement les phases respectives des faisceaux incidents au cours d’une pluralité de réflexions ou de transmissions séparées par une propagation libre ; le premier dispositif actuateur de phase et le deuxième dispositif actuateur de phase comprennent une pluralité de déphaseurs optiques associés aux faisceaux incidents et le dispositif de traitement comprend au moins un dispositif de commande pour élaborer des signaux de commande des déphaseurs optique ; Selon un autre aspect, l’objet de l’invention propose un système optique comprenant un dispositif de traitement tel que présenté précédemment et un démultiplexeur spatial, disposé en amont du premier dispositif actuateur de phase, le démultiplexeur spatial recevant un rayonnement lumineux multimode incident et produisant les faisceaux incidents. Selon d’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de cet aspect de l’invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable : le démultiplexeur spatial est mis en œuvre par un dispositif de conversion multiplan ; les faisceaux convertis sont agencés dans une configuration d’ouverture en mosaïque, la juxtaposition des faisceaux convertis produisant un faisceau lumineux recombiné monomode ; Le système comprend un dispositif de multiplexage spatial disposé en aval du deuxième dispositif actuateur de phase, le dispositif de multiplexage spatial recevant les faisceaux convertis pour les recombiner dans un faisceau lumineux recombiné monomode ; Le dispositif de multiplexage spatial est mis en œuvre par un dispositif de conversion multiplan ; Le système optique comprend une pièce optique réfléchissante disposée directement en aval du deuxième circuit actuateur de phase pour rétro propager les faisceaux convertis à travers le deuxième circuit actuateur de phase et le dispositif de conversion multiplan et fournir le faisceau lumineux recombiné monomode au niveau du premier port optique du dispositif de conversion multiplan ; Le système optique comprend un dispositif d’extraction du faisceau lumineux recombiné monomode, le dispositif d’extraction étant disposé entre le premier circuit actuateur de phase et le dispositif de conversion multiplan ; le faisceau lumineux recombiné monomode est formé uniquement au niveau d’un mode réservé du premier port optique du dispositif de conversion multiplan ; le dispositif de traitement est couplé à une fibre optique monomode dans laquelle le faisceau lumineux recombiné monomode est injecté ; Le système optique selon la revendication précédente comprend un récepteur optique pour recevoir le faisceau lumineux recombiné monomode ; le récepteur optique comprend un amplificateur optique du faisceau lumineux recombiné monomode, un démultiplexeur spectral et/ou un dispositif de détection cohérente ou directe ; le système optique comprend un émetteur optique pour produire au moins un faisceau lumineux monomode d’émission, dit « faisceaux d’émission », le système optique émettant un rayonnement précompensé selon un sens opposé à celle du rayonnement multimode incident ; le système optique comprend un sous-système d’émission, un sous-système de réception, le sous-système d’émission étant configuré à partir de paramètres déterminés dans le sous-système de réception ; le récepteur optique et l’émetteur optique sont couplés au dispositif de traitement ou au dispositif de multiplexage spatial par l’intermédiaire d’un circulateur optique ; l’émetteur optique produit une pluralité de faisceaux d’émission et est agencé pour contre propager une partie au moins de chaque faisceau d’émission selon un sens opposé au sens principal de propagation dans le dispositif de traitement ; Le système optique comprend un dispositif séparateur selon la longueur d’onde ou selon la polarisation, tel qu’un miroir ou un filtre dichroïque ; Le système optique comprend une source lumineuse, disposée en amont du démultiplexeur spatial, et produisant le rayonnement lumineux multimode incident ; Le système optique comprend un dispositif de mise en forme disposé en aval du deuxième dispositif actuateur de phase, le dispositif de mise en forme recevant les faisceaux convertis pour produire un faisceau lumineux mis en forme ; les phases relatives et les amplitudes relatives de consigne sont choisies pour donner une forme prédéterminée au faisceau lumineux mis en forme. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée de l’invention qui va suivre en référence aux figures annexées sur lesquels : La illustre les principes mis en œuvre dans un dispositif de traitement conforme à l’invention ; La représente un circuit actuateur de phase ; La illustre la conception d’une famille de mode de Walsh ; Les figures 4a, 4b, 4c illustrent des variantes d’un dispositif de traitement ; Les , 5b illustrent un système optique de recombinaison de faisceaux ; Les figures 6a et 6b représentent deux configurations astucieuses d’un système optique de recombinaison de faisceaux ; La illustre un exemple d’application du système optique pour la compensation du front d’onde ; La représente un système optique pour la compensation du front d’onde ; Les , 9b, 9c, 9d représentent des systèmes optiques permettant d’émettre un rayonnement lumineux pré compensé ; La représente un système optique exploité pour la mise en forme d’un faisceau et le changement de forme d’un faisceau. Dispositif de traitement (D) d’au moins deux faisceaux lumineux monomodes et cohérents entre eux, dits « faisceaux incidents », les faisceaux incidents (I) présentant des phases et/ou des amplitudes susceptibles de varier, le dispositif de traitement (D) comprenant au moins, successivement reliés entre eux par des espaces libres ou par des guides d’onde selon un sens principal de propagation (P) : un premier circuit actuateur de phase (1) pour ajuster les phases relatives des faisceaux incidents (I) ; un dispositif de conversion multiplan (2) pour recevoir, sur un premier port optique, les faisceaux lumineux issus du premier circuit actuateur de phase (1) et configuré pour répartir l’énergie de ces faisceaux vers au moins deux faisceaux lumineux monomodes, dits « faisceaux convertis », produits au niveau d’un deuxième port optique; un deuxième circuit actuateur de phase (1’) disposé en aval du dispositif de conversion multiplan (2) pour ajuster les phases relatives des faisceaux convertis (I’). Dispositif de traitement (D) selon la revendication précédente dans lequel les faisceaux convertis (I’) en sortie du deuxième actuateur de phase (1’) présentent des amplitudes relatives et des phases relatives respectivement conformes à des amplitudes relatives de consigne et à des phases relatives de consigne. Dispositif de traitement (D) selon l’une des deux revendications précédentes dans lequel le dispositif de conversion multiplan (2) comprend une pluralité de zones microstructurées disposées sur au moins un élément optique pour intercepter et modifier spatialement les phases respectives des faisceaux incidents (I) au cours d’une pluralité de réflexions ou de transmissions séparées par une propagation libre. Dispositif de traitement (D) selon l’une des revendications précédentes dans lequel le premier dispositif actuateur de phase (1) et le deuxième dispositif actuateur de phase (1’) comprennent une pluralité de déphaseurs optiques (A) associées aux faisceaux incidents (I) et le dispositif de traitement (D) comprend au moins un dispositif de commande (CDE) pour élaborer des signaux de commande (s j ) des déphaseurs optique (A). Système optique (S, S’) comprenant un dispositif de traitement (D) selon l’une des revendications précédentes et comprenant un démultiplexeur spatial (DX), disposé en amont du premier dispositif actuateur de phase (1), le démultiplexeur spatial (DX) recevant un rayonnement lumineux multimode incident (I 0 ) et produisant les faisceaux incidents (I). Système optique (S, S’) selon la revendication précédente dans lequel le démultiplexeur spatial (DX), est mis en œuvre par un dispositif de conversion multiplan. Système optique (S, S’) selon l’une des deux revendications précédentes, les faisceaux convertis (I’) étant agencées dans une configuration d’ouverture en mosaïque, la juxtaposition des faisceaux convertis (I’) produisant un faisceau lumineux recombiné monomode (I’’). Système optique (S, S’) selon l’une des revendications 5 à 6 comprenant un dispositif de multiplexage spatial (MX ; 2) disposé en aval du deuxième dispositif actuateur de phase (1’), le dispositif de multiplexage spatial (MX ; 2) recevant les faisceaux convertis (I’) pour les recombiner dans un faisceau lumineux recombiné monomode (I’’). Système optique (S, S’) selon la revendication précédente dans lequel le dispositif de multiplexage spatial (MX) est mis en œuvre par un dispositif de conversion multiplan. Système optique (S, S’) selon l’une des deux revendications précédentes, comprenant une pièce optique réfléchissante (M) disposée directement en aval du deuxième circuit actuateur de phase (1’) pour rétro propager les faisceaux convertis (I’) à travers le deuxième circuit actuateur de phase (1’) et le dispositif de conversion multiplan (2) et fournir le faisceau lumineux recombiné monomode (I’’) au niveau du premier port optique du dispositif de conversion multiplan (2). Système optique (S, S’) selon la revendication précédente comprenant un dispositif d’extraction (4) du faisceau lumineux recombiné monomode (I’’), le dispositif d’extraction étant disposé entre le premier circuit actuateur de phase (1) et le dispositif de conversion multiplan (2). Système optique (S, S’) selon la revendication 10 dans lequel le faisceau lumineux recombiné monomode (I’’) est formé uniquement au niveau d’un mode réservé du premier port optique du dispositif de conversion multiplan (2). Système optique (S) selon l’une des revendications 7 à 12 dans lequel le dispositif de traitement est couplé à une fibre optique monomode (SMF) dans laquelle le faisceau lumineux recombiné monomode (I’’) est injecté. Système optique (S) selon la revendication précédente comprenant un récepteur optique (OR) pour recevoir le faisceau lumineux recombiné monomode (I’’). Système optique (S) selon la revendication précédente, dans lequel le récepteur optique (OR) comprend un amplificateur optique du faisceau lumineux recombiné monomode (I’’), un démultiplexeur spectral et/ou un dispositif de détection cohérente ou directe. Système optique (S) selon l’une des revendications 13 à 15 comprenant un émetteur optique (OE) pour produire au moins un faisceau lumineux monomode d’émission (E), dit « faisceaux d’émission », le système optique (S) émettant un rayonnement précompensé (E0) selon un sens opposé à celle du rayonnement multimode incident (I0). Système optique (S) selon la revendication précédente comprenant un sous-système d’émission (S1), un sous-système de réception (S2), le sous-système d’émission (S2) étant configuré à partir de paramètres déterminés dans le sous-système de réception (S1). Système optique (S) selon la revendication 16 dans lequel le récepteur optique (OR) et l’émetteur optique (OE) sont couplés au dispositif de traitement (D) ou au dispositif de multiplexage spatial (MX) par l’intermédiaire d’un circulateur optique (C). Système optique (S) selon la revendication 16 dans lequel l’émetteur optique (OE) produit une pluralité de faisceaux d’émission (E) et est agencé pour contre propager une partie au moins de chaque faisceau d’émission (E) selon un sens opposé au sens principal de propagation (P) dans le dispositif de traitement (D). Système optique (S) selon l’une des revendications 11 à 16 comprenant un dispositif séparateur selon la longueur d’onde ou selon la polarisation, tel qu’un miroir ou un filtre dichroïque. Système optique (S’) selon la revendication 5 comprenant une source lumineuse (LS), disposée en amont du démultiplexeur spatial (DX), et produisant le rayonnement lumineux multimode incident (I 0 ). Système optique (S’) selon la revendication précédente comprenant un dispositif de mise en forme (BS) disposé en aval du deuxième dispositif actuateur de phase (1’), le dispositif de mise en forme (BS) recevant les faisceaux convertis (I’) pour produire un faisceau lumineux mis en forme (J). Système optique (S’) selon l’une des deux revendications précédentes dans lequel les phases relatives et les amplitudes relatives de consigne (C) peuvent être choisies pour donner une forme prédéterminée au faisceau lumineux mis en forme (J).