CH618276A5

CH618276A5 -

Info

Publication number: CH618276A5
Application number: CH1228777A
Authority: CH
Inventors: Jean-Paul Gaffard
Original assignee: Comp Generale Electricite
Priority date: 1976-10-13
Filing date: 1977-10-07
Publication date: 1980-07-15
Also published as: NL7711119A; IT1088214B; DE2745037A1; US4146307A; FR2368054B1; JPS5349447A; GB1555218A; BE858976A; SE429168B; JPS6010285B2; FR2368054A1; CA1080786A; SE7711498L

Description

La présente invention concerne un procédé pour augmenter l'éclairement produit par un faisceau laser sur une cible. Par cible, il est entendu dans ce qui suit tout récepteur d'énergie lumineuse capable de diffuser une partie de la lumière qu'il reçoit.

On sait que le front d'onde d'un faisceau laser présente souvent en pratique des défauts de planéité statiques ou dynamiques. De plus un faisceau laser se propageant vers une cible peut être affecté de distorsions de phase provoquées par exemple par des turbulences atmosphériques. Ces défauts réduisent l'intensité lumineuse reçue par la cible.

Des procédés ont été imaginés pour augmenter l'intensité utile de ces faisceaux en corrigeant en temps réel les déformations de front d'onde. Ces procédés utilisent généralement une réflexion du faisceau sur un miroir à surface réfléchissante déformable, ce miroir comprenant une pluralité de réflecteurs juxtaposés, solidaires d'éléments piézoélectriques fixés sur une plaque rigide. En polarisant de façon convenable les électrodes de commande de ces éléments, on déforme la surface réfléchissante du miroir de façon à corriger le front d'onde du faisceau réfléchi sur ce miroir.

Un premier procédé connu consiste à diviser le faisceau en faisceaux élémentaires dont les phases sont commandées par les éléments piézoélectriques, à appliquer successivement un changement de phase à un groupe de fafcceeuj; éléiaontairec ci un autre changement de phase à un autre groupe de faisceaux élémentaires, à mesurer les intensités réfléchies successivement par la cible après application de ces changements de phase,

puis à calculer, en fonction de la différence de ces intensités, les modifications à appliquer à ces changements de phase pour compenser les différences de phase entre les faisceaux élémentaires, ce procédé étant répété avec des changements de phase ainsi modifiés jusqu'à l'obtention d'un résultat satisfaisant. Ce procédé présente l'inconvénient d'être compliqué et de nécessiter l'utilisation d'une machine calculatrice.

Un autre procédé connu consiste à appliquer des tensions de modulation à différentes fréquences sur les éléments piézoélectriques du miroir déformable, puis à détecter l'énergie réfléchie à l'aide d'un récepteur photoélectrique pointé sur la cible. Un système électronique comportant des détecteras synchrones accordés sur les différentes fréquences de modulation permet de déterminer les corrections à effectuer sur chacun des réflecteurs du miroir déformable. Ces corrections sont effectuées automatiquement par des amplificateurs d'asservissement associés aux éléments piézoélectriques. Ce procédé présente l'inconvénient de conduire à une limitation du nombre de réflecteurs élémentaires (30 environ) du miroir déformable pour éviter les phénomènes d'intermodulation.

La présente invention a pour but de pallier les inconvénients des procédés connus et de mettre en œuvre un procédé plus simple pour augmenter l'éclairement produit par un faisceau laser sur une cible, ce procédé utilisant un miroir déformable pouvant avoir un grand nombre de réflecteurs, et permettant de corriger les distorsions de phase provenant du laser lui-même comme celles résultant des turbulences atmosphériques.

La présente invention a pour objet un procédé pour augmenter l'éclairemennnt produit par un faisceau laser sur une cible, ce procédé consistant:

— à diriger le faisceau sur la cible après réflexion sur une surface réfléchissante formée de n réflecteurs juxtaposés, ces réflecteurs étant solidaires respectivement de n éléments piézoélectriques fixés sur une plaque et munis chacun de deux électrodes,

- à mesurer l'intensité de la lumière dudit faisceau diffusée par ladite cible,

- puis à appliquer aux électrodes d'abord des tensions de polarisation prédéterminées de signe quelconque et ensuite des accroissements de tension déterminés en fonction de l'intensité mesurée de la lumière du faisceau réfléchie par la cible, de manière à diminuer, au cours d'étapes successives, les écarts de phase entre les faisceaux réfléchis par les n réflecteurs vers la cible, caractérisé par le fait que lesdites étapes successives sont les suivantes:

— la première étape dans laquelle une tension A V continue prédéterminée de signe quelconque est appliquée aux électrodes, de l'élément de rang «i», cette tension AV étant maintenue lorsqu'elle provoque une augmentation de ladite intensité lumineuse mesurée, la tension A V étant alors mise en mémoire, la tension de polarisation AV étant affecté d'un accroissement — AV lorsque cette tension de polarisation provoque une diminution de ladite intensité lumineuse mesurée,

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cette tension - AV étant alors mise en mémoire, i étant un nombre entier prenant successivement les valeurs de 1 à n, - puis des étapes successives de rang 2, 3 ... N dans lesquelles chacune des tensions de polarisation des n éléments sont affectées successivement d'un accroissement initial de même signe que celui de la tension mise en mémoire au cours de l'étape précédente, la tension de polarisation étant anfectée ensuite d'un accroissement supplémentaire de même valeur absolue mais de signe opposé à celui de la tension mise en mémoire lorsque l'accroissement initial provoque une diminution de l'intensité lumineuse mesurée, la tension précédemment mise en mémoire étant remplacée dans ce cas par celle du dernier accroissement,

N étant choisi suffisamment grand pour que les intensités lumineuses mesurées à la fin des étapes de rang N et N-l aient sensiblement la même valeur.

L'invention est décrite ci-dessous à titre illustratif mais nullement limitatif, en regard du dessin annexé dans lequel la figure unique représente schématiquement un dispositif à l'aide duquel il est possible de mettre en œuvre le procédé selon l'invention.

Cette figure montre notamment un dispositif optique 1 représenté en coupe qui comporte trois réflecteurs juxtaposés 2, 3,4 fixés respectivement sur des éléments piézoélectriques 5, 6,7 solidaires d'une plaque rigide 8, le nombre des éléments étant beaucoup plus grand en pratique. Ces éléments piézoélectriques peuvent être constitués de quarz par exemple et sont munis chacun de deux électrodes. L'élément 7 comporte ainsi deux électrodes 9 et 10 connectées à deux bornes d'une sortie 13 d'un générateur électrique 18 qui comporte deux autres sorties 11 et 12 dont les bornes sont reliées respectivement aux électrodes des éléments 5 et 6. Le générateur 18 est capable de délivrer des tensions continues réglables indépendantes les unes des autres sur les sorties 11, 12 et 13.

Un faisceau laser 14 est réfléchi sur les réflecteurs 2, 3 et 4 et concentré sur une cible 15. Contrairement à ce qui est représenté sur la figure, la cible est, dans la pratique, située à grande distance, les faisceaux féfléchis par les réflecteurs étant sensiblement parallèles entre eux. Un récepteur photoélectrique 16 est disposé à proximité du dispositif 1 et orienté de façon à recevoir une fraction de la lumière diffusée par la cible 15. Ce récepteur comporte deux sorties électriques reliées à un appareil de mesure 17 dont les indications sont représentatives de l'intensité de la lumière laser diffusée par la cible 15.

Un système logique de commande 19 relié à l'appareil de mesure 17 et au générateur 18 permet de faire varier les tensions appliquées par le générateur 18 aux éléments piézoélectriques 5, 6, 7. Enfin une mémoire 20 est reliée au système 19.

Lorsqu'on applique une tension électrique aux bornes des deux électrodes d'un élément piézoélectrique du dispositif 1, on provoque une déformation (dilatation ou contraction) de l'élément considéré qui entraîne un déplacement du réflecteur fixé sur lui. Ce déplacement modifie légèrement le chemin optique des ondes lumineuses qui se réfléchissent sur ce réflecteur.

On comprend donc qu'il est possible, en polarisant convenablement les différents éléments du dispositif 1, d'annuler les différences de phases pouvant exister entre les parties du faisceau 14 qui se réfléchissent respectivement sur les différents réflecteurs du dispositif 1. Ces différences de phase peuvent provenir soit d'un manque de cohérence du faisceau 14, soit d'inhòmogénéités de l'indice de réfraction de l'atmosphère traversée par le faisceau entre la source d'émission et la surface réfléchissante du dispositif 1 et la cible 15.

La polarisation des différents éléments du dispositif 1 est effectuée de la manière suivante:

Au départ les éléments piézoélectriques 5, 6 et 7 du dispositif 1 sont polarisés respectivement par des tensions électriques continues V5, V6 et V7 quelconques, ces tensions étant souvent nulles en pratique.

On fait d'abord subir à la tension V5 une variation en lui appliquant une valeur élémentaire d'accroissement AV,, de façon à porter la tension de polarisation de l'élément 5 à V5 + AV, les tensions V6 et V7 restant inchangées. L'accroissement AV est une tension continue prédéterminée positive ou négative.

Cet accroissement AV provoque une modification de l'état d'interférence des faisceaux envoyés par les différents réflecteurs sur la cible. Si cette modification se traduit par une augmentation de l'éclairement de la cible (les interférences étant alors constructives), le récepteur 16 et l'appareil de mesure 17 détectent une augmentation de l'intensité lumineuse diffusée par cette cible. La tension V5 + A V est alors maintenue et la valeur AV de l'accroissement est gardée dans la mémoire 20. Si cette modification de l'état d'interférence produit au contraire und diminution de l'éclairement de la cible (interférences destructives), le récepteur 16 et l'appareil de mesure 17 détectent une diminution de l'intensité diffusée par cette cible. On change alors la polarité de l'accroissement AV et on applique à la tension V5 + AV un accroissement — AV de signe opposé au précédent. La tension de l'élément 5 est donc portée à la valeur: V5 + AV-AV = V5

et la nouvelle valeur — AV de l'accroissement est gardée dans la mémoire 20.

Puis on effectue la même opération sur l'élément 6, en portant sa tension de polarisation à V6 + AV; cette tension est maintenue si l'intensité lue sur l'appareil 17 croît, mais elle est ramenée à V6 si l'intensité lue décroît.

On agit de même ensuite sur l'élément 7. Cette opération est donc effectuée successivement, dans une première étape, sur tous les éléments du système.

Dans une deuxième étape, on fait subir successivement aux tensions maintenues sur les différents éléments du dispositif, des variations identiques à celles de la première étape. On applique donc à chaque élément piézoélectrique un accroissement de tension dont la valeur absolue est égale à AV et dont le signe correspond au signe de l'accroissement mis en mémoire à l'étape précédente. Un accroissement supplémentaire de signe opposé est éventuellement appliqué si le premier accroissement conduit à une diminution de l'intensité réfléchie par la cible, le dernier accroissement appliqué étant mis en mémoire avec son signe, remplaçant ainsi l'accroissement précédemment mis en mémoire.

Si cela est nécessaire, on effectue une troisième étape identique, et ainsi de suite. Le nombre des étapes est tel que l'intensité mesurée sur l'appareil 17 soit sensiblement la même à l'issue de la dernière et de l'avant dernière étape. En fait, les séquences de variation de tensions peuvent théoriquement se poursuivre indéfiniment. Mais on remarque que lorsque le réglage optimum est atteint, les tensions appliquées aux éléments piézoélectriques ne sont plus modifiées, chaque élément subissant deux accroissements successifs de signes opposés dont la valeur totale est nulle.

La tension prédéterminée AV, qui est la même dans toutes les opérations du procédé, est choisie en pratique de manière qu'elle corresponde à un déplacement du miroir de l'ordre d'une fraction de la longueur d'onde de la lumière laser. Cette tension A V provoque une variation de phase de l'onde lumineuse réfléchie sur le miroir solidaire de l'élément piézoélectrique auquel la variation de tension a été appliquée. La variation de phase qui correspond à la tension prédéterminée AV est appelée pas de correction.

Il est évident que lorsque le pas de correction est choisi grand, le nombre des étapes du procédé est relativement faible, mais l'intensité finale du faisceau éclairant la cible peut être sensiblement inférieure à la valeur maximale possible (qui

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correspond à un déphasage nul entre les parties du faisceau qui se réfléchissent sur les différents réflecteurs du dispositif optique 1).

A titre d'exemple, pour un dispositif optique comprenant 100 éléments, on obtient une intensité égale à 90% de l'intensité maximale du faisceau, en adoptant un pas de correction de 1,2 radian, ce qui conduit à prévoir 4 étapes dans le procédé. Pour un pas de correction de 0,8 radian, il faut prévoir 5 étapes, l'intensité finale étant égale sensiblement à 95 % de sa valeur maximale. Enfin pour un pas de correction de 0,4 radian, on obtient 99% de l'intensité maximale avec 8 étapes.

Bien entendu, la succession des opérations des différentes étapes du procédé peut être avantageusement réalisée automatiquement à l'aide de dispositifs électroniques. Si l'on admet qu'une des opérations décrites ci-dessus, affectant un élément, peut être réalisée en 5 microsecondes, ce qui semble compatible des possibilités de la technique actuelle, il apparaît que la durée totale de mise en œuvre du procédé, ou temps de convergence, est comprise entre 2 et 4 millisecondes pour les exemples cités ci-dessus, cette durée étant suffisamment faible pour obtenir en pratique une correction de phase efficace.

On peut perfectionner le procédé décrit ci-dessus en diminuant progressivement la valeur absolue de l'accroissement AV. C'est ainsi qu'on peut choisir au départ pour les premières

étapes un accroissement relativement élevé afin de converger rapidement vers une valeur assez près de l'intensité maximale possible de l'éclairement de la cible, puis réduire d'une étape à l'autre la valeur absolue de l'accroissement afin d'obtenir une s valeur d'éclairement plus proche de la valeur maximale. On ajoute ainsi aux avantages des grands accroissements qui permettent une convergence rapide, ceux des petits accroissements qui permettent de se rapprocher bien plus de la valeur optimale de l'éclairement de la cible.

Le procédé selon la présente invention peut être appliqué lorsqu'on désire concentrer un faisceau lumineux sur une cible éloignée, et en particulier, dans le domaine des télécommunications pour focaliser sur une antenne de réception l'énergie d'un faisceau laser transmettant des informations.

Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, le dispositif optique à surface réfléchissante déformable peut comporter des éléments piézoélectriques formés d'une pile de disques constitués d'un matériau piézoélectrique, chaque disque étant muni de deux électrodes, les électrodes de chaque élément étant connectées en parallèle par exemple. De plus, la surface réfléchissante déformable du dispositif optique peut être formée d'un seul réflecteur au lieu de comporter une pluralité de réflecteurs

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Claims

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1. Procédé pour augmenter l'éclairement produit par un faisceau laser sur une cible, ce procédé consistant;

- à diriger le faisceau sur la cible après réflexion sur une surface réfléchissante formée de n réflecteurs juxtaposés, ces réflecteurs étant solidaires respectivement de n éléments piézoélectriques fixés sur une plaque et munis chacun de deux électrodes,

- la première étape dans laquelle une tension A V continue prédéterminée de signe quelconque est appliquée aux électrodes de l'élément de rang «i», cette tension AV étant maintenue lorsqu'elle provoque une augmentation de ladite intensité lumineuse mesurée, la tension AV étant alors mise en mémoire, la tension de polarisation A V étant de plus affectée d'un accroissement - AV lorsque cette tension de polarisation provoque une diminution de ladite intensité lumineuse mesurée, cette tension - AV étant alors mise en mémoire, i étant un nombre entier prenant successivement les valeurs de 1 à n,

- puis des étapes successives de rang 2, 3,... N dans lesquelles chacune des tensions de polarisation des n éléments sont affectées successivement d'un accroissement initial de même signe que celui de la tension mise en mémoire au cours de l'étape précédente, la tension de polarisation étant affectée ensuite d'un accroissement supplémentaire de même valeur absolue mais de signe opposé à celui de la tension mise en mémoire lorsque l'accroissement initial provoque une diminution de l'intensité lumineuse mesurée, la tension précédemment mise en mémoire étant remplacée dans ce cas par celle du dernier accroissement, N étant choisi suffisamment grand pour que les intensités lumineuses mesurées à la fin des étapes de rang N et N-l aient sensiblement la même valeur.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'avant lesdites étapes successives, on applique aux électrodes des n éléments des tensions initiales VI, V2,... Vn, lesdites tensions de polarisation prédéterminées étant ajoutées, au cours de la première étape, respectivement aux tensions initiales de polarisation.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la valeur absolue des accroissements est diminuée d'une étape successive à l'autre.