FR2769990A1 - Source de rayonnement laser pour un systeme d'armement dircm - Google Patents
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Abstract
Source de rayonnement laser pour un système d'armement laser DIRCM (20) destiné à l'autodéfense d'avions (10) contre des missiles (50) à têtes chercheuses IR (60), qui peut être utilisée aussi bien pour la détection de cible que pour le combat et la destruction irréversible des détecteurs qui sont agencés dans la tête chercheuse de cible (60) et qui ont différents domaines de longueurs d'ondes, le rayonnement laser (30) pouvant être adapté quant à sa puissance, sa fréquence de répétition d'impulsions et sa composition spectrale qui peut être sélectionnée. La source de rayonnement laser (100) comporte un oscillateur à paramétrage optique (OPO, 120) avec différents groupes de zones de cristal polarisées périodiquement (pp).
Description
SOURCE DE RAYONNEMENT LASER POUR UN SYSTEME D'ARMEMENT
DIRCM L'invention se rapporte à une source de rayonnement laser pour un système d'armement DIRCM (directional infra red counter measures) destiné à l'autodéfense d'avions contre des missiles à têtes chercheuses IR. De tels systèmes d'armement pour l'autodéfense d'avions luttent contre des missiles à têtes chercheuses IR en dirigeant sur la tête chercheuse du missile attaquant un rayonnement infrarouge à large bande de lampes, autant que possible en faisceau, ou - dans le cas des systèmes d'armement DIRCM plus modernes - un rayonnement laser IR à bande étroite.15 Un tel système DIRCM moderne connu - appelé FLASH - pour l'autodéfense d'avion avec un laser est très efficace pour la défense contre des missiles guidés commandés par des moyens optiques, notamment avec des têtes chercheuses de grande puissance, et il utilise pour20 lutter contre les têtes chercheuses IR un rayonnement laser en régime pulsé de longueur d'onde variable en vue
de la destruction irréversible de la tête chercheuse au niveau de ses détecteurs. Des descriptions du système FLASH sont publiées dans "Laser Systems for Optical25 Countermeasures", Rudolf Protz et Gunther Sepp, International Symposium Optronics & Defence, Paris, 3 au
décembre 1996 et dans "Lasergestûtztes DIRCM-System zum Selbstschutz von Flugzeugen gegen Flugkôrper mit
optronischen Zielsuchkôpfen", R. Protz et D. Wittmer,30 Eloka- Symposium, Mannheim, 16 au 18 octobre 1996.
Les domaines de longueurs d'ondes dans lesquels sont sensibles ces têtes chercheuses sont, pour des missiles sol-air épaulés habituels de 2 à 3 gm (avec des détecteurs PbS) et de 3 à 5 gm (avec des détecteurs35 InSb), pour des missiles antichars de 8 à 12 Mm (avec des 2 détecteurs HgCdTe) et pour des missiles semi-actifs (missiles dits de repérage de cible) de 1,06 Mm. Pour être efficace, la longueur d'onde du rayonnement laser utilisé doit donc se trouver dans le domaine de transmission de l'optique de tête chercheuse considérée ainsi que dans celui des domaines de longueurs d'ondes
mentionnés des détecteurs de têtes chercheuses. Cette condition est aussi valable quand, pour une détection plus précise de la cible, la lumière laser réfléchie par10 la tête chercheuse doit être analysée.
En particulier dans le domaine de longueurs d'ondes de 3 à 5 Mm, on ne dispose pas jusqu'à présent de lampes ou de sources lasers appropriées. Pour fabriquer aussi des sources de rayonnement dans ce domaine de longueurs15 d'ondes, les publications précitées proposent d'utiliser des lasers solides à longueur d'onde fixe (de préférence des lasers Nd:YAG pompés avec des diodes lasers à semi- conducteurs à 1,06 jm) comme lasers de pompage d'oscillateurs à paramétrage optique (OPO). Dans l'OPO,20 un cristal non linéaire dans un résonateur optique, l'énergie d'un photon de pompage est répartie sur 2
photons. Le rapport de répartition et donc les longueurs d'ondes des deux rayonnements lasers produits (dits onde de signal et onde idle, respectivement 1 et 1*) sont25 alors déterminés par différents paramètres et dépendent par exemple de l'indice de réfraction dans le cristal.
Pour une matière de cristal donnée, cet indice de réfraction dépend par exemple de la température du cristal, de l'orientation du cristal par rapport à la30 direction du rayonnement laser de pompage et de l'orientation de l'axe optique du cristal lors de la fabrication du parallélépipède de cristal OPO macroscopique découpé dans la matière de départ. Selon le domaine de longueurs d'ondes souhaité, on peut ainsi35 produire avec des cristaux déterminés et des OPO à 1 ou 2 3 niveaux n'importe quelle longueur d'onde souhaitée à
l'intérieur du domaine de longueurs d'ondes exigé. Ce procédé est décrit par exemple dans "Nonlinear materials extend the range of high-power lasers", F. Kenneth5 Hopkins, Laser Focus World, juillet 1995.
Les solutions proposées jusqu'à présent demandent plusieurs sources de rayonnement différentes comme des
lampes, différents lasers ou OPO, etc, pour couvrir le domaine de longueurs d'ondes à chaque fois exigé et leur10 construction et leur fonctionnement sont donc encore trop peu économiques.
Un autre inconvénient de la production de rayonnement laser mentionné avec des OPO est que, en général, une seule longueur d'onde est disponible à15 chaque fois dans le domaine de longueurs d'ondes souhaité; la deuxième longueur d'onde toujours présente en même temps dans i'OPO ne convient pas la plupart du temps aux systèmes DIRCM à cause de sa longueur d'onde et de son intensité. Mais si le type de détecteur de la tête20 chercheuse à combattre n'est pas connu par exemple à cause d'une détection de cible insuffisante, le rayonnement DIRCM doit contenir deux ou plusieurs longueurs d'ondes dans les différents domaines de longueurs d'ondes mentionnés pour être sûrement efficace.25 Jusqu'à présent, ce résultat ne peut être obtenu qu'avec au moins un OPO à laser de pompage supplémentaire à chaque fois, c'est-à-dire avec au moins un doublement de la dépense technique. Un autre inconvénient des sources de rayonnement laser connues jusqu'à présent pour des systèmes d'armement DIRCM est que le rayonnement laser a une
longueur d'onde fixe, donc éventuellement déjà connu de l'attaquant, ce qui permet des contre-mesures simples, par exemple des filtres d'interférence à bande étroite35 qui bloquent ces longueurs d'ondes.
La présente invention a pour objet de proposer une source de rayonnement laser du type mentionné en introduction qui évite les inconvénients énumérés et qui produit, selon les différentes conditions au cours du5 combat (détection de la cible, combat) et selon les différentes cibles à combattre (différents domaines de longueurs d'ondes utilisés dans la tête chercheuse) un rayonnement laser ayant une puissance et une fréquence de répétition d'impulsion suffisantes pour une lutte10 efficace et ayant une composition spectrale adaptée aux différentes conditions et pouvant être sélectionnée (par exemple des composantes de longueur d'onde à X = 2,0 Mm et 4,0 pm ou à 2,1,m et 4,2 Mm ou...). Ce faisant, cette sélection doit être possible immédiatement avant ou même15 pendant l'opération de combat du système d'armement DIRCM afin de pouvoir exploiter toutes les connaissances
supplémentaires qui concernent le type spécial de têtes chercheuses du missile guidé attaquant et qui peuvent encore être obtenues par le système d'armement DIRCM20 pendant l'attaque.
Ce problème est résolu par une source de rayonnement laser du type mentionné en introduction et telle qu'elle peut être utilisée aussi bien pour la détection de cible que pour le combat et la destruction irréversible des25 détecteurs qui sont agencés dans la tête chercheuse et qui ont différents domaines de longueurs d'ondes, le rayonnement laser pouvant être adapté quant à sa puissance, sa fréquence de répétition d'impulsions et sa composition spectrale qui peut être sélectionnée.30 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de
la description ci-après, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels: Figure 1: une structure schématique d'un exemple
de réalisation d'une source de rayonnement laser destinée à un système d'armement DIRCM avec un laser de pompage et avec un OPO sur une table mobile, l'OPO comportant 4 zones pp différentes pour la production à chaque fois de l'une des 4 ondes de signal et idle 1 et 1* différentes, Figure 2: une vue en perspective de la table mobile avec un cristal OPO avec 4 groupes de 3 zones pp différentes pour la production de 4 combinaisons différentes de 3 ondes de signal et idle 1 et 1* différentes, Figure 3: une vue en perspective d'un cristal OPO avec 3 groupes de 3 zones pp différentes pour différentes longueurs d'ondes, leurs intensités relatives étant déterminées par les largeurs relatives des zones pp respectives par rapport à la largeur totale du groupe, Figure 4: une illustration représentant un avion qui est attaqué par un missile guidé à tête chercheuse de cible IR autonome et qui combat celui-ci avec son système
d'armement DIRCM laser.
La situation de l'application de la présente invention est représentée à la figure 4 qui montre schématiquement comment un avion 10, la cible, équipé d'un système d'armement DIRCM 20 moderne peut se défendre30 efficacement contre les missiles guidés 50, dits épaulés, tirés d'une station de lancement 40 et munis de têtes
chercheuses de cible IR 60, en dirigeant un rayonnement laser DIRCM 30 sur la tête chercheuse de cible IR 60 du missile guidé 50 tiré d'une station de lancement 40 et en35 gênant ou détruisant ainsi cette tête chercheuse.
L'idée générale de l'invention prévoit de concevoir une source de rayonnement laser 100, destinée à un tel système d'armement laser DIRCM 20, qui puisse être utilisée aussi bien pour la détection de cible que pour5 le combat et la destruction irréversible des détecteurs qui sont agencés dans la tête chercheuse de cible 60 et
qui ont différents domaines de longueurs d'ondes, le rayonnement laser 30 pouvant être adapté quant à sa puissance, sa fréquence de répétition d'impulsions et sa10 composition spectrale qui peut être sélectionnée.
L'exemple de réalisation décrit ci-dessous prévoit de mettre en oeuvre la source de rayonnement laser 100 en combinant un laser Nd:YAG à diodes de pompage 111 comme laser de pompage 110 avec un oscillateur à paramétrage15 optique (OPO) 120 qui est fabriqué à partir d'un cristal (par exemple en niobate de lithium). Ce cristal 130 comporte dans sa forme la plus simple plusieurs zones polarisées périodiquement (pp) 132 a à d de même largeur (cf. figure 1 o 4 zones de cristal 132 a à d sont représentées). Les distances de réseau 133 a à c de ces zones de cristal 132 a à d sont conçues selon les longueurs d'ondes à produire (cf. figure 3 o l'une de ces distances de réseau 133 c est indiquée). La sélection des longueurs d'ondes des ondes respectives de signal et25 idle 1 et 1* s'effectue en déplaçant le cristal OPO 130 par rapport à la section de rayonnement (par exemple rectangulaire), adaptée à la géométrie du cristal (zone pp), du rayonnement laser de pompage 111 de telle sorte que la zone de cristal pp respective 132 a à d se trouve30 avec sa distance de réseau différente respective 133 a à d dans le rayonnement laser de pompage 111 et que l'onde de signal et idle respective 1 et l* est produite. Un procédé de fabrication possible pour la production de telles zones de matière en niobate de lithium est décrit dans "Compact Mid-Infrared Source", W. Bosenberg, U.S. Army Communications-Electronics Command, Report NV-96-C01, 1996. Si on utilise par exemple des zones pp dont les distances de réseau 133 a à d varient de 32 à 26 um, l'onde de signal 1 alors5 produite varie de 2 à 5 um. La sélection des longueurs d'ondes 1+1* à produire à chaque fois est effectuée en déplaçant de manière appropriée le cristal OPO 130 dans le rayonnement laser de pompage 111. Dans la forme de réalisation normale, le cristal OPO 130 comporte plusieurs groupes juxtaposés 131 a à d de même largeur de zones de cristal polarisées périodiquement (pp) 132 a à d juxtaposées et de largeurs différentes (cf. figure 2 o 4 groupes 131 a à d sont indiqués). Un certain groupe, par exemple le groupe G215 (131 b), comporte ici par exemple les 3 zones pp Z1, Z2 et Z3. Comme la section du rayonnement laser de pompage 111 correspond dans cette forme de réalisation à la largeur du groupe 131, les 3 zones de cristal pp Z1, Z2 et Z3 132 a à c de ce groupe G2 (131 b) se trouvent avec20 leurs différentes distances de réseau respectives 133 a à c dans le rayonnement laser de pompage 111 de telle sorte que les 3 ondes de signal et idle (l+l*)21, (l+l*)22 et (l+l*)23 différentes sont produites en même temps. La sélection de la composition en longueur d'onde du rayonnement laser DIRCM 30 avec les longueurs d'ondes (l+ l*)GZ respectivement à produire s'effectue alors à nouveau en déplaçant de manière appropriée le cristal OPO dans le rayonnement laser de pompage 111. Comme l'intensité d'une longueur d'onde produite pour une densité de puissance, constante sur toute la section, du laser de pompage 110 est approximativement proportionnelle à la largeur de la zone de cristal pp 132, les largeurs relatives respectives des zones de cristal pp 132 a à c à l'intérieur d'un groupe de zones Gi sont choisies de manière à obtenir les intensités 8 relatives respectivement souhaitées des longueurs d'ondes (l+l*)GZ à produire. Comme la fréquence de répétition d'impulsions du rayonnement laser 30 peut être facilement réglée par une commande adéquate des diodes lasers de5 pompage 111 du laser de pompage Nd:YAG 110 à pompage par diodes, on a ainsi conçu une source de rayonnement laser dont le rayonnement laser 30 peut être adapté quant à sa puissance, sa fréquence de répétition d'impulsions et sa composition spectrale qui peut être sélectionnée.10 Le tableau suivant est un exemple pour 4 groupes 131 a à d de zones de cristal pp 132 a à d avec indication de la sélection des longueurs d'ondes et de leurs intensités relatives. La détermination réelle de la composition spectrale des différents rayonnements lasers DIRCM 30 et15 le rayonnement laser 30 actuel à sélectionner à partir de là dans le cas d'un combat dépendent des connaissances concernant le missile guidé attaquant 50 qui existent a priori ou aussi qui sont déduites de la situation réelle au moyen du système d'armement laser DIRCM 20.20 Domaine de 2 à 3 Mm 3 à 5 gm 3 à 5 Mm longueurs d'ondes DIRCM groupe G1 2,5 gm 10 t 3,2 gm 60 % 4,1 gm 30 % groupe G2 2,7 gm 20 % 3,6 gm 50 % 4,5 gm 30 % groupe G3 2,4 gm 40 % 3,9 gm 50 % 4,3 gm 10 % groupe G4 2,6 gm 50 % 4,1 gm 30 % 4,4 gm 20 % On a esquissé aux figures 1 et 2 une possibilité pour la mise en oeuvre technique du déplacement du cristal OPO 130. Le cristal 130 se trouve sur une table25 mobile 150 pouvant être déplacée au moyen d'un moteur de positionnement 160. Cette méthode pour le réglage de la composition spectrale est d'une part très rapide mais d'autre part relativement non critique par rapport à 9 l'orientation du cristal OPO 130 par rapport au rayonnement laser de pompage 111. En comparaison, d'autres méthodes possibles sont nettement inférieures. Même si à chaque fois une seule longueur d'onde devait5 être produite, ceci pourrait être mis en oeuvre avec les OPO habituels seulement d'une manière beaucoup moins flexible. Ceci pourrait par exemple être effectué par l'intermédiaire de la dépendance mentionnée plus haut de la longueur d'onde vis-à-vis de l'indice de réfraction du10 cristal OPO 130, c'est-à-dire dans un plus grand domaine de longueurs d'ondes soit par une orientation appropriée de l'axe optique du cristal lors de la fabrication du parallélépipède de cristal OPO macroscopique découpé dans la matière de départ - donc seulement avec une valeur15 ensuite constante - soit dans un plus petit domaine lors du fonctionnement par le réglage de la température du cristal - ce qui est une méthode très lente. Lors du fonctionnement, ceci pourrait aussi s'effectuer par un basculement du cristal 130 dans le résonateur, formé par20 le miroir résonateur 140 et 140 a, par rapport à la direction du rayonnement laser de pompage 111;
cependant, une modification du réglage de résonateur est nettement plus difficile à mettre en oeuvre que le déplacement selon l'invention d'un cristal OPO 130 dans25 un résonateur fixe.
On a ainsi un procédé qui produit selon les différentes conditions au cours d'un combat DIRCM un
rayonnement laser 30 agile en fréquence même pendant le fonctionnement et ayant une composition spectrale adaptée30 en conséquence.
Bien que l'invention ait été particulièrement montrée et décrite en se référant à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il sera compris aisément par les personnes expérimentées dans cette technique que35 des modifications dans la forme et dans des détails peuvent être effectuées sans sortir de l'esprit ni du
domaine de l'invention.
Il
Claims (6)
1. Source de rayonnement laser pour un système d'armement DIRCM (20) destiné à l'autodéfense d'avions (10) contre des missiles (50) à têtes chercheuses IR (60), caractérisée en ce que la source de rayonnement laser (100) peut être utilisée aussi bien pour la détection de cible que pour le combat et la destruction irréversible des détecteurs qui sont agencés dans la tête10 chercheuse de cible (60) et qui ont différents domaines de longueurs d'ondes, le rayonnement laser (30) pouvant être adapté quant à sa puissance, sa fréquence de répétition d'impulsions et sa composition spectrale qui peut être sélectionnée.15
2. Source de rayonnement laser (100) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un
laser Nd:YAG à pompage par diodes comme laser de pompage (110) et un oscillateur à paramétrage optique (OPO, 120) fabriqué à partir d'un cristal (130).
3. Source de rayonnement laser (100) selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'oscillateur à
paramétrage optique (OPO, 120) est un cristal de niobate de lithium avec un matière polarisée périodiquement (pp) dont la distance de réseau (133) correspond à la longueur25 d'onde à produire.
4. Source de rayonnement laser (100) selon la revendication 3, caractérisée en ce que le cristal (130) comporte plusieurs zones de cristal polarisées périodiquement (pp) (132 a à d) qui sont juxtaposées,30 dont les distances de réseau respectives (133 a à d) correspondent aux longueurs d'ondes à produire et dont les largeurs respectives correspondent à la section du rayonnement laser de pompage (111), et en ce que la sélection de la longueur d'onde respectivement à produire35 est effectuée en déplaçant le cristal OPO (130) dans le
12 rayonnement laser de pompage (111).
5. Source de rayonnement laser (100) selon les revendications 3 et 4, caractérisée en ce que le cristal
(130) comporte plusieurs zones de cristal polarisées périodiquement (pp) (132 a à d) qui forment plusieurs groupes de zones Zi (131 a à d), dont les largeurs de groupes de zones respectives correspondent à la section du rayonnement laser de pompage (111), dont le nombre à l'intérieur d'un groupe de zones Zi (131 a à d)10 correspond au nombre des longueurs d'ondes respectivement souhaitées et dont les largeurs relatives respectives à
l'intérieur d'un groupe de zones Zi (131 a à d) correspondent aux intensités relatives respectivement souhaitées des longueurs d'ondes à produire.15
6. Source de rayonnement laser (100) selon une ou plusieurs des revendications 1 à 5, caractérisée en ce
que le cristal OPO (130) avec ses zones de cristal polarisées périodiquement (132 a à d) a une section rectangulaire et est agencé sur une table mobile (150)20 qui peut être déplacée en va-et-vient par un moteur de positionnement (160)
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