FR2834079A1 - Separateur spectral reflechissant les ondes infrarouges et transmettant les ondes millimetriques - Google Patents

Abstract

Le séparateur spectral (6) selon l'invention, comporte un substrat transparent (9) pour les ondes millimétriques (mmW) arrivant sur une première face (10) du substrat (9) sous un angle d'incidence déterminé (θmmW), et dont la deuxième face (11) du substrat (9), en regard de la première face (9), est traitée par un traitement déterminé (12) pour être d'une part transparente pour les ondes millimétriques (mmW) traversant le substrat (9), et pour être d'autre part réfléchissante pour les ondes infrarouges (IR) arrivant sur la deuxième face (12) du substrat (9) sous une deuxième incidence déterminée (01R) de manière à ce que les ondes millimétriques (mmW) transmises et les ondes infrarouges (IR) réfléchies par le substrat (9) se propagent dans une même direction déterminée.Application : Banc de test d'autodirecteur de missile.

Description

<Desc/Clms Page number 1>

La présente invention concerne un séparateur spectral réfléchissant les ondes infrarouges et transmettant les ondes millimétriques. Elle s'applique à tout dispositif nécessitant une séparation spectrale entre les ondes millimétriques et les ondes micrométriques (visible, infrarouge, longueur d'onde laser), et plus particulièrement au domaine des autodirecteurs bimodes pour missiles.

La présente invention concerne également un dispositif de test d'autodirecteur de missile bimode, incluant un séparateur selon l'invention et un procédé de réalisation d'un tel séparateur.

L'article intitulé"Application conjointe de l'infrarouge passif et du millimétrique actif au guidage d'armements" (I'Onde Electrique, Mai-juin 1994), décrit en détail combien la perception bimode infrarouge/millimétrique permet de pallier certaines limitations de performance des systèmes monomode infrarouge ou millimétrique et d'optimiser l'usage des capacités intrinsèques de chacun.

C'est donc afin d'améliorer les performances globales de leur système que les missiliers développent aujourd'hui des autodirecteurs bimodes (à ouverture commune de préférence, car la séparation des lignes de visée pose le problème d'alignement des voies et n'est pas intéressante en termes d'optimisation du volume).

Différents types de configurations bimodes infrarouge-millimétrique sont connus.

Dans une configuration dioptrique où les ondes infrarouges sont transmises et les ondes millimétriques sont réfléchies, un dispositif reçoit simultanément les rayonnements infrarouge et millimétrique. Il comporte : - une ouverture commune, - un fractionneur de faisceau qui dévie le rayonnement millimétrique et transmet le rayonnement infrarouge, - une optique relais infrarouge, et - une optique relais millimétrique.

Ce dispositif a pour avantages de procurer une ouverture commune et de ne pas bloquer l'ouverture. En revanche, elle ne convient pas aux architectures nécessitant la réflexion de l'infrarouge.

Dans une configuration dioptrique à incrustation de lentilles, l'optique infrarouge est incrustée dans l'optique millimétrique. Cette

<Desc/Clms Page number 2>

configuration provient du fait qu'en infrarouge, l'ouverture est plus faible qu'en millimétrique (longueur d'onde plus faible). Néanmoins, ceci ne résout pas certains inconvénients majeurs tels que la difficulté de mise en oeuvre ou encore l'occultation et la perturbation du faisceau millimétrique par la voie infrarouge.

Les configurations catadioptriques sont les configurations les plus courantes. Dans une première configuration, dite configuration de type Cassegrain mmW, abréviation anglo-saxonne pour"MilliMeter Wave" (onde millimétrique), les réflecteurs sont utilisés pour le millimétriques. Un élément dichroïque assure la séparation de deux rayonnements : il est transparent à l'infrarouge et réfléchissant au millimétrique (grille métallique par exemple).

Dans une seconde configuration, dite configuration du type Cassegrain infrarouge, le réflecteur principal réfléchit les deux bandes spectrales. Le réflecteur secondaire, qui intervient pour séparer les deux rayonnements, est transparent au millimétrique et réfléchissant à l'infrarouge.

Néanmoins, étant donné les dégradations importantes apportées par la séparateur dichroïque, cette configuration est le plus souvent utilisée dans une configuration dérivée où l'antenne est intégrée au miroir primaire.

Le miroir primaire est constitué d'une couche transparente au millimétrique qui réfléchit l'infrarouge et d'une seconde couche qui constitue une antenne haute fréquence.

L'inconvénient majeur de ces architectures est en outre l'occultation des ouvertures infrarouge et millimétrique par le miroir secondaire.

L'invention a pour but de pallier les inconvénients précités.

A cet effet, l'invention a pour objet un séparateur spectral réfléchissant les ondes infrarouges et transmettant les ondes millimétriques, caractérisé en ce qu'il comporte un substrat, transparent pour les ondes millimétriques arrivant sur une première face du substrat sous un angle d'incidence déterminé, et en ce que la deuxième face du substrat, en regard de la première face, est traitée par un traitement déterminé pour être d'une part transparente pour les ondes millimétriques traversant le substrat, et pour être d'autre part réfléchissante pour les ondes infrarouges arrivant sur la deuxième face du substrat sous une deuxième incidence déterminée de

<Desc/Clms Page number 3>

manière à ce que les ondes millimétriques transmises et les ondes infrarouges réfléchies par le substrat se propagent dans une même direction déterminée.

L'invention a également pour objet un dispositif de test d'autodirecteur de missile, du type comportant un premier miroir de forme ellipsoïdale recevant une onde millimétrique et réfléchissant cette onde vers un miroir oscillant, un deuxième miroir de forme ellipsoïdale recevant l'onde réfléchie par le miroir, et fournissant en sortie une onde plane en direction de l'autodirecteur à tester, ce dernier étant disposé à l'intérieur d'un simulateur permettant de simuler les mouvements d'une cible du porteur de l'autodirecteur, caractérisé en ce que le séparateur spectral est disposé sur la direction de propagation de l'onde plane sous une incidence déterminée, et un procédé de réalisation d'un séparateur consistant, dans une première étape à mesurer les caractéristiques diélectriques d'un échantillon de matériau déterminé destiné à constituer le substrat du séparateur spectral, dans une deuxième étape à adapter l'épaisseur du substrat en fonction des mesures précédentes pour optimiser à la fois les performances de transparence optique et de pertes d'insertion du substrat, et dans une troisième étape à traiter par un traitement déterminé, la deuxième face du substrat devant réfléchir les ondes infrarouges pour optimiser à la fois la transparence du traitement pour les ondes millimétriques et la réflectivité pour les ondes infrarouges.

La présente invention complète les recherches concernant le bon développement des architectures bimodes. Les exemples précédemment cités montrent combien les architectures proposées dépendent du choix du composant critique qu'est la séparateur spectral.

Le séparateur selon l'invention est, dans la suite de la description, décrit à l'intérieur d'un banc de test d'autodirecteur de missile mais il peut également être utilisé dans toutes les architectures qui nécessitent un composant déviant des ondes micrométriques et transmettant des ondes millimétriques.

Les avantages du séparateur selon l'invention, sont l'optimisation de la réflectivité des ondes infrarouges et de la transmission des ondes millimètriques tout en conservant une épaisseur minimale.

<Desc/Clms Page number 4>

De plus, pour une application dans un banc de test d'autodirecteur de missiles, ce type de séparateur permet d'accéder à de nouvelles architectures bimodes réunissant les avantages suivants : - absence de pièces métalliques dans le faisceau millimétrique, - pas de blocage d'ouverture sur l'une ou l'autre des deux voies, - pas d'erreur de ligne de visée (ouverture commune infrarouge/mil 1 imétrique).

D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, faite en référence aux figures annexées qui représentent respectivement : - la figure 1, un agencement des différents éléments d'un banc de test d'autodirecteur, - les figures 2 et 3, une architecture générale d'un dispositif de test selon l'invention intégrant un séparateur spectral selon l'invention, respectivement en vue de face et en vue de dessus, - la figure 4, un séparateur spectral selon l'invention, - la figure 5, des courbes représentant les mesures en transmission du séparateur selon l'invention pour un angle d'incidence OmmW = 350, - les figures 6 et 7, des courbes représentant des mesures analogues aux précédentes pour différents angles d'incidence 8mmW, respectivement dans le plan E et le plan H, - la figure 8, un schéma de principe de l'augmentation du pouvoir réflecteur d'une surface optique, et - la figure 9, des courbes représentant les mesures en transmission du séparateur selon l'invention avant et après traitement.

La figure 1, illustre schématiquement un agencement des différents éléments d'un banc de test d'autodirecteur de missile existant, dédié préalablement au millimétrique, dans lequel est inséré un séparateur selon l'invention, représenté en trait interrompu, permettant de doter ce banc de capacités infrarouges. Ce banc est constitué de deux miroirs de forme ellipsoïdale 1 et 2 recevant une onde millimétrique mmW, générée à partir d'un cornet émetteur 3, et d'un miroir oscillant 4 permettant de collimater l'onde millimétrique mmW vers l'autodirecteur. Le système fournit en sortie

<Desc/Clms Page number 5>

une onde plane orientable en site et en gisement ayant par exemple les caractéristiques suivantes : - diamètre de tube d'onde : 200 mm -fréquence d'utilisation : 94 GHz - bande passante : 500 MHz - débattement maximal site/gisement 100 x
L'autodirecteur 5 à tester est placé au centre d'un simulateur cinq axes, non représenté, permettant de simuler les mouvements du missile. Les dimensions importantes (plusieurs mètres de haut), et la complexité du banc existant conditionnent l'adjonction des capacités infrarouge par l'intercalage du séparateur 6 selon l'invention recevant une onde infrarouge IR.

Une architecture générale d'un dispositif de test intégrant un séparateur selon l'invention est illustrée par les figures 2 et 3, respectivement en vue de face et en vue de dessus. Une scène infrarouge est collimatée par un collimateur bispectral 7 et balayée par un miroir 8. Le séparateur 6 permet de couder l'image balayée en direction de l'autodirecteur 5 du missile. Collimateur 7, miroir 8 et séparateur 6 sont disposés de sorte à ne pas interférer avec les débattements du missile. Le séparateur 6 est le seul composant disposé sur le faisceau millimétrique mmW.

A titre d'exemple, pour un débattement déterminé du simulateur cinq axes et pour rester compatible avec des dômes d'autodirecteur < 400 mm, l'optique infrarouge a pour caractéristiques : - un diamètre pupille d'environ 50 mm - un champ balayé d'environ 7, 5 , et - une résolution souhaitée meilleure que 0,5 mrad.

Le système de collimation de l'onde millimétrique mmW n'est pas représenté sur les figures 2 et 3. Il convient de rappeler qu'il fournit une onde parallèle autour de 94 GHz oscillant de 10 en site et un gisement (0 tube d'onde = 200 mm).

Le séparateur 6 sépare les voies infrarouge et millimétrique. Il est incliné d'un angle 8mmW =350 sur le faisceau millimétrique incident pour des raisons d'implantation mécanique. La réalisation d'un séparateur 6 selon l'invention, décrite ci-après, est valable pour toute inclinaison 8mmW. Elle

<Desc/Clms Page number 6>

est d'autant plus aisée à mettre en oeuvre que le séparateur 6 sera faiblement incliné.

Pour fournir une qualité d'état de surface suffisante, le séparateur 6 est réalisé à partir de matériaux optiques. Le choix de la nature, la forme et le traitement du séparateur 6 doit permettre d'équilibrer les performances entres les voies infrarouge et millimétrique, pour obtenir à la fois : - un bon coefficient de réflexion en infrarouge, et - une bonne transmission en millimétrique.

A l'exception des métaux, non transparents pour les ondes millimétriques, les matériaux usuels ont une "réflectivité naturelle" faible dans l'infrarouge. Pour les utiliser comme réflecteurs infrarouge, il est nécessaire de les traiter. En effet, le dépôt de films interférentiels augmente significativement leur réflectivité. Des films interférentiels existent également sans substrat optique et sont appelés "lames pelliculaires", Ils se présentent alors sous la forme de films de quelques microns d'épaisseur. Cette technologie n'est pas applicable pour un séparateur selon l'invention en raison des dimensions et des longueurs d'onde utilisées.

Un séparateur 6 selon l'invention est illustré à la figure 4. Il est composé d'un substrat 9 transparent pour les ondes millimétriques mmW arrivant sur une première face 10 sous une incidence OmmW déterminée et dont une deuxième face 11 a subi un traitement interférentiel 12 pour réfléchir les ondes infrarouges IR arrivant sur la deuxième face 11 sous une incidence SIR déterminée. Ce traitement 12 est symbolisé sur la figure par une ligne discontinue. Les deux angles d'incidence, respectivement SmmW et SIR, sont déterminés pour que les ondes millimétriques mmW et infrarouges IR sortantes du séparateur 6 se propagent dans une même direction déterminée, vers l'autodirecteur du missile à tester.

Cette structure de base est connue pour des utilisations dans des bandes spectrales proches en fréquence (séparateur vert/rouge par exemple) mais pas pour séparer des longueurs d'onde aussi éloignées.

Une difficulté consiste à optimiser la nature, la forme et le traitement du substrat 9 pour assurer de bonnes performances en transparence pour les ondes millimétriques mmW et en réflectivité pour les ondes infrarouges IR.

<Desc/Clms Page number 7>

Un matériau peu absorbant en millimétrique et usinable optiquement dans les dimensions souhaitées est de préférence choisi. L'analyse des matériaux optiques disponibles en grandes dimensions () 500 mm) restreint ce choix à deux classes de matériaux : - d'une part, des matériaux obtenus par le procédé dit CVD, abréviation anglo-saxonne pour"Chemical Vapor Deposition", peu absorbants autour de 94 GHz mais coûteux, - d'autre part, des verres de l'optique visible moins chers mais plus absorbants autour de 94 GHz.

Pour privilégier les performances en millimétrique, un matériau obtenu par le procédé CVD, à savoir le ZnS (sulfure de zinc) est préféré. Ce matériau sera bien entendu utilisé dans l'épaisseur la plus faible compatible avec les exigences précitées.

Une étude mécanique de déformation mettant en oeuvre la méthode des éléments finis associée à une étude optique de l'effet de ces déformations permet de déterminer le type de monture le mieux adapté ainsi que l'épaisseur minimale à respecter. Cette étude conduit donc à définir le substrat 9 comme une lame de ZnS d'environ 10 mm d'épaisseur.

Une des spécificités de la présente invention consiste à optimiser l'épaisseur de la lame de façon à diminuer les pertes d'insertion.

Un rappel théorique des lois de propagation d'une onde électromagnétique dans un matériau diélectrique est donné ci-après : soit un champ électrique Ë se propageant dans le matériau diélectrique de constante gr. Si l'intérêt se porte sur la propagation du champ électrique selon la direction normale au plan d'interface z.

L'expression du champ d'une onde plane s'écrit :

avec k : direction de la propagation (D : terme de phase

r : vecteur position CI) : pulsation t : temps

<Desc/Clms Page number 8>

si k a pour coordonnées (k k cos #y,-j&gamma;), l'expression (1) devient alors :

avec : y, la constante de propagation selon z.

Il convient alors de noter que la constante de propagation y s'exprime :

- dans l'air : = o = j/ ? o = j.-. cos i (3) ut avec : A, la longueur d'onde dans l'air, - dans le diélectrique de constante diélectrique complexe :

avec :

i t tan t5 = - -, la tangente de pertes, et (6) el

. tan, 5 La partie réelle de y. d---, correspond aux 2-sii

pertes par absorption dans le matériau diélectrique. La diminution des pertes au maximum est obtenue en choisissant un matériau peu absorbant (faible tangente de pertes) dans l'épaisseur la plus faible possible.

<Desc/Clms Page number 9>

L'adaptation de l'épaisseur du matériau diélectrique permet de réduire les pertes aux interfaces air/matériau diélectrique. En effet, le champ électrique réfléchi à l'interface d'un matériau diélectrique s'annule quand la condition suivante est respectée :

avec :

Yd l'admittance optique modifiée du matériau diélectriqueEd
Ed, Hd respectivement les composantes de E, vecteur champ électrique et H vecteur champ magnétique dans le plan d'interface. rlj l'admittance optique du milieu i d'incidence Nj.

Pour un diélectrique sans pertes d'épaisseur e, l'équation (8) équivaut à la condition suivante :

avec n nombre entier.

La lame est usinée à un multiple de voisin de 10 mm.

2 Br - sin2j r

Une simulation par analyse informatique de la propagation d'une onde électromagnétique permet en outre d'enrichir l'analyse précédente en fournissant le comportement d'un diélectrique en fonction des paramètres suivants : incidence, fréquence, permittivité e, tanô pour les deux composantes du champ électrique (parallèle et perpendiculaire).

Un procédé de réalisation d'un séparateur bispectral selon l'invention comporte les trois étapes principales suivantes : - dans une première étape, le procédé consiste à mesurer les caractéristiques diélectriques d'un échantillon de matériau diélectrique, en ZnS de préférence, de faible épaisseur ( < 2mm) représentatif du substrat qui va être utilisé ;

<Desc/Clms Page number 10>

- dans une deuxième étape, le procédé consiste à adapter l'épaisseur du substrat en fonction de la mesure précédente, et à contrôler la transparence pour les ondes millimétriques ; et - dans une troisième étape, le procédé consiste à traiter la face du substrat devant réfléchir les ondes infrarouges par un traitement diélectrique réflecteur en infrarouge, et à contrôler la transparence pour les ondes millimétriques et la réflectivité pour les ondes infrarouges.

La première étape fournit les mesures de la constante diélectrique et de la tangente de pertes :

De ces mesures, les calculs précédents permettent de déduire l'épaisseur d'adaptation pour une incidence de 8mmW 3
Soit e = 9, 6 mm
Cette épaisseur est tolérancée sur toute sa surface à e=9, 6mm 0, 02 mm.

Par simulation informatique, on peut estimer l'impact des différentes sources d'erreur sur les performances nominales. En ce qui concerne les performances nominales, des abaques fournissent l'atténuation en fonction de l'incidence pour une fréquence déterminée.

Les défauts de mise à l'épaisseur ( 0,02) engendrent une translation en incidence de l'adaptation. Le séparateur est orientable autour de 35"pour permettre de corriger ce défaut.

Une erreur de mesure de la constante diélectrique ( 0,05) peut conduire à un décalage angulaire de l'incidence d'adaptation. Inférieur à 5 , le réglage angulaire du séparateur permet de le compenser et d'utiliser le composant à son optimum.

Une erreur sur tgô n'influe pas sur l'incidence d'adaptation mais sur le niveau de pertes. Ainsi pour une erreur de 0, 002, l'atténuation varie entre 4 dB (tg5= 0,001) et 2 dB (tg5= 0,005) pour la composante perpendiculaire du champ.

<Desc/Clms Page number 11>

Pour compenser les erreurs de mesure et/ou de réalisation le séparateur doit être mesuré après réalisation et positionné sur le faisceau millimétrique à l'incidence "d'adaptation" réelle proche des 350 visés.

La deuxième étape du procédé selon l'invention permet la validation des principes évoqués de façon à optimiser la transparence pour les ondes millimétriques.

Les mesures en transmission pour une incidence 8mmW = 350, après adaptation de l'épaisseur du substrat à e = 9,6 mm pour les deux plans E et H en fonction de la fréquence (autour de 94 GHz), sont illustrées à la figure 5. Les figures 6 et 7 illustrent des courbes analogues pour des incidences 8mmW comprises entre 20 et 50 respectivement pour le plan E, ou polarisation parallèle, et pour le plan H, ou polarisation perpendiculaire.

En comparant ces résultats aux performances nominales des mesures de la première étape 1 du procédé selon l'invention, il convient de noter deux évolutions :

- décalage angulaire de l'incidence d'adaptation (AQrnmmW = 2 à 3 ), - niveau de pertes plus faible que prévu.

Les résultats de l'analyse des écarts dus aux différentes sources d'erreur, sont réunis sous la forme du tableau suivant :

1...

<tb>
<tb>

Configuration <SEP> Incidence <SEP> Niveau <SEP> de <SEP> pertes
<tb> d'adaptation
<tb> (Ommw)
<tb> Nominal <SEP> 8, <SEP> 3 <SEP> 35 <SEP> plan <SEP> H <SEP> 1, <SEP> 3
<tb> tan8 <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 003 <SEP> plan <SEP> E <SEP> 1
<tb> 8, <SEP> 3-0, <SEP> 05 <SEP> 300 <SEP> plan <SEP> H <SEP> 1,3
<tb> Erreur <SEP> sur <SEP> e <SEP> plan <SEP> E <SEP> 1
<tb> s <SEP> = <SEP> 8, <SEP> 3+0, <SEP> 05 <SEP> 40 <SEP> plan <SEP> H <SEP> 1,4
<tb> plan <SEP> E <SEP> 1
<tb> tan# <SEP> = <SEP> 0.005 <SEP> - <SEP> 0,003 <SEP> 35 <SEP> plan <SEP> H <SEP> 0,4
<tb> Erreur <SEP> sur <SEP> plan <SEP> E <SEP> 0,3
<tb> tan8 <SEP> tan8 <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 005 <SEP> + <SEP> 0,003 <SEP> 350 <SEP> plan <SEP> H <SEP> 2
<tb> plan <SEP> E <SEP> 1,6
<tb> Mesuré <SEP> 37-38 <SEP> plan <SEP> H <SEP> 0,8
<tb> plan <SEP> E <SEP> 0, <SEP> 4
<tb>

<Desc/Clms Page number 12>

Les évolutions observées s'expliquent donc aisément pour le décalage angulaire pour une constante diélectrique dans le haut de la plage de tolérances 8,3 (e (8, 35.

Pour le décalage du niveau de pertes pour une tanô dans le bas de la plage de tolérances 0,002 (tan8 (0, 005,
Les résultats obtenus sont conformes à l'évaluation théorique, incertitudes de mesure comprises. Le procédé selon l'invention permet donc de définir, mettre en oeuvre et valider un processus d'optimisation de la transmission des ondes millimétriques, autour de 94 GHz, du séparateur 6 selon l'invention. Un tel processus permet de garantir une atténuation inférieure à 4 dB en polarisation dans le plan E et à 7 dB en polarisation dans le plan H.

La troisième étape du procédé selon l'invention consiste en l'adjonction de la fonction réflecteur infrarouge sans dégradation des performances pour la transmission des ondes millimétriques.

Un procédé connu pour augmenter le pouvoir réflecteur d'une surface optique, illustré à la figure 8, consiste à déposer sur la surface optique 13, d'indice de réfraction nS, un nombre déterminé de couches minces 14i, avec i = 1 à 4 dans l'exemple de la figure 8, de matériaux alternativement d'indice de réfraction faible nL et élevé nH. L'intensité lumineuse globale réfléchie est alors la somme des intensités lumineuses # 1, 0'3. 4,5 réfléchies respectivement au niveau des interfaces de chaque couche 14i. En choisissant des dépôts d'épaisseur optique voisine de-, des ondes réfléchies en phase interférant constructivement sont
4 obtenues. Le pouvoir réflecteur est ainsi augmenté.

Le pouvoir réflecteur R d'une surface optique, obtenu pour une structure d'un nombre déterminé p de sandwichs de couches d'indice faible nL puis élevé nH, est exprimé comme suit :

<Desc/Clms Page number 13>

Le pouvoir réflecteur R est d'autant plus élevé que : - le rapport nL est élevé ; nH - le nombre p est important.

La difficulté de ce type de traitement est l'obtention d'un pouvoir réflecteur R élevé sur une bande spectrale large. En effet, une couche a une épaisseur optique de-pour une longueur d'onde À, o déterminée. Le
4 pouvoir réflecteur R varie lentement autour de BO, mais de manière trop importante pour rester élevé sur une bande spectrale étendue.

Pour pallier cet inconvénient, il faut augmenter le nombre de couches de manière à empiler des couches calculées pour des valeurs discrètes de X. Ainsi, le coefficient de réflexion reste élevé sur une bande spectrale étendue (3-5 et 8-12 m par exemple).

Parmi les matériaux usuels déposés en couches minces, seuls les matériaux transparents dans les bandes spectrales infrarouges (3-5 Um et

8-12 gm) sont utilisés. Une liste non limitative de ces matériaux est donnée ci-après : ZnS, ZnSe, ThF 4, PbF2, AS2Se3, Ge.

Pour être transparent vis à vis des ondes millimétriques (autour de 94 GHz), il convient de se limiter à des milieux diélectriques transparents pour lesquels les électrons sont fortement liés à la structure atomique (exception faite du voisinage de la fréquence propre de l'électron).

Une analyse rapide pourrait conduire à éliminer d'emblée te germanium, seul semi-conducteur dans la liste précédente. Néanmoins, le fait que le germanium soit également le seul matériau de haut indice nH qui permet d'avoir un nombre de couches limitées pour un niveau de performances déterminé, a conduit à une analyse plus détaillée du

<Desc/Clms Page number 14>

comportement du germanium en couche mince. Le résultat de cette analyse est qu'en deçà d'une épaisseur déterminée, le germanium perd beaucoup de sa conductibilité. Dans une épaisseur représentative de celle qu'aurait le germanium dans le traitement multicouches souhaité (2,7 jim), les caractéristiques de transparence de celui-ci ont été testées et la faible atténuation des ondes a été constatée.

C'est donc un traitement multicouche diélectrique/germanium qui est utilisé de préférence pour obtenir un coefficient de réflexion optimal dans les bandes spectrales de l'infrarouge (3-5 gm et 8-12 gm dans l'exemple précédent).

Les avantages liés à l'utilisation du germanium dans l'empilement des couches sont les suivants : - coefficient de réflexion élevé - épaisseur optique de traitement faible (14 jim).

L'utilisation du germanium dans un traitement multicouches diélectrique permet donc résoudre la difficulté qui consiste à assurer une bonne transparence pour les ondes millimétriques (autour de 94 GHz) et une bonne réflectivité dans les bandes spectrales de l'infrarouge (3-5 gm et 8-12 jim).

Les résultats obtenus pour les valeurs numériques de l'exemple précédent sont les suivants :
La réflectivité moyenne est supérieure à 97% sur les bandes 3-5 m et 8-12 um. Par ailleurs, R (À)) 95% pour 6 [3, 5-5, um] ou E [8-12, um]. Le traitement est donc particulièrement performant.

Les figures 9 et 10 illustrent respectivement, pour les plans E et H, pour une incidence déterminée (QrnmW = 35 ) et pour une épaisseur déterminée (e = 9,6 mm), les courbes des mesures en transmission du séparateur spectral selon l'invention, avant et après traitement. Ces courbes permettent de visualiser la contribution du traitement.

L'effet principal est un léger décalage de l'incidence d'adaptation, dû principalement à la surépaisseur apportée par le traitement (14 m). En accord avec les résultats théoriques, l'effet du traitement peut être négligé devant les écarts dus aux autres sources d'erreurs (e, tanâ).

Les principes d'obtention d'un séparateur spectral hautes performances détaillés ici, pour les bandes millimétrique autour de 94 GHz

<Desc/Clms Page number 15>

et infrarouge dans les bande 1 : 3-5 m et bande Il : 8-12 m, peuvent être transposés sans difficulté par l'homme de l'art à tout autre fréquence en millimétrique, et longueur d'onde en micrométrique, et rentre par conséquent dans le cadre de la présente invention.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Séparateur spectral (6) réfléchissant les ondes infrarouges (IR) et transmettant les ondes millimétriques (mmW), caractérisé en ce qu'il comporte un substrat (9), transparent pour les ondes millimétriques (mmW) arrivant sur une première face (10) du substrat (9) sous un angle d'incidence déterminé (OmmW). et en ce que la deuxième face (11) du substrat (9), en regard de la première face (10), est traitée par un traitement déterminé (12) pour être d'une part transparente pour les ondes millimétriques (mmW) traversant le substrat (9), et pour être d'autre part réfléchissante pour les ondes infrarouges (IR) arrivant sur la deuxième face (11) du substrat (9) sous une deuxième incidence déterminée (QIR) de manière à ce que les ondes millimétriques (mmW) transmises et les ondes infrarouges (IR) réfléchies par le substrat (9) se propagent dans une même direction déterminée.

2. Séparateur spectral (6) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat (9) est une lame de ZnS dont l'épaisseur minimale (e) est adaptée pour optimiser à la fois, les performances de transparence optique de la lame pour les ondes millimétriques (mmW) et les pertes d'insertion de la lame.

3. Séparateur spectral (6) selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la deuxième face (11) de la lame (9) a subi un traitement interférentiel (12) consistant à déposer un nombre déterminé de couches minces (14i) de matériaux alternativement d'indice de réfraction élevés (nH) et faibles (nL).

4. Séparateur spectral (6) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le matériau utilisé pour le dépôt d'indice de réfraction élevé (nH) est du Germanium.

5. Procédé de réalisation d'un séparateur spectral (6) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il consiste, dans une première étape :

<Desc/Clms Page number 17>

- à mesurer les caractéristiques diélectriques d'un échantillon de matériau déterminé destiné à constituer le substrat (9) du séparateur spectral (6), dans une deuxième étape : -à adapter l'épaisseur (e) du substrat (9) en fonction des mesures précédentes pour optimiser à la fois les performances de transparence optique et de pertes d'insertion du substrat (9), et dans une troisième étape : - à traiter par un traitement déterminé (12), la deuxième face (11) du substrat (9) devant réfléchir les ondes infrarouges (IR) pour optimiser à la fois la transparence du traitement pour les ondes millimétriques (mmW) et la réflectivité pour les ondes infrarouges (IR).

6. Dispositif de test d'autodirecteur (5) de missile, du type comportant un premier miroir de forme ellipsoïdale (2) recevant une onde millimétrique (mmW) et réfléchissant cette onde vers un miroir oscillant (4), un deuxième miroir de forme ellipsoïdale (1) recevant l'onde (mmW) réfléchie par le miroir (8), et fournissant en sortie une onde plane en direction de l'autodirecteur (5) à tester, ce dernier étant disposé à l'intérieur d'un simulateur permettant de simuler les mouvements du porteur de l'autodirecteur (5), caractérisé en ce qu'il comporte un séparateur spectral (6), selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, disposé sur la direction de propagation de l'onde plane sous une incidence déterminée (9mmW), entre le miroir (8) et l'autodirecteur (5).