Brevet FR3157557A1 — publié le 20250627

Un système destiné à réaliser une émission laser vers l’espace inclut une source laser (220), un agrandisseur de faisceau (210) d’où est issue l’émission laser vers l’espace, et une monture (230) sur laquelle est fixé l’agrandisseur de faisceau (210). La source laser (220) génère un premier faisceau laser de longueur d’onde inférieure à un sous-ensemble à sécurité oculaire du spectre proche infrarouge. La source laser (220) est indépendante de la monture (230) grâce à un déport à fibre optique à corps creux (223). Un dispositif d’adaptation de longueur d’onde (221) à base de fibre à cœur creux convertit le premier faisceau laser en un second faisceau laser dont la longueur d’onde est incluse dans le sous-ensemble à sécurité oculaire du spectre proche infrarouge. Le second faisceau laser est transmis à l’agrandisseur de faisceau (210) grâce à la fibre optique à corps creux (223), en vue de son émission vers l’espace. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 2A SYSTEME ET PROCEDE D’EMISSION DE FAISCEAU LASER VERS L’ESPACE La présente invention concerne un système d’émission de faisceau laser vers l’espace, notamment mais non exclusivement dans le cadre d’une observation par télescope d’un corps dans l’espace incluant un télescope et une source laser. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Des émissions de faisceaux laser vers l’espace sont réalisées. Ces émissions de faisceaux laser sont par exemple utilisées dans des systèmes de télémétrie, telle que des systèmes de télémétrie laser sur satellites SLR (« Satellite Laser Ranging » en anglais). Dans de telles applications de télémétrie, des télescopes couplés à des sources laser sont utilisés. Le télescope et la source laser sont fixés sur une monture qui comporte des articulations permettant d’effectuer un alignement entre le télescope et l’émission laser. Un agencement adapté est schématiquement illustré sur la FIG. 1 . Un télescope 100 est fixé sur une monture 130. Une source laser 120 et un agrandisseur de faisceau 110 sont également fixés sur la monture 130. L’agrandisseur de faisceau 110 est agencé de sorte à réaliser un agrandissement de taille d’un faisceau laser émis par la source laser 120, afin de réduire la divergence du faisceau laser émis par la source laser 120. Un agrandisseur de faisceau avec un taux d’agrandissement de G permet classiquement de diviser approximativement par G la divergence initiale. La longueur d’onde du faisceau laser émis par la source laser 120 se trouve typiquement dans l’intervalle de 1,4 μm à 2 μm, qui correspond à un sous-ensemble à sécurité oculaire (« eyesafe » en anglais) du spectre proche infrarouge NIR (« Near-InfraRed » en anglais). En effet, la cornée de l’œil humain atténue fortement les longueurs d’onde au-delà de 1,4 μm. Utiliser de tels des faisceaux laser, de longueurs d’ondes dans le sous-ensemble à sécurité oculaire du spectre proche infrarouge, limite donc les risques de dommages rétiniens. Un problème posé par de telles sources laser est leur encombrement et leur poids. Pour assurer un réglage fin d’alignement entre le télescope et l’émission laser, la monture 130 est alors une structure mécanique complexe apte à supporter le poids et l’encombrement de telles sources laser. Il est aussi possible de réaliser des émissions de faisceaux laser vers l’espace sans coupler la source laser avec un télescope sur la monture. Cet agencement est schématiquement illustré sur la FIG. 1 . La monture 131 utilisée reste toutefois de complexité élevée, du fait de l’encombrement et du poids de la source laser, malgré l’absence du télescope sur cette monture 131. De plus, les sources laser à haute énergie (i.e., adaptées à une émission vers l’espace, typiquement avec une énergie supérieure à 10 mJ) et à haute fréquence impulsionnelle, qui émettent des faisceaux laser de longueur d’onde dans l’intervalle de 1,4 à 2 μm sont elles-mêmes des équipements à forte complexité. Des sources laser moins complexes existent, mais ces sources laser, d’une part, ont un encombrement et un poids encore supérieurs, et d’autre part, émettent des faisceaux laser à des longueurs d’ondes qui sont en dessous du sous-ensemble à sécurité oculaire du spectre proche infrarouge, ce qui présente des risques plus élevés de dommages rétiniens pour l’œil humain. Il est alors souhaitable de pallier ces inconvénients de l’état de la technique. Il est notamment souhaitable de fournir une solution qui permette de réduire la complexité de systèmes utilisant des émissions laser vers l’espace, particulièrement de la monture utilisée, tout en assurant la sécurité oculaire. A cet effet, il est proposé ici un système destiné à réaliser une émission laser vers l’espace, le système incluant une source laser, un agrandisseur de faisceau d’où est issue l’émission laser vers l’espace, et une monture sur laquelle est fixé l’agrandisseur de faisceau, la monture étant agencée pour permettre un réglage de direction de l’émission laser issue de l’agrandisseur de faisceau. La source laser est agencée pour générer un premier faisceau laser de longueur d’onde inférieure à un sous-ensemble à sécurité oculaire du spectre proche infrarouge. Le système inclut en outre un dispositif d’adaptation de longueur d’onde à base de fibre à cœur creux, un dispositif de déport utilisant une fibre optique à corps creux pour connecter le dispositif de déport à l’agrandisseur de faisceau de sorte que la source laser est indépendante de la monture. Et le dispositif d’adaptation de longueur d’onde est agencé pour convertir le premier faisceau laser en un second faisceau laser, injecté en entrée du dispositif de déport, dont la longueur d’onde est incluse dans le sous-ensemble à sécurité oculaire du spectre proche infrarouge. Ainsi, le système utilise une source laser de faible complexité sans que la monture ne supporte le poids et l’encombrement de la source laser, et ce, tout en limitant les risques de dommages oculaires. La complexité du système est ainsi globalement réduite. Selon un mode de réalisation particulier, la source laser est basée sur des milieux amplificateurs au grenat d'yttrium-aluminium dopé au néodyme. Ainsi, une source laser de faible complexité, à haute énergie, peut être aisément trouvée sur étagère. Selon un mode de réalisation particulier, la source laser, le dispositif d’adaptation de longueur d’onde et le dispositif de déport sont placés dans un local à environnement contrôlé, et l’agrandisseur de faisceau et la monture sont placés à l’extérieur du local à environnement contrôlé. Ainsi, l’émission laser vers l’espace est aisément réalisée, avec une haute stabilité de faisceau laser. Selon un mode de réalisation particulier, l’ordre de grandeur de la longueur d’onde du premier faisceau laser est de 1 µm et l’ordre de grandeur de la longueur d’onde du second faisceau laser est supérieure à 1,4 µm. Selon un mode de réalisation particulier, le système comporte en outre un télescope, le télescope étant aussi fixé sur la monture, la monture étant agencée pour permettre un alignement entre le télescope (200) et l’émission laser vers l’espace. Il est également proposé ici un procédé d’émission de faisceau laser vers l’espace par le système présenté ci-dessus dans l’un quelconque de ses modes de réalisation, le procédé incluant : générer le premier faisceau laser ; modifier la longueur d’onde du premier faisceau laser afin d’obtenir le second faisceau laser ; convoyer le second faisceau laser par fibre optique ; émettre vers l’espace le second faisceau laser en effectuant un agrandissement de faisceau. Dans un mode de réalisation particulier, lorsque le système comporte un télescope comme évoqué ci-dessus, le procédé comporte en outre de capter, via le télescope, des informations lumineuses induites par le second faisceau laser émis. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'au moins un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : FIG. 1 illustre schématiquement un agencement réalisant une émission laser vers l’espace, selon un premier mode de réalisation de l’état de la technique ; FIG. 1 illustre schématiquement un agencement réalisant une émission laser vers l’espace, selon un deuxième mode de réalisation de l’état de la technique ; FIG. 2 illustre schématiquement un agencement de système réalisant une émission laser vers l’espace en utilisant une source laser déportée, selon un premier mode de réalisation particulier ; FIG. 2 illustre schématiquement un agencement de système réalisant une émission laser vers l’espace en utilisant une source laser déportée, selon un deuxième mode de réalisation particulier ; et FIG. 3 illustre schématiquement un organigramme d’un procédé implémenté par le système de la FIG. 2 ou de la FIG. 2 . EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION En relation avec la FIG. 2 est présenté schématiquement un système incluant une monture 230 sur laquelle est fixé un agrandisseur de faisceau 210. La monture 230 est agencée pour permettre de régler la direction d’une émission laser issue de l’agrandisseur de faisceau 210. Pour ce faire, la monture 230 comporte diverses articulations offrant les degrés de liberté nécessaires au réglage de la direction de cette émission laser. Le système inclut donc aussi une source laser 220. Contrairement aux systèmes des Figs. 1A et 1B, la source laser 220 du système de la FIG. 2 est indépendante de la monture 230. La source laser 220 n’est ainsi pas fixée sur la monture 230 supportant l’agrandisseur de faisceau 210. La complexité de la monture 230 s’en trouve réduite. La source laser 220 est ainsi déportée de la monture 230 par le biais d’un dispositif de déport 222 qui utilise une fibre optique 223 à corps creux (« hollow-core fiber » en anglais) remplie d’un gaz et qui comporte un dispositif d’injection de faisceau laser dans la fibre optique 223. L’emploi d’une fibre optique à corps creux permet de supporter des faisceaux laser à haute énergie, ce que ne permet pas une fibre optique à corps plein. La fibre optique 223 est connectée en entrée de l’agrandisseur de faisceau 210 de sorte que, par agrandissement de la taille du faisceau, la divergence du faisceau laser fourni en sortie de la fibre optique 223 est réduite. Le dispositif de déport 222 est agencé pour émettre dans la fibre optique 223 un faisceau laser qui est injecté en entrée dudit dispositif de déport 222. La source laser 220 est agencée pour générer un faisceau laser à haute énergie de longueur d’onde inférieure au sous-ensemble à sécurité oculaire du spectre proche infrarouge. Dans un mode de réalisation particulier, la source laser 220 est configurée pour générer un faisceau laser dont l’ordre de grandeur de la longueur d’onde est égal à 1 μm. Par exemple, la source laser génère un faisceau laser de 1,054 μm ou 1,064 μm. La source laser 220 est alors plus lourde et encombrante que si la source laser était configurée pour générer un faisceau laser de longueur d’onde incluse dans le sous-ensemble à sécurité oculaire du spectre proche infrarouge. Mais comme la source laser 220 est indépendante de la monture 230, il n’est pas utile d’agencer la monture 230 pour supporter le poids et l’encombrement induits par la source laser 220. Cela permet en outre de placer la source laser 220 dans un environnement stabilisé, par exemple horizontal, ce qui permet à la source laser 220 de ne pas subir de vibrations ni d’efforts mécaniques. Par exemple, la source laser 220 est une source laser à haute énergie basée sur des milieux amplificateurs au grenat d'yttrium-aluminium dopé au néodyme (Nd YAG). Entre la source laser 220 et le dispositif de déport 222, le système d’observation inclut un dispositif d’adaptation de longueur d’onde 221 à base de fibre à cœur creux. La fibre à corps creux est remplie d’un gaz. Dans un mode de réalisation particulier, la fibre à cœur creux est étirée, typiquement sur plusieurs mètres, afin d’induire une conversion de longueurs d’onde par effet Raman de la lumière qui lui est injectée. Le gaz remplissant les fibres à corps creux utilisées par le système est adapté aux longueurs d’onde des faisceaux laser utilisés. Le dispositif d’adaptation de longueur d’onde 221 est ainsi agencé pour convertir le faisceau laser fourni par la source laser 220 en un faisceau laser, injecté en entrée du dispositif de déport 222, dont la longueur d’onde est incluse dans le sous-ensemble à sécurité oculaire du spectre proche infrarouge. Par exemple, l’ordre de grandeur de la longueur d’onde du faisceau laser en sortie du dispositif d’adaptation de longueur d’onde 221 est supérieure à 1,4 μm. Du fait que le faisceau laser en sortie de la source laser 200 est à haute énergie, le faisceau laser en sortie du dispositif d’adaptation de longueur d’onde 221 est aussi à haute énergie. Ainsi, grâce à cet agencement, la monture 230 n’a pas à supporter la source laser 220 et n’a donc pas besoin d’être apte à en supporter le poids et l’encombrement. Une réduction de complexité est alors obtenue en utilisant une source laser produisant un faisceau laser à haute énergie de longueur d’onde inférieure au sous-ensemble à sécurité oculaire du spectre proche infrarouge, en allégeant les contraintes mécaniques sur la monture 230, et sans risque de dommages rétiniens pour l’œil humain. De plus, un tel système peut aisément supporter de hautes fréquences impulsionnelles. Dans un mode de réalisation particulier, la source laser 220, le dispositif d’adaptation de longueur d’onde 221 et le dispositif de déport 222 sont placés dans un local à environnement contrôlé, notamment en température et en hygrométrie, et l’agrandisseur de faisceau 210 et la monture 230 sont placés à l’extérieur du local à environnement contrôlé. Le faisceau laser généré par la source laser 220 et la conversion de longueur d’onde réalisée par le dispositif d’adaptation de longueur d’onde 221 sont ainsi plus stables. En relation avec la FIG. 2 est présenté schématiquement un système incluant un télescope 200 fixé à une monture 231. Le système de la FIG. 2 est adapté pour réaliser des opérations de télémétrie. Sur la monture 231 est aussi fixé l’agrandisseur de faisceau 210. La monture 231 est agencée pour permettre la réalisation d’un alignement entre le télescope 200 et une émission laser issue de l’agrandisseur de faisceau 210. Pour ce faire, la monture 231 comporte diverses articulations offrant les degrés de liberté nécessaires à la réalisation de cet alignement entre le télescope et l’émission laser. Dans un mode de réalisation particulier, l’alignement du télescope 200 et de l’émission laser issue de l’agrandisseur de faisceau 210 est contrôlé par un système informatique. Le système informatique inclut de la circuiterie électronique configurée pour implémenter des fonctions logicielles. Le télescope 200 est par exemple muni d’un miroir dichroïque qui divise un flux lumineux incident en un premier sous-flux dans le spectre visible et un deuxième sous-flux dans le spectre proche infrarouge. Une première caméra est agencée pour capter des images du premier sous-flux afin de permettre à une première fonctionnalité logicielle de réaliser un suivi (« tracking » en anglais) d’un corps dans l’espace (satellite, débris…). Une deuxième caméra est agencée pour capter des images du deuxième sous-flux afin de permettre à une deuxième fonctionnalité logicielle de réaliser une détection de contour permettant de détecter des impulsions laser rétrodiffusées (« backscattered » en anglais), d’assurer l’alignement du télescope et de l’émission laser issue de l’agrandisseur de faisceau 210. Une diode à avalanche de photon unique SPAD (« Single Photon Avalanche Detector » en anglais) et un convertisseur de temps numérique TDC (« Time Digital Converter » en anglais) permettent de réaliser des opérations de télémétrie (« ranging » en anglais) à partir des impulsions laser rétrodiffusées du deuxième sous-flux. Ainsi, la monture 231 est plus complexe que la monture 230 présentée en relation avec la FIG. 2 . Cependant, la monture 231 est moins complexe que la monture 131 de la FIG. 1 , grâce au déport de la source laser 220 à l’aide de la fibre optique 223 à corps creux et du dispositif de déport 222. Il convient de noter ici que, lorsqu’un télescope est employé, la réduction de complexité de la monture supportant le télescope est un enjeu d’autant plus important. La FIG. 3 illustre schématiquement un organigramme d’un procédé implémenté par le système de la FIG. 2 ou de la FIG. 2 . Dans une étape 301, le système génère un premier faisceau laser de longueur d’onde inférieure au sous-ensemble à sécurité oculaire du spectre proche infrarouge ( e.g. , de l’ordre de 1 μm). Le premier faisceau laser est à haute énergie (typiquement supérieure à 10 mJ). Sur les Figs. 2A et 2B, le premier faisceau laser est généré par la source laser 220. Dans une étape 302, le système modifie la longueur d’onde du premier faisceau laser afin d’obtenir un second faisceau laser dont la longueur d’onde est incluse dans le sous-ensemble à sécurité oculaire du spectre proche infrarouge ( e.g. , de l’ordre de 1,5 μm). Une fibre à cœur creux remplie d’un gaz est utilisée pour ce faire. Sur les Figs. 2A et 2B, le second faisceau laser est généré par le dispositif d’adaptation de longueur d’onde 221. Dans une étape 303, le système convoie le second faisceau laser par fibre optique à corps creux. Cela permet de supporter la haute énergie du faisceau laser. Sur les Figs. 2A et 2B, le second faisceau laser est convoyé par le dispositif de déport 222 et la fibre optique 223 jusqu’à l’agrandisseur de faisceau 210. Dans une étape 304, le système émet vers l’espace le second faisceau laser en effectuant un agrandissement de faisceau. Sur les Figs. 2A et 2B, l’agrandissement de faisceau et l’émission vers l’espace sont réalisés par l’agrandisseur de faisceau 210. Le second faisceau laser a des caractéristiques, notamment d’énergie, lui permettant d’atteindre l’espace. Dans le mode de réalisation particulier de la FIG. 2 où le télescope est couplé à la source laser, dans une étape 305, le système capte, via le télescope 200, des informations lumineuses induites par le second faisceau laser émis. Un suivi d’un corps dans l’espace par le système, et des opérations de télémétrie, peuvent alors être réalisés, comme déjà décrit ci-dessus. Un système destiné à réaliser une émission laser vers l’espace, le système incluant une source laser (220), un agrandisseur de faisceau (210) d’où est issue l’émission laser vers l’espace, et une monture (230, 231) sur laquelle est fixé l’agrandisseur de faisceau (210), la monture (230, 231) étant agencée pour permettre un réglage de direction de l’émission laser, caractérisé en ce que la source laser (200) est agencée pour générer un premier faisceau laser de longueur d’onde inférieure à un sous-ensemble à sécurité oculaire du spectre proche infrarouge, le système inclut en outre un dispositif d’adaptation de longueur d’onde (221) à base de fibre à cœur creux, un dispositif de déport (222) utilisant une fibre optique (223) à corps creux pour connecter le dispositif de déport (222) à l’agrandisseur de faisceau (210) de sorte que la source laser (220) est indépendante de la monture (230, 231), et le dispositif d’adaptation de longueur d’onde (221) étant agencé pour convertir le premier faisceau laser en un second faisceau laser, injecté en entrée du dispositif de déport (222), dont la longueur d’onde est incluse dans le sous-ensemble à sécurité oculaire du spectre proche infrarouge. Le système selon la revendication 1, dans lequel la source laser (220) est basée sur des milieux amplificateurs au grenat d'yttrium-aluminium dopé au néodyme. Le système selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la source laser (220), le dispositif d’adaptation de longueur d’onde (221) et le dispositif de déport (222) sont placés dans un local à environnement contrôlé, et l’agrandisseur de faisceau (210) et la monture (230, 231) sont placés à l’extérieur du local à environnement contrôlé. Le système selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’ordre de grandeur de la longueur d’onde du premier faisceau laser est de 1 μm et l'ordre de grandeur de la longueur d’onde du second faisceau laser est supérieur à 1,4 μm. Le système selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comportant en outre un télescope (200), le télescope (200) étant aussi fixé sur la monture (231), la monture (230, 231) étant agencée pour permettre un alignement entre le télescope (200) et l’émission laser vers l’espace. Un procédé d’émission de faisceau laser vers l’espace par le système selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, le procédé incluant : - générer (301) le premier faisceau laser ; - modifier (302) la longueur d’onde du premier faisceau laser afin d’obtenir le second faisceau laser ; - convoyer (303) le second faisceau laser par fibre optique ; et - émettre (304) vers l’espace le second faisceau laser en effectuant un agrandissement de faisceau. Le procédé selon la revendication 6, dans lequel le système est selon la revendication 5, et où le procédé comporte en outre : - capter (305), via le télescope, des informations lumineuses induites par le second faisceau laser émis.