FR2862766A1 - Lentille cylindrique, systeme de lentille, ensemble de lentilles cylindriques, systeme de laser a semiconducteur et systeme de traitement de matiere - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une lentille cylindrique (1) ayant un élément optique de réfraction (2), présentant avantageusement une surface sphérique ou une surface asphérique, et un élément optique de diffraction (6). La lentille cylindrique (1) peut ainsi avantageusement être fabriquée à bon marché et avec précision, et elle permet de corriger aisément des aberrations et des défauts affectant des lasers à diodes utilisés avec elle. L'élément optique (6) de diffraction peut comprendre plusieurs segments.Domaine d'application : Lasers à semiconducteurs, etc.
Description
lumière par réflexion. D'autres agencements de prismes multiples sont
également connus d'après le document des Etats-Unis d'Amérique N 6 421 178 B1.
Le document WO 00/19248 décrit un système de lentille microcylindrique biconcave dans lequel au moins deux surfaces asphériques doivent être produites avec une grande précision. Il est connu d'après le manuel classique High-Power Diode Lasers de R. Dielh, Springer (2000), que des matières optiques à indice de réfraction élevé (généralement > 1,7) doivent être utilisées conjointement avec des surfaces asphériques pour une collimation exacte sur l'axe rapide (divergence résiduelle < 5 mrad) d'émetteurs lasers à diode ou de réseaux émetteurs au moyen d'un système optique purement réfringent. Non seulement l'investissement élevé pour la production de surfaces asphériques ajustées l'une par rapport à l'autre est désavantageux avec ce système, mais il est également difficile de réaliser un montage exact, par exemple l'alignement exact par rapport à une source de lumière fixe. On propose ici, pour simplifier le montage, de mettre en place des entretoises qui imposent une distance définie par rapport à un plan de référence. Cependant, l'inconvénient alors est que, même un petit écart, tant sur la puissance de réfraction et/ou la précision dimensionnelle de la lentille du fait des tolérances de fabrication exige aussi des distances respectivement différentes, et ceci ne peut être pris en compte qu'au prix d'un effort important.
L'invention a pour objet de spécifier une lentille cylindrique pouvant être avantageusement fabriquée à bon marché et avec précision et pour laquelle il est possible de corriger des aberrations dues à une forme cylindrique ou des défauts d'une forme cylindrique ainsi que des défauts affectant des agencements de lasers à diodes semiconductrices.
Cet objet est réalisé d'une manière étonnamment simple et directe à l'aide d'une lentille cylindrique comportant un élément optique de réfraction, ayant avantageusement une surface sphérique, et un élément optique de diffraction, le système de lentille comportant une telle lentille cylindrique, un ensemble de ces lentilles cylindriques ayant, dans chaque cas une courbure différente dans la direction longitudinale, afin de compenser la plage de tolérance de courbures de réseaux lasers à diode à grande puissance, et d'un système laser à semiconducteur comportant une telle lentille cylindrique, et d'un système de traitement de matière comportant une telle lentille cylindrique.
Si la lentille cylindrique est conçue de façon à comporter un élément optique de réfraction ayant avantageusement une surface cylindrique planeconvexe et un élément optique de diffraction, de préférence sur la surface plane, des aberrations optiques engendrées par une géométrie d'un coté à convexité sphérique et/ou des matières optiques à faible indice de réfraction, l'élément optique de diffraction peut produire un type de précorrection du front de phase qui correspond à une compensation sensiblement exacte après la traversée du constituant de lentille agissant par réfraction. On peut utiliser, par exemple, les algorithmes suivants pour déterminer le déphasage, l'absorption et/ou la réflexion nécessaires, spatialement dépendants: 1. Des formules de calcul analytique telles que celles décrites dans les manuels classiques (par exemple J. Turunen, F. Wyrowski, Diffraction Optics , Academy, 1997), et 2. Des méthodes numériques d'optimisation telles que celles exécutées, par exemple, dans les programmes logiciels disponibles dans le commerce pour la conception de lentilles tels que Zemax ou Code V. 35 L'élément optique de diffraction peut être avantageusement agencé, dans ce cas, sur le corps de l'élément optique de réfraction ayant une surface cylindrique, ou bien peut être défini par ce même corps.
Si l'élément optique de diffraction est agencé dans un plan opposé à la surface cylindrique, il est possible alors de produire un système de lentille hybride de diffraction-réfraction qui permet aux deux systèmes de lentilles partielles d'être espacés de façon exacte. Dans ce cas, l'élément de diffraction définit avantageusement avec la surface cylindrique une lentille cylindrique asphérique qui, dans la signification de cette demande, est une lentille cylindrique qui ne présente pratiquement aucune aberration optique, en particulier qui ne présente aucune aberration sphérique.
Dans une forme de réalisation particulièrement appréciée, la lentille cylindrique est une lentille de collimation à axe rapide affectée à au moins un laser à semiconducteur. Dans un autre perfectionnement de l'invention, la lentille cylindrique est affectée à un réseau de préférence linéaire de lasers à diodes semiconductrices, en particulier un réseau de lasers à diodes à grande puissance.
Si la lentille cylindrique présente au moins une courbure définie dans sa direction longitudinale optique et/ou physique, il est possible alors de compenser des défauts du réseau de lasers à diodes d'une façon définie, avantageusement associée à une plage de tolérances.
Si la lentille cylindrique comporte un autre élément fonctionnel, on peut alors obtenir des avantages substantiels. Par exemple, il est possible de diriger une partie prédéfinie de la lumière du laser à grande puissance sur une diode de contrôle.
Lorsqu'on utilise des réseaux de lasers à diodes, il 35 est avantageusement possible qu'une partie de la lumière soit réfléchie et focalisée dans des guides d'onde de lasers individuels qui servent de diodes de contrôle.
En outre, un autre élément fonctionnel peut produire une image, avantageusement une image de champ lointain, qui permet à la lentille cylindrique d'être alignée, de préférence tout en étant montée, par rapport à une source de lumière et/ou un motif extérieur.
Si l'autre élément fonctionnel est un élément optique de diffraction qui est apte à diriger de la lumière sur un détecteur en fonction de la position de la lentille cylindrique par rapport à une source de lumière, le signal d'intensité obtenu avec le détecteur peut être utilisé pour le réglage au lieu en plus de la formation d'image. Un détecteur à quatre quadrants est avantageux dans ce cas en tant que détecteur optique à résolution spatiale.
Il est en outre avantageux que l'élément optique supplémentaire soit un élément optique de diffraction au moyen duquel il est possible de former une image d'une identification et/ou de la lire. Il est ainsi possible d'identifier ou de coder une information de fabrication, des propriétés de matériaux, des classes de tolérances, des classes de flexions longitudinales ou des numéros de produits.
En tant que partie d'un système de collimation à lentilles multiples, l'autre élément de diffraction est capable en outre de produire à bon marché un effet de focalisation ou de préfocalisation.
Lorsque l'autre élément de diffraction définit une autre lentille cylindrique dont l'axe longitudinal optique s'étend sensiblement transversalement à l'axe longitudinal optique de la lentille cylindrique, une focalisation et/ou une compensation d'erreurs indépendantes peuvent être réalisées dans deux directions, s'étendant de préférence perpendiculairement l'une à l'autre. Il est avantageux dans ce cas, lors d'une utilisation en tant que lentille de collimation à axe lent ou en tant que partie d'un système de lentille de collimation à axe lent, l'autre élément de diffraction produise un effet de focalisation ou de préfocalisation, avantageusement transversale à l'axe longitudinal optique de la lentille cylindrique.
On peut établir avantageusement un agencement tel que les constituants de diffraction et de réfraction sont sensiblement inclinés par rapport à l'axe longitudinal optique, afin d'obtenir une focalisation et/ou une compensation d'erreurs indépendantes dans un certain nombre de directions. Il est avantageux dans ce cas d'effacer les éléments individuels d'une manière segmentée, au moins un segment étant affecté à un émetteur à laser. Les faisceaux partiels produits améliorent l'éclairement. uniforme de l'ouverture globale et réduisent le retour, dans les émetteurs à laser, de la lumière revenant par réflexion des surfaces des constituants.
Avec une couche antiréflexion, en particulier une couche antiréflexion dont l'effet est de réduire la réflexion par diffraction, par exemple une couche antiréflexion du type oeil de papillon qui est avantageusement conçue en tant que partie d'une couche agissant par diffraction de la lentille cylindrique, il est possible de produire à la fois l'élément de diffraction et la couche antiréflexion en essentiellement une seule étape de production.
L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique en perspective d'une première forme appréciée de réalisation d'une lentille cylindrique ayant les éléments optiques de réfraction et de diffraction; la figure 2 est une vue schématique en perspective d'une deuxième forme appréciée de réalisation d'une lentille cylindrique ayant des éléments optiques de réfraction et de diffraction, dans lequel un autre élément fonctionnel est présent; la figure 3 est une vue schématique en perspective d'une autre forme appréciée de réalisation, dans laquelle la lentille cylindrique illustrée sur la figure 2 est agencée sur un réseau linéaire de lasers à diodes semiconductrices à grande puissance; la figure 4 est une vue schématique en perspective d'une autre appréciée encore de réalisation d'un agencement à doublet de lentilles cylindriques selon l'invention qui peut être utilisé à la fois en tant qu'agencement de collimation d'axe rapide et agencement de collimation d'axe lent; la figure 5 montre schématiquement l'agencement d'un profil d'une substance transparente pouvant être traitée thermiquement, constituée avantageusement de verre ou de verre de quartz; la figure 6 montre schématiquement l'agencement de la figure 5 après un traitement thermique et un changement de forme essentiellement sous l'effet de la force de l'apesanteur et de contraintes de surface; et la figure 7 montre schématiquement un détail de la figure 6 avec des lignes de division aux emplacements d'une séparation ultérieure de l'agencement de lentilles cylindriques illustrées.
Il peut être tout d'abord indiqué dans la description détaillée suivante de formes de réalisation individuelles appréciées selon l'invention que les dessins annexés sont simplement de nature explicative et ne montrent pas nécessairement des formes de réalisation réelles dans des illustrations à la bonne échelle.
On peut en outre indiquer que l'expression axe longitudinal optique d'une lentille cylindrique qui est utilisée dans le présent mémoire n'est pas limitée aux dimensions géométriques physiques de cette lentille.
Dans le cas de lentilles cylindriques ou de systèmes de lentilles cylindriques classiques purement réfringents, le terme Lr est destiné à désigner l'axe qui s'étend dans le plan optique principal de la lentille cylindrique parallèle à l'axe longitudinal physique spatial de cette lentille et qui coupe un trajet de faisceau principal qui passe essentiellement sans interruption à travers la lentille cylindrique et coupe ainsi un faisceau focal passant au milieu de la lentille cylindrique.
Dans le cas aussi d'une lentille cylindrique à effet purement de diffraction, il existe un axe longitudinal Ld tel qu'il s'étend sensiblement parallèlement à une ligne focale de cette lentille cylindrique et est contenu de la même manière dans le plan principal de cette lentille de diffraction.
Une détermination possible de la position latérale de Ld, Ld2, sensiblement perpendiculaire à la direction de propagation d'un ensemble de faisceaux parallèles ou d'un front d'onde plan peut être entreprise en déterminant la position de l'axe de symétrie du motif de diffraction et en affectant cette position latérale à l'axe de symétrie de l'axe longitudinal optique de la lentille optique de diffraction. De même que dans le cas de la lentille de réfraction, dans une transmission optique géométrique, la position latérale de l'axe longitudinal optique Ld, Ld2 de la lentille de diffraction est obtenue en tant que point d'intersection de l'axe longitudinal optique avec un faisceau optique principal.
On se réfère ci-dessous à la figure 1 sur laquelle une première forme de réalisation appréciée d'une lentille cylindrique de l'invention, désignée globalement par la référence numérique 1, est illustrée.
La lentille cylindrique 1 présente une surface sphérique ou parabolique quasi cylindrique 2 ayant approximativement la forme d'un cylindre, et une surface sensiblement plane 3 qui s'étend sensiblement perpendiculairement aux surfaces supérieure et inférieure, avantageusement planes 4 et 5.
La lentille cylindrique peut être constituée de verre de silice et de tous les types classiques de verres optiques inorganiques, ainsi que de matières plastiques qui peuvent être utilisées optiquement, telles que: du polyméthacrylate de méthyle, du polyméthyl-méthacrylimide, du polystyrène, du poly(styrène-co-acrylonitrile), du polycarbonate (y compris sous des variantes résistant à des températures élevées), un copolymère cyclo-oléfinique, un polymère cyclo-oléfinique, un copolymère de méthylpentène, du téréphtalate de polyéthylène.
La matière de la lentille cylindrique peut être conçue pour être hautement transparente ou semi-transparente et, en plus du verre ou d'une matière plastique, elle peut également être constituée d'une matière semiconductrice telle que, par exemple, du germanium, du CaF, du GaP, du ZnSe ou du silicium pour mettre en forme le faisceau et/ou le front d'onde dans la région infrarouge, comme cela est préféré pour des lasers de traitement de matériaux au CO2. On peut utiliser à cet effet les procédés connus de traitement de matériaux tels que, par exemple, un meulage et un traitement lithographique de surface.
Un élément optique 6 de diffraction est agencé sur la 25 surface plane 3 et peut être formé dans la surface plane 3 ou appliqué sur celle-ci.
Lorsqu'on utilise des matières de mise en forme à chaud, cet élément optique de diffraction peut être produit par thermopressage, thermogaufrage, gaufrage fin et/ou par un procédé appelé reprise des tirages, auquel cas une pièce moulée, qui a des dimensions géométriques donnant une forme similaire dans l'espace, mais est beaucoup plus grande, est étirée dans sa direction longitudinale de façon à conserver sa structure, et est ainsi réduite dans la direction transversale.
Un procédé particulièrement apprécié est décrit dans le document PCTEP02/10960 dont la description est indiquée ici à titre de référence.
Un tel procédé est particulièrement avantageux lorsque l'élément optique de diffraction 6 constitue une lentille cylindrique de diffraction qui s'étend dans la direction longitudinale optique, une direction qui s'étend sensiblement parallèlement à la ligne Ld illustrée sur la figure 1, et s'étend sensiblement dans le même plan que le faisceau optique principal H, qui passe à travers la lentille cylindrique 1 sensiblement sans être interrompu et sans être diffracté.
L'axe longitudinal optique Ld est contenu avantageusement dans le même plan que l'axe longitudinal 15 optique Lr de l'élément de réfraction 2.
En outre, l'élément optique de diffraction 6 peut être constitué d'un polymère photostructurable ou autrement d'une photoémulsion qui est appliquée sur la surface plane 3 et est structurée au moyen de techniques lithographiques connues des spécialistes de la technique de façon à produire un relief en hauteur qui produit le déphasage local souhaité d'un arrangement de front d'onde avançant dans la direction du faisceau principal H. Il est également possible, bien que cela soit moins favorable selon l'invention, de produire un motif de diffraction ayant les propriétés optiques souhaitées, par absorption, par exemple sur des cristaux développés d'halogénure d'argent.
Il entre également dans le cadre de l'invention, en outre, d'utiliser des couches localement structurées, réfléchissantes telles que, par exemple, des couches de chrome traitées par photolithographie qui peuvent également être utilisées en plus d'une structure en profondeur de modulation de phase, de façon à diriger par rétroréflexion de la lumière sur un détecteur 7, 8 ou 9 placé en aval qui est illustré, par exemple, sur la figure 3, et décrit plus en détail ci-dessous.
Dans une forme particulièrement appréciée de réalisation destinée à être utilisée, par exemple, en tant que lentille de collimation d'axe rapide d'un laser à grande puissance à diode semiconductrice, comme illustré à titre d'exemple sur la figure 3 par les références numériques 10 à 15, l'élément de diffraction 6 définit une lentille cylindrique asphérique avec l'élément de réfraction 2, en particulier avec sa surface sphérique.
Similairement au cas d'éléments asphériques à symétrie de rotation, la présente description désigne en tant que lentille cylindrique asphérique, dans un sens transposé, un agencement de lentille capable de corriger des aberrations ou au moins de les réduire de façon mesurable.
Sur la base de la faible largeur spectrale de la lumière des lasers à diodes 10 à 15, dans la forme préférée de réalisation selon l'invention, l'élément de diffraction 6 corrige des aberrations optiques d'une manière telle que des régions non centrales de la lentille cylindrique agissent également de façon correcte lors de la formation d'une image ou lors de la mise en forme d'un faisceau ou d'un front d'onde, ce qui signifie que même des trajets de faisceaux non centraux parallèles à l'axe optique sont combinés sensiblement en une seule ligne focale.
De plus, dans un autre perfectionnement de l'invention, il est également possible de corriger des erreurs chromatiques par des motifs de diffraction superposés à l'intérieur de l'élément optique de diffraction 6, ou par des agencements de lentilles multiples tels qu'illustrés, par exemple, sur la figure 4.
On se réfère ci-dessous à la figure 2 qui représente schématiquement en perspective une deuxième forme appréciée de réalisation d'une lentille cylindrique 1 de l'invention ayant un élément optique 2 de réfraction et un élément optique 6 de diffraction.
La lentille illustrée sur la figure 2 correspond sensiblement à celle montrée sur la figure 1 mais comporte, en outre, au moins un autre élément fonctionnel 16, 17.
L'élément fonctionnel 16 et l'élément fonctionnel 17 sont avantageusement disposés sur la surface plane 3, mais peuvent également être formés sur la surface supérieure 4 ou la surface inférieure 5, avantageusement sur une région d'un bord, de la surface cylindrique 2.
L'autre élément fonctionnel 16, 17 est avantageusement apte à diriger une partie de la lumière provenant, par exemple, de l'un des lasers 10 à 15 à diodes à grande puissance sur un ou plusieurs des détecteurs 7, 8, 9 (voir figure 3).
On préfère, dans ce cas, utiliser un rayonnement diffusé provenant du laser respectif 10 à 15 pour créer, au moyen d'un point lumineux finement focalisé ou d'un autre motif approprié, un critère pour le positionnement correct de la lentille cylindrique 1 par rapport aux autre éléments optiques ou aux lasers 10 à 15 à diodes à grande puissance, eux-mêmes.
D'autres motifs appréciés peuvent être des motifs d'interférence en forme de raies ou en forme de grille, ou des structures moirées, avantageusement avec une période de grille non constante.
Il est possible de cette manière d'établir des fluctuations d'intensité à l'aide des détecteurs optiques 7, 8, 9 et de les affecter à un positionnement correct de la lentille cylindrique 1. Lorsqu'on utilise des motifs en forme de points, les détecteurs 7, 8, 9 peuvent être des détecteurs à quadrants multiples qui fournissent des données de position à résolution spatiale.
Dans une autre forme appréciée de réalisation de l'invention illustrée schématiquement en perspective sur la figure 3, par exemple, l'autre élément fonctionnel 17 peut contenir en outre une information, directement ou sous forme codée.
Cette information peut spécifier les données en cours de la lentille cylindrique 1, telles que, par exemple, des longueurs focales réelles, des puissances de réfraction effectives, des éléments optiques 2, 6 ou des rayons de courbure des axes longitudinaux optiques Lr, Ld, afin, de cette manière, de fournir de façon récupérable des informations exactes pour une utilisation ultérieure du système optique.
De plus, l'autre élément fonctionnel 17 peut contenir une information optique holographique qui produit une information pertinente, par l'image, en rétroréflexion dans un plan image défini.
Dans encore une autre forme appréciée de réalisation, l'autre élément fonctionnel 17 peut comprendre des structures géométriques dans l'espace, par exemple sous la forme de structures moirées superposées avec des informations spatiales qui sont agencées sur la surface 18 du corps 19 de support du réseau de lasers à diodes à grande puissance, désigné de façon générale par la référence numérique 20.
Autrement qu'illustré sur la figure 3, il est également possible que la lentille cylindrique 1 repose en outre ou en variante sur la surface 21 à gradins d'une manière telle qu'on utilise la précision mécanique de la fabrication du corps 19 de support pour un réglage latéral.
Dans une forme particulièrement appréciée de réalisation, l'autre élément fonctionnel 16 comporte des lentilles positives de diffraction qui forment une image sous forme de points et peuvent, par exemple, conduire la lumière provenant du laser 11 jusque dans le laser 10, par rétroréflexion.
Si seul le laser 11 est mis en uvre et que le laser à diode 10 est utilisé en tant que diode de contrôle pendant le montage, la position correcte peut être détectée à 35 partir de l'intensité de la lumière rétroréfléchie.
Il entre également dans le cadre de l'invention que la lumière provenant d'un certain nombre de lasers à semiconducteurs soit renvoyée par couplage pendant le montage dans divers lasers à semiconducteurs mis en oeuvre en tant que diodes ou caméras de contrôle afin, de cette manière, d'aider au réglage ou de le simplifier.
Dans cette dernière forme de réalisation citée, il est commode, après le montage, que l'autre élément fonctionnel 16 soit recouvert de façon opaque ou soit enlevé.
Il entre également dans le cadre de l'invention que l'autre élément fonctionnel 16 soit conçu de façon que, conjointement avec l'utilisation des détecteurs optiques 7, 8 ou 9 seulement, dans chaque cas, la lumière provenant d'un laser à diode 10 à 15 ou provenant d'un groupe défini de lasers à diodes soit conduite d'une manière résolue dans l'espace sur un détecteur optique 7, 8, 9, dans chaque cas.
Il est ainsi possible que l'intensité de sortie du laser respectif ou du groupe respectivement affecté de lasers soit contrôlée même après un montage et un réglage correct.
Il entre également dans le cadre de l'invention que l'autre élément fonctionnel 16 soit conçu de façon qu'il comprenne des structures de diffraction qui, dans le mode fondamental du laser, guident préférentiellement la lumière jusque sur un détecteur optique spécifique, par exemple 8.
A la manière d'un hologramme ayant un certain nombre d'images résolues de façon directionnelle, cette structure de diffraction peut guider de la lumière jusque dans un autre détecteur optique, par exemple 7 ou 9, lorsque des modes plus élevés sont incorporés dans les lasers 10 à 15.
Il est possible de cette manière de contrôler le profil de mode, ce qui peut être très utile pour des systèmes fortement focalisants, en temps réel, pendant le fonctionnement des lasers 10 à 15 à grande puissance.
Il entre également dans le cadre de l'invention d'utiliser un détecteur optique, par exemple 7, pour contrôler l'intensité globale du rayonnement de sortie des lasers 10 à 15 à diodes semiconductrices, l'autre élément fonctionnel 16 conduisant une partie définie de la lumière provenant de chaque laser 10 à 15 à grande puissance jusque dans le détecteur optique 7, et il est possible, en même temps, que le contrôle de mode décrit cidessus soit exécuté par les détecteurs optiques 8 et 9.
Durant le fonctionnement du réseau 20 à grande puissance, il se peut que, pour des raisons de production et du fait de contraintes thermiques, les lasers 10 à 15 ne soient pas agencés sur une ligne droite comme cela est indiqué, par exemple, par la ligne mixte 22, mais que cette ligne 22 passant par le centre de la surface de sortie des lasers 10 à 15 présente une courbure.
Pour compenser cette courbure, l'élément de diffraction 6 et/ou l'élément de réfraction 2 peuvent présenter de la même manière un axe longitudinal optique courbé Ld, Lr.
D'une façon particulièrement appréciée, l'élément optique 6 de diffraction peut réaliser une compensation de plage de tolérance. Dans ce processus, à partir d'un ensemble de lentilles cylindriques 1 ayant des rayons typiques de courbure de l'axe longitudinal optique Ld et/ou Lr, une lentille cylindrique 1 qui arrive ensuite et qui présente une courbure correspondante est affectée à un axe central courbé 22 d'un laser de façon que cette courbure soit compensée, ou au moins partiellement réduite, dans des classes de tolérances prédéfinies.
On se réfère ci-dessous à la figure 4 qui montre un agencement 1 de lentilles cylindriques à plusieurs lentilles où, en plus de l'élément optique 2 de réfraction et de l'élément optique 6 de diffraction, il y a un autre élément 23 de diffraction.
Uniquement à titre d'exemple, cet élément 23 est formé 35 sur une surface 24 qui s'étend à distance de la surface 3 et parallèlement à celle-ci.
L'autre élément 23 de diffraction peut être agencé de la même manière sur la surface cylindrique de l'élément de diffraction 2 ou dans un plan 24 incliné par rapport à elle.
Dans une forme particulièrement appréciée de réalisation, on peut obtenir des simplifications substantielles dans la production au moyen de l'autre élément de diffraction 23.
Par exemple, si l'élément optique 23 de diffraction est conçu de façon que seules des structures parallèles à sa direction longitudinale optique Ld soient définies, l'autre élément optique 23 de diffraction peut alors comprendre, par exemple, des structures qui sont sensiblement symétriques par rapport à une seconde direction optique longitudinale Ld2 qui s'étend de préférence perpendiculairement à la direction optique longitudinale Ld dans le plan de la surface 24.
Dans ce cas, l'élément optique 6 de diffraction et l'élément optique 23 de diffraction peuvent être produits chacun à bon marché et avec une grande précision au moyen du procédé décrit dans le document PCT EP02/10960 précité.
Il est ainsi possible d'utiliser l'autre l'élément optique 23 de diffraction pour produire une lentille cylindrique ayant une direction optique longitudinale Ld2 perpendiculaire à la direction optique longitudinale Ld qui, par exemple, effectue une collimation d'axe lent ou une précollimation. Il est possible de réaliser une focalisation ou unepréfocalisation appropriée et d'éviter une plus forte absorption par de plus longs chemins de propagation de la lumière dans la matière de la lentille cylindrique 1, à l'aide de cet agencement même très proche de la surface de sortie de la lumière des lasers respectifs 10 à 15.
En outre, chaque laser à diode 10 à 15 peut être affecté d'un autre élément optique selon une résolution spatiale au moyen de l'autre élément optique 23 afin, par exemple, de renvoyer par couplage la lumière de la manière décrite ci-dessus sur un ou plusieurs des détecteurs optiques 7, 8, 9.
Dans un autre perfectionnement de l'invention, l'élément optique 23 de diffraction peut également être utilisé en plus ou en variante pour corriger les défauts de cylindricité de la forme cylindrique qui n'apparaissent que dans un système de formation d'image se trouvant en aval, par exemple parallèlement à l'axe optique longitudinal Ld2.
La compensation indépendante de ces défauts de la forme cylindrique dans au moins deux directions perpendiculaires, parallèles à Ld et Ld2, permet des degrés élevés de liberté lors de la correction.
L'autre élément 23 de diffraction peut également agir à la manière d'un prisme pour compenser un trajet incliné d'un faisceau, par exemple pour diriger plus fortement la lumière d'un ou plusieurs des lasers 10 à 15 dans une direction parallèle ou antiparallèle à l'axe optique longitudinal Ld. Dans ce cas, l'apparition désavantageuse des marches d'escalier, connue dans l'art antérieur, entre des prismes individuels, n'a pas lieu.
Les éléments optiques 6, 16, 17, 23 de diffraction, décrits ci-dessus, peuvent être produits sous la forme de motifs de surface binaires et, par conséquent, à déphasage et/ou absorption et/ou à réflexion de type numérique.
Il entre également dans le cadre de l'invention d'appliquer aux surfaces 2, 3 et/ou 24, en particulier, des couches antiréflexion qui agissent, par exemple, à la manière de couches antiréflexion du type oeil de papillon et qui peuvent être appliquées en même temps que la structure de diffraction.
En plus des procédés de production décrits ci-dessus de la lentille cylindrique par pressage, gaufrage ou gaufrage fin ainsi que par des techniques lithographiques et photographiques, au moins le corps de l'élément optique 2 de réfraction peut être produit très avantageusement au moyen d'un autre type de mise en forme à chaud.
Dans ce processus, un corps 28 qui est pourvu de parties surélevées sensiblement rectangulaires 25, 26, 27, qui consistent en une matière pouvant être déformée à chaud et qui est représentée schématiquement en coupe transversale sur la figure 5, est soumis à un chauffage.
Ce corps 28 peut être constitué de verre ou d'une matière plastique pouvant être déformée à chaud, comme cela a été décrit ci-dessus, à titre d'exemple.
Du fait de la tension superficielle et du poids mort des parties surélevées 25, 26, 27 rendues à présent visqueuses, le chauffage peut produire un arrondi de surface cylindrique ou parabolique qui peut être utilisé en tant que surface 2 de l'élément de réfraction après séparation.
Aux fins d'une séparation subséquente, la partie surélevée arrondie 25 peut être séparée au niveau des lignes de séparation 29 et 29, par exemple par sciage, fendage ou meulage, le résultat étant de procurer un procédé de production de lentilles cylindriques de grande précision, apte à une production en grandes séries.
Les lentilles cylindriques et agencements de lentilles multiples venant des lentilles cylindriques décrits ci- dessus, sont utilisés dans des systèmes de lasers à semiconducteurs, en particulier dans des systèmes à semiconducteurs à grande puissance pour le traitement de matériaux.
La conception d'un tel système de traitement des 30 matériaux entre de la même manière dans le cadre de l'invention.
De nombreuses modifications peuvent être apportées à la lentille cylindrique décrite et représentée sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (38)
1. Lentille cylindrique, caractérisée en ce qu'elle comporte un élément optique (2) de réfraction, ayant avantageusement une surface sphérique, et un élément optique (6) de diffraction.
2. Lentille cylindrique, caractérisée en ce qu'elle comporte un élément optique (2) de réfraction, ayant avantageusement une surface asphérique, et un élément optique (6) de diffraction.
3. Lentille cylindrique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'élément de réfraction et/ou l'élément de diffraction ne sont avantageusement pas perpendiculaires à l'axe optique.
4. Lentille cylindrique selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisée en ce que l'élément optique de diffraction est agencé sur le corps (28) de l'élément optique de réfraction, ou est défini par ce corps.
5. Lentille cylindrique selon l'une des revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisée en ce que l'élément optique de diffraction est agencé dans un plan opposé à la surface de réfraction.
6. Lentille cylindrique selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisée en ce que, dans chaque cas, au moins un élément optique de diffraction est agencé sur le corps (28) de l'élément optique de diffraction ou est défini par ce dernier, et est agencé dans un plan opposé à la surface de réfraction.
7. Lentille cylindrique selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5 et 6, caractérisée en ce que l'élément de diffraction définit, avec la surface de réfraction, une lentille cylindrique asphérique.
8. Lentille cylindrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la 35 lentille cylindrique est une lentille de collimation d'axe rapide affectée au moins à un laser (10 à 15) à semiconducteur.
9. Lentille cylindrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la lentille cylindrique est affectée à un réseau avantageusement linéaire de lasers (10 à 15) à diodes semiconductrices, en particulier un réseau de lasers à diodes à grande puissance.
10. Lentille cylindrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle présente au moins une courbure dans sa direction longitudinale optique et/ou physique.
11. Lentille cylindrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle 15 comporte un autre élément fonctionnel (16, 17).
12. Lentille cylindrique selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'autre élément fonctionnel est apte à diriger une partie avantageusement prédéfinie de la lumière d'un laser (10 à 15) à grande puissance sur une diode de contrôle ou un appareil de prise de vues de contrôle.
13. Lentille cylindrique selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'autre élément fonctionnel est apte à diriger une partie avantageusement prédéfinie de la lumière d'un laser (10 à 15) à grande puissance par réflexion dans un ou plusieurs guides d'ondes laser d'un barreau laser qui sert avantageusement uniquement de diode de contrôle.
14. Lentille cylindrique selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'autre élément fonctionnel produit une image, avantageusement une image de champ lointain, qui permet à la lentille cylindrique d'être alignée par rapport à une source de lumière et/ou à un motif extérieur.
15. Lentille cylindrique selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'autre élément fonctionnel est un élément optique (23) de diffraction qui est apte à diriger de la lumière sur un détecteur (7, 8, 9) en fonction de la position de la lentille cylindrique par rapport à une source de lumière.
16. Lentille cylindrique selon la revendication 15, 5 caractérisée en ce que le détecteur est un détecteur à quatre quadrants.
17. Lentille cylindrique selon l'une des revendications 11 et 15, caractérisée en ce que l'autre élément fonctionnel forme une image d'une structure au moyen de laquelle le réglage ou la position relative de la lentille cylindrique par rapport à une source de lumière, avantageusement par rapport à un laser (10 à 15) à diode semiconductrice et/ou par rapport à d'autres éléments optiques, peut être détecté.
18. Lentille cylindrique selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'autre élément fonctionnel est un élément optique (23) de diffraction au moyen duquel il est possible de former une image d'une identification et/ou de lire cette identification.
19. Lentille cylindrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un autre élément de diffraction (23) pour la production d'un système de formation d'images à lentilles multiples.
20. Lentille cylindrique selon la revendication 19, caractérisée en ce que l'autre élément de diffraction produit un effet de préfocalisation en tant que partie d'un système de collimateur à lentilles multiples.
21. Lentille cylindrique selon l'une des revendications 19 et 20, caractérisée en ce que l'autre élément de diffraction définit une lentille cylindrique ayant un axe longitudinal optique courbé.
22. Lentille cylindrique selon la revendication 19, caractérisée en ce que l'autre élément de diffraction 35 définit une autre lentille cylindrique dont l'axe optique longitudinal s'étend sensiblement transversalement à l'axe optique longitudinal de la lentille cylindrique.
23. Lentille cylindrique selon l'une des revendications 19 et 22, caractérisée en ce que, en tant que lentille de collimation d'axe lent ou que partie d'un système de lentille de collimation d'axe lent, l'autre élément de diffraction produit un effet de focalisation ou de préfocalisation, de préférence transversal à l'axe optique longitudinal de la lentille cylindrique.
24. Lentille cylindrique selon l'une des revendications 19 et 22, caractérisée en ce que, en tant que lentille de collimation d'axe lent ou que partie d'un système de lentille de collimation d'axe lent, l'autre élément de diffraction produit un effet de focalisation ou de préfocalisation, de préférence d'une manière inclinée par paires par rapport à l'axe optique longitudinal de la lentille cylindrique.
25. Lentille cylindrique selon la revendication 24, caractérisée en ce que l'élément de diffraction est un élément de réfraction s'ajoutant à la collimation d'axe lent.
26. Lentille cylindrique selon l'une des revendications 24 et 25, caractérisée en ce que les éléments de diffraction et/ou de réfraction sont segmentés et inclinés de façon que les faisceaux partiels délimités par les segments individuels aient des angles différents.
27. Lentille cylindrique selon l'une quelconque des revendications 9, 18, 22, 23, 24, 25 et 26, caractérisée en ce que, dans chaque cas, un autre élément optique est affecté à une diode laser à grande puissance d'un réseau de diodes lasers (10 à 15) à grande puissance, avantageusement linéaire.
28. Lentille cylindrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle 35 comporte en outre une couche antiréflexion, en particulier une couche antiréflexion dont l'effet est de réduire une réflexion par diffraction.
29. Lentille cylindrique selon la revendication 28, caractérisée en ce que la couche antiréflexion est une couche antiréflexion du type oeil de papillon qui est avantageusement conçue en tant que partie d'une couche agissant par diffraction de la lentille cylindrique.
30. Lentille cylindrique selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 29, caractérisée en ce que la lentille cylindrique et/ou l'autre élément de diffraction sont produits par une mise en forme à chaud, en particulier par un allongement axial dans l'état chauffé.
31. Lentille cylindrique selon la revendication 30, caractérisée en ce que la lentille cylindrique et/ou l'autre élément de diffraction sont produits par un procédé tel que décrit dans le document PCT/EP02/10960.
32. Lentille cylindrique selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 29, caractérisée en ce que la lentille cylindrique et/ou l'autre élément de diffraction sont produits par une mise en forme à chaud au moyen d'un pressage, d'un gaufrage ou d'un gaufrage fin.
33. Lentille cylindrique selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 29, caractérisée en ce que l'élément optique de diffraction et/ou l'autre élément de diffraction sont produits au moyen de techniques lithographiques.
34. Lentille cylindrique selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 29, caractérisée en ce qu'au moins l'élément optique de réfraction de la lentille cylindrique est produit par mise en forme à chaud d'une manière telle qu'un corps (28) ayant des parties surélevées rectangulaires (25, 26, 27) est chauffé et est laissé à refroidir ou est refroidi après avoir été arrondi par l'action de contraintes de surface.
35. Système de lentille caractérisé en ce qu'il comporte une lentille cylindrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
36. Ensemble de lentilles cylindriques, en particulier de lentilles cylindriques (1) selon l'une des revendications 10 et 21, ayant, dans chaque cas, des courbures différentes dans la direction longitudinale, afin de compenser la plage de tolérances de courbures de réseaux de lasers (10 à 15) à diodes à grande puissance.
37. Système de laser à semiconducteur, caractérisé en ce qu'il comporte une lentille cylindrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
38. Système de traitement de matériaux, caractérisé en ce qu'il comporte une lentille cylindrique (1) selon 15 l'une quelconque des revendications précédentes.
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