FR2904735A1 - Acousto-optic deflection device for e.g. frequency scanning of laser, has compensation optics that is placed between acousto-optic deflectors and compensates direction variation of diffracted beam produced by one of deflectors - Google Patents
Acousto-optic deflection device for e.g. frequency scanning of laser, has compensation optics that is placed between acousto-optic deflectors and compensates direction variation of diffracted beam produced by one of deflectors Download PDFInfo
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Abstract
Description
DISPOSITIF DE DEFLEXION ACOUSTO-OPTIQUE ACOUSTO-OPTICAL DEFLECTION DEVICE
DESCRIPTION La présente invention concerne un dispositif de déflexion acous to-opt i que comprenant un premier déflecteur acousto-opt i ue apte à fonctionner en régime de Bragg et à diffracter alors, suivant une première direction, un faisceau lumineux incident, produisant ainsi un faisceau diffracté. L'invention s'applique notamment : au balayage en fréquence d'un laser à émission continue, autour d'une résonance atomique dont la largeur est très supérieure au pic d'émission du laser, en particulier pour des expériences d'absorption ou de fluorescence induite en présence d'une structure Dopp 1er, au glissement en fréquence d'un laser fonctionnant à fréquence fixe, le dispositif objet de l'invention permettant alors d'accorder avec précision la fréquence d'émission du laser en augmentant ou en diminuant cette fréquence de façon à égaler une fréquence de référence correspondant par exemple à une transition atomique,DESCRIPTION The present invention relates to an acousto-opt i deflection device comprising a first acousto-opt deflector capable of operating in the Bragg regime and then diffracting, in a first direction, an incident light beam, thereby producing a beam diffracted. The invention applies in particular to: the frequency sweep of a continuous emission laser, around an atomic resonance whose width is much greater than the emission peak of the laser, in particular for absorption or induced fluorescence in the presence of a structure Dopp I, the frequency shift of a laser operating at a fixed frequency, the device object of the invention then allowing to precisely match the emission frequency of the laser by increasing or decreasing this frequency so as to equal a reference frequency corresponding for example to an atomic transition,
- au déplacement rapide en fréquence d'un laser à émission continue servant d'injecteur à un système amplificateur puisé dans la technique dite de "chirping", etrapid frequency shifting of a continuous emission laser serving as an injector for an amplifying system derived from the so-called "chirping" technique, and
- au test de techniques de physique atomique telles que le passage adiabatique rapide, qui est un balayage linéaire rapide de la fréquence d'émission d'un laser excitateur autour d'une résonance atomique.- the test of atomic physics techniques such as fast adiabatic switching, which is a fast linear scan of the emission frequency of an exciter laser around an atomic resonance.
On connaît déjà divers dispositifs acoustooptiques par les documents (1) à (10) qui sont cités à la fin de la présente description et auxquels on seréférera .Various acoustooptical devices are already known from the documents (1) to (10) which are cited at the end of the present description and to which we refer. refer to .
Les documents (1), (2) et (3) se rapportent aux caractéristiques ondamentales des composants acousto-optiques. Les documents (4) et (5) se rapportent à des déflecteurs acousto-optiques.Documents (1), (2) and (3) relate to the wave characteristics of the acousto-optical components. Documents (4) and (5) relate to acousto-optical deflectors.
Les documents (6), (7) et (8) se rapportent à des modulateurs acousto-optiques.Documents (6), (7) and (8) relate to acousto-optic modulators.
Le document (9) décrit une source laser puisée de façon cohérente au moyen de deux déflecteurs acousto-optiques qui sont disposés tête-bêche.Document (9) describes a laser source pulsed coherently by means of two acousto-optical deflectors which are arranged head to tail.
Les documents (10) et (11) décrivent tous deux un modulateur acousto-opt i que comprenant deux transducteurs piézoélectriques disposés en vis-à-vis sur deux faces d'un bloc photoélastique.The documents (10) and (11) both describe an acousto-opt modulator i comprising two piezoelectric transducers arranged vis-a-vis on two sides of a photoelastic block.
Les documents (12) et (13) décrivent un commutateur optique utilisant une cellule de Bragg à ondes acoustiques st at i onnai res .Documents (12) and (13) disclose an optical switch using a stuttering acoustic wave Bragg cell.
Un déflecteur a cousto-opt i que, qui fonctionne en régime de Bragg, est capable de diffracter un faisceau lumineux incident, la lumière diffractée apparaissant de façon prédominante dans une direction (diffraction d'ordre 1) et ayant une intensité maximum lorsque l'angle du faisceau incident est égal à l'angle de Bragg.A cousin-optic deflector, which operates in the Bragg regime, is capable of diffracting an incident light beam, the diffracted light appearing predominantly in a direction (first order diffraction) and having a maximum intensity when the angle of the incident beam is equal to the Bragg angle.
L'écart entre la fréquence optique de la lumière diffractée et la fréquence optique du faisceau lumineux incident est égal, en valeur absolue, à la fréquence des ondes acoustiques qui sont engendrées dans le déflecteur a cousto-opt ique .The difference between the optical frequency of the diffracted light and the optical frequency of the incident light beam is equal, in absolute value, to the frequency of the acoustic waves which are generated in the cousto-optic deflector.
De plus, l'angle que la direction de la lumière diffractée, ou faisceau diffracté, fait avec le faisceau lumineux incident, est fonction de cette fréquence des ondes acoustiques. Lorsqu'on utilise un déflecteur acoustooptique pour réaliser un balayage en fréquence, la variation de la direction du faisceau diffracté constitue un inconvénient majeur.In addition, the angle that the direction of the diffracted light, or diffracted beam, makes with the incident light beam, is a function of this frequency of the acoustic waves. When using an acousto baffle optical to achieve a frequency sweep, the variation of the direction of the diffracted beam is a major drawback.
Cette variation est typiquement de l'ordre de 3 mrad pour un balayage de 100 MHz dans un cristal de molybdate de plomb (PbMO , vitesse du son = 3,7 km/s) àThis variation is typically of the order of 3 mrad for a 100 MHz scan in a lead molybdate crystal (PbMO, speed of sound = 3.7 km / s) at
4 la longueur d'onde de 600 n .4 the wavelength of 600 n.
La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient. L'invention résout te problème de la conception d'un dispositif de déflexion acousto-opt i que qui, lorsqu'il reçoit un faisceau lumineux incident, est capable de fournir en sortie un faisceau lumineux dont la direction reste fixe lorsque la fréquence optique du faisceau incident varie.The present invention aims to overcome this disadvantage. The invention solves the problem of the design of an acousto-opt deflection device which, when it receives an incident light beam, is capable of outputting a light beam whose direction remains fixed when the optical frequency of the light incident beam varies.
Pour résoudre ce problème, le dispositif de déflexion acousto-opt i que objet de l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend en outre : un deuxième déflecteur acousto-opt i que placé à la suite du premier déflecteur acousto-opt i que, ce deuxième déflecteur acousto-opt ique étant apte à fonctionner en régime de Bragg et à diffracter alors, suivant une deuxième direction, le faisceau diffracté produit par le premier déflecteur acousto-opt ique. Le deuxième déflecteur acousto-opt i que produisant ainsi un faisceau diffracté qui se propage suivant la deuxième direction, des moyens prévus pour commander les premier et deuxième déflecteurs acousto-optiques de façon synchrone et de telle manière que des ondes acoustiques de même fréquence soient respecti ement engendrées dans ces premier et deuxième déflecteurs acousto-optiques, ceux-ci étant disposés l'un par rapport à l'autre de manière que ces ondes acoustiques se propagent dans le même sens, et- une optique de compensation qui est placée entre le premier déflecteur acousto-optique et le deuxième déflecteur acousto-optique, cette optique de compensation et le deuxième déflecteur acousto-optique étant agencés, par rapport au premier déflecteur acousto-optique, de façon à compenser une variation de direction du faisceau diffracté produit par ce premier déflecteur acousto-optique, cette variation de direction étant induite par une variation de la fréquence des ondes acoustiques, de sorte que le faisceau diffracté produit par le deuxième déflecteur acousto-optique conserve la deuxième direction et a une fréquence optique égale à la fréquence optique du faisceau lumineux incident augmentée de deux fois la fréquence des ondes acoust i ques .To solve this problem, the acousto-opt deflection device i object of the invention is characterized in that it further comprises: a second acousto-opt deflector i placed after the first acousto-opt deflector i that this second acousto-optic deflector being able to operate in the Bragg regime and then to diffract, in a second direction, the diffracted beam produced by the first acousto-optic deflector. The second acousto-opt deflector i thus producing a diffracted beam which propagates in the second direction, means provided for controlling the first and second acousto-optical deflectors synchronously and in such a way that acoustic waves of the same frequency are respectively detected. generated in these first and second acousto-optical deflectors, the latter being arranged relative to one another so that these acoustic waves propagate in the same direction, and a compensation optics which is placed between the first acousto-optical deflector and the second acousto-optical deflector, this compensation optics and the second acousto-optical deflector being arranged, with respect to the first acousto-optical deflector, so as to compensate a variation in the direction of the diffracted beam produced by this first acousto-optical deflector, this variation of direction being induced by a variation of the frequency of the acoustic waves, so that the diffracted beam produced by the second acousto-optical deflector retains the second direction and has an optical frequency equal to the optical frequency of the incident light beam increased by twice the frequency of the acoustic waves.
Dans le dispositif objet de l'invention, la déflexion due au premier déflecteur acousto-optique est ainsi compensée par un deuxième déflecteur acoustooptique associé à une optique qui est disposée entre les deux déflecteurs.In the device which is the subject of the invention, the deflection due to the first acousto-optical deflector is thus compensated for by a second acoustooptic deflector associated with an optical element which is arranged between the two deflectors.
L'invention permet par exemple de produire un faisceau laser continu dont on peut balayer la fréquence au cours du temps, dans une plage donnée (modulation de fréquence), la direction du faisceau produit étant stable dans l'espace, à la sortie du dispositif.The invention makes it possible, for example, to produce a continuous laser beam whose frequency can be swept over time in a given range (frequency modulation), the direction of the produced beam being stable in space at the exit of the device .
On notera que l'association des deux déflecteurs acousto-optiques permet d'atteindre des fréquences acoustiques de valeur importante, dans le domaine du gigahertz, avec un rendement important et une large bande passante.It will be noted that the combination of the two acousto-optical deflectors makes it possible to achieve high acoustic frequencies in the gigahertz range, with a high output and a wide bandwidth.
Selon un mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, préféré pour sa simplicité de mise en oeuvre, les premier etdeuxième déflecteurs acousto-optiques comprennent respectivement des milieux photo-élastiques de même nature .According to a particular embodiment of the device object of the present invention, preferred for its simplicity of implementation, the first and second acousto-optical deflectors respectively include photoelastic media of the same nature.
Dans ce cas, l'optique de compensation peut comprendre, outre un axe optique et deux points focaux situés sur cet axe optique, deux points antinodaux qui sont situés de part et d'autre de ces points focaux et en lesquels sont respecti ement placés le milieu photoélastique du premier déflecteur acousto-opti ue et le ilieu photoélastique du deuxième déflecteur acousto-optique, pour compenser ladite variation de direction.In this case, the compensation optics may comprise, in addition to an optical axis and two focal points situated on this optical axis, two antinode points which are located on either side of these focal points and in which respectively the photoelastic medium of the first acousto-optic deflector and the photoelastic eye of the second acousto-optic deflector, to compensate for said variation of direction.
Le dispositif objet de la présente invention peut comprendre en outre une optique auxiliaire prévue pour focaliser le faisceau lumineux incident dans le milieu photoélastique du premier déflecteur acoustooptique.The device which is the subject of the present invention may furthermore comprise an auxiliary optics intended to focus the incident light beam in the photoelastic medium of the first acoustooptic deflector.
Le dispositif objet de l'invention peut comprendre en outre une autre optique auxiliaire prévue pour transformer le faisceau diffracté produit par le deuxième déflecteur acousto-optique en un faisceau lumineux cylindrique.The device according to the invention may furthermore comprise another auxiliary optics intended to transform the diffracted beam produced by the second acousto-optical deflector into a cylindrical light beam.
Les moyens de commande des premier et deuxième déflecteurs acousto-optiques peuvent comprendre :The control means of the first and second acousto-optical deflectors may comprise:
- une source de tension électrique variable,a source of variable voltage,
- des premier et deuxième oscillateurs qui sont commandés par cette tension électrique variable et qui fournissent respectivement un signal de commande du premier déflecteur acousto-optique et un signal de commande du deuxième déflecteur acousto-optique.first and second oscillators which are controlled by this variable voltage and which respectively supply a control signal of the first acousto-optical deflector and a control signal of the second acousto-optical deflector.
Ces moyens de commande peuvent comprendre en outre :These control means may furthermore comprise:
- un premier amplificateur qui est prévu pour amplifier le signal fourni par le premier oscillateuret par l'intermédiaire duquel le premier déflecteur acousto-optique est commandé, eta first amplifier which is provided to amplify the signal supplied by the first oscillator and through which the first acousto-optical deflector is controlled, and
- un deuxième amplificateur qui est prévu pour amplifier le signal fourni par le deuxième oscillateur et par l'intermédiaire duquel le deuxième déflecteur acousto-optique est commandé.a second amplifier which is provided for amplifying the signal supplied by the second oscillator and through which the second acousto-optical deflector is controlled.
Le dispositif objet de l'invention peut comprendre en outre des moyens de positionnement et d'orientation des premier et deuxième déflecteurs acousto-optiques par rapport à l'optique de c ompensat ion .The device according to the invention may furthermore comprise means for positioning and orienting the first and second acousto-optical deflectors with respect to the compensating optics.
Le dispositif objet de l'invention peut comprendre aussi une source de lumière cohérente, prévue pour produire le faisceau lumineux incident. En in, cette source de lumière cohérente peut être un laser à émission continue.The device which is the subject of the invention may also comprise a coherent light source intended to produce the incident light beam. In in, this coherent light source may be a continuous emission laser.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après à titre purement indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesque l s :The present invention will be better understood on reading the description of exemplary embodiments given below purely by way of indication and in no way limiting, with reference to the appended drawings on which:
- la figure 1 illustre schématiquement un matériau photoélastique qui fait partie d'un déflecteur acousto-optique et qui diffracté un faisceau lumineux incident,FIG. 1 schematically illustrates a photoelastic material which is part of an acousto-optical deflector and which diffracts an incident light beam,
- la figure 2 est un diagramme de Bragg relatif à la diffraction illustrée par la figure 1,FIG. 2 is a Bragg diagram relating to the diffraction illustrated in FIG. 1;
- la figure 3 est une vue schématique d'un mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention,FIG. 3 is a schematic view of a particular embodiment of the device that is the subject of the present invention,
- la figure 4 illustre schématiquement et partiellement le dispositif de la figure 1 pour en montrer l'intérêt, etFIG. 4 schematically and partially illustrates the device of FIG. 1 to show the interest thereof, and
- la figure 5 est un diagramme de Bragg qui permet d'expliquer le résultat procuré par cedispositif de la figure 1 (conservation de la direction du faisceau lumineux produit par ce dispositif).FIG. 5 is a Bragg diagram which makes it possible to explain the result obtained by this FIG. 1 device (conservation of the direction of the light beam produced by this device).
Le principe du fonctionnement d'un déflecteur acousto-optique est lié au phénomène de diffraction d'une onde électromagnétique par une onde acoustique se propageant dans un matériau photo-élastique que comporte ce déflecteur et qui est par exemple un milieu cristallin me approprié (f gure 1).The principle of the operation of an acousto-optical deflector is related to the phenomenon of diffraction of an electromagnetic wave by an acoustic wave propagating in a photoelastic material that includes this deflector and which is for example a crystalline medium that is suitable for me (f gure 1).
L'onde acoustique est engendrée dans ce milieu cristallin grâce aux vibrations d'un transducteur électro-acoustique (non représenté), par exemple un transducteur piézo-électrique dont on fait varier la fréquence (fréquence de l'onde acoustique) dans un intervalle allant d'une valeur f-Df à une valeur f+Df, la fréquence centrale de cet intervalle correspondant ainsi à la valeur f.The acoustic wave is generated in this crystalline medium by virtue of the vibrations of an electro-acoustic transducer (not shown), for example a piezoelectric transducer whose frequency (frequency of the acoustic wave) is varied in an interval ranging from from a value f-Df to a value f + Df, the central frequency of this interval corresponding to the value f.
Suivant les conditions d'impédance acoustique à l'extrémité du milieu cristallin qui est opposée à celle à partir de laquelle se propage l'onde acoustique, on pourra créer soit un régime d'ondes progressives, soit un régime d'ondes s tat i onna i res .According to the acoustic impedance conditions at the end of the crystalline medium which is opposite to that from which the acoustic wave propagates, it will be possible to create either a progressive wave regime or a state wave regime. onna i res.
L'onde acoustique engendrée, qui est sensiblement plane dans une région du milieu cristallin, provoque une variation d'indice de réfraction sinusoïdale dans ce milieu cristallin e, les plans d'onde portant la référence PO sur la figure 1.The generated acoustic wave, which is substantially flat in a region of the crystalline medium, causes a variation of sinusoidal refractive index in this crystalline medium e, the waveplanes bearing the reference PO in FIG.
Le faisceau lumineux incident E0 subit une diffraction sur son tra et dans le milieu cristallin me.The incident light beam E0 undergoes a diffraction on its tra and in the crystalline medium me.
On suppose que le déflecteur acousto-optique dont on voit le milieu cristallin me sur la figure 1, est apte à travailler en régime de Bragg.It is assumed that the acousto-optic deflector of which we can see the crystalline medium shown in Figure 1, is able to work in the Bragg regime.
Alors, pour des conditions d'incidence dites de Bragg, toutes les ondes diffractées interfèrent enphase dans l'ordre 1 (ou plus exactement dans l'ordre +1, suivant la direction de l'onde acoustique).So, for Bragg incidence conditions, all the diffracted waves interfere in phase in the order 1 (or more exactly in the order +1, according to the direction of the acoustic wave).
Le faisceau lumineux incident E0 et le faisceau lumineux diffracté E1 font tous deux, avec les plans d'onde acoustique, un angle Ab appelé "angle de Bragg", tel que : sin Ab = l0/(2Ls)The incident light beam E0 and the diffracted light beam E1 together with the acoustic wave planes make an angle Ab called "Bragg angle", such that: sin Ab = 10 / (2Ls)
(1) où 10 représente la longueur d'onde du faisceau lumineux incident dans le milieu cristallin et Ls représente la longueur d'onde acoust que.(1) where 10 represents the wavelength of the incident light beam in the crystalline medium and Ls represents the acoustic wavelength.
La valeur Ab de l'angle de Bragg, qui est donnée par la formule (1) ci-dessus, est relative à l'angle observé à l'intérieur du milieu dans lequel se propage l'onde acoustique.The Ab value of the Bragg angle, which is given by formula (1) above, is relative to the angle observed inside the medium in which the acoustic wave propagates.
Pour la figure 1, comme pour les autres figures, on se place dans le milieu photo-élastique, ou les milieux photo- élastiques, et les effets de réfraction ne sont pas représentés sur ces figures.For FIG. 1, as for the other figures, one places oneself in the photo-elastic medium, or the photo-elastic media, and the effects of refraction are not represented in these figures.
En revenant à la figure 1, l'efficacité de diffraction est une fonction du facteur de mérite du milieu cristallin utilisé et de la puissance acoustique transmise à ce milieu cristallin. La diffraction du faisceau incident E0 s'accompagne d'une variation de la fréquence optique de ce faisceau E0, variation dont la valeur absolue est égale à la fréquence de l'onde acoustique.Returning to FIG. 1, the diffraction efficiency is a function of the merit factor of the crystalline medium used and the acoustic power transmitted to this crystalline medium. The diffraction of the incident beam E0 is accompanied by a variation of the optical frequency of this beam E0, the variation of which the absolute value is equal to the frequency of the acoustic wave.
Pour rendre compte de l'interaction entre le faisceau lumineux incident E0 et l'onde acoustique, on peut considérer l'interaction entre les photons associés à ce faisceau lumineux et les phonons associés à l'onde acoustique et exprimer la conservation de l'impulsion et de l'énergie au cours de cette interaction.La figure 3 est un diagramme qui illustre la conservation de l'impulsion au cours de l'interaction.To account for the interaction between the incident light beam E0 and the acoustic wave, we can consider the interaction between the photons associated with this light beam and the phonons associated with the acoustic wave and express the conservation of the impulse. and energy during this interaction. Figure 3 is a diagram that illustrates the conservation of the pulse during the interaction.
Le faisceau lumineux incident sous l'angle de Bragg Ab est associé à un vecteur d'onde kO, l'onde acoustique est associée à un vecteur d'onde K et le faisceau diffracté dans l'ordre 1 est associé à un vecteur d' onde k1.The light beam incident at the angle of Bragg Ab is associated with a wave vector kO, the acoustic wave is associated with a wave vector K and the beam diffracted in the order 1 is associated with a vector of wave k1.
Il est alors possible de retrouver la formule (1) mentionnée plus haut en négligeant le module du vecteur K devant le module du vecteur kO et en écrivant l'égalité vectorielle ci-dessous qui traduit la conservation de l'impulsion au cours de l'interaction : k1 = kO + K.It is then possible to find the formula (1) mentioned above by neglecting the modulus of the vector K before the modulus of the vector kO and by writing the vectorial equality below which represents the conservation of the pulse during the interaction: k1 = kO + K.
La formule (1) mentionnée plus haut (relation de Bragg) correspond ainsi au cas où l'extrémité de chacun des vecteurs kO et k1 décrit un cercle C1 dont le centre est noté 01. En notant respectivement fO, f et f1 la fréquence optique du faisceau incident EO, la fréquence de l'onde acoustique et la fréquence optique du faisceau diffracté dans l'ordre 1, la conservation de l'énergie au cours de l'interaction photons-phonons se traduit par l'égalité ci-dessous :The formula (1) mentioned above (Bragg relation) thus corresponds to the case where the end of each of the vectors k0 and k1 describes a circle C1 whose center is denoted by 01. Noting respectively f0, f and f1 the optical frequency of the incident beam EO, the frequency of the acoustic wave and the optical frequency of the diffracted beam in order 1, the conservation of the energy during the photon-phonon interaction results in the equality below:
f1 = fO + ff1 = fO + f
Si l'on fait varier la fréquence acoustique de +df autour de f, il se produit une variation +dAb de l'angle du faisceau diffracté, autour de la valeur Ab. Cette variation est telle que :If the acoustic frequency of + df is varied around f, there is a variation + dAb of the angle of the diffracted beam, around the value Ab. This variation is such that:
+ dAb = + L0.df/(2Vs)où Vs est la vitesse de L'onde acoustique de fréquence f dans le milieu cristallin.+ dAb = + L0.df / (2Vs) where Vs is the velocity of the acoustic wave of frequency f in the crystalline medium.
La figure 3 illustre également ce qui se passe lorsque la fréquence de l'onde acoustique varie de là quant i té df .Figure 3 also illustrates what happens when the frequency of the acoustic wave varies from there to that of df.
Alors, le vecteur d'onde relatif à l'onde acoustique varie de la quantité vectorielle d , l'angle de Bragg varie de la quantité dAb et le vecteur d'onde k1 relatif au faisceau diffracté est augmenté de la quantité vectorielle dK.Then, the wave vector relating to the acoustic wave varies from the vector quantity d, the Bragg angle varies by the quantity dAb and the wave vector k1 relative to the diffracted beam is increased by the vector quantity dK.
Dans ces conditions, la relation de Bragg n'est plus satisfaite et l'extrémité du vecteur k1+dK n'est plus sur le cercle C1 dont le rayon est égal au module du vecteur kO. Ceci constitue un inconvénient majeur pour les applications du balayage en fréquence et l'invention permet de remédier à cet inconvénient.Under these conditions, the Bragg relation is no longer satisfied and the end of the vector k1 + dK is no longer on the circle C1 whose radius is equal to the modulus of the vector kO. This is a major drawback for frequency scanning applications and the invention overcomes this disadvantage.
Le mode de réalisation particulier de l'invention, qui est schématiquement représenté sur la figure 3, comprend :The particular embodiment of the invention, which is schematically represented in FIG. 3, comprises:
- un premier déflecteur acousto-optique 2,a first acousto-optical deflector 2,
- un deuxième déflecteur acousto-optique 4 qui est placé à la suite du premier déflecteur 2, des moyens 6 de commande synchrone du premier déflecteur 2 et du deuxième déflecteur 4, et une optique de compensation 8 qui est placée entre les déflecteurs 2 et 4 et dont l'axe optique porte la référence 10.a second acousto-optical deflector 4 which is placed after the first deflector 2, means 6 for synchronous control of the first deflector 2 and the second deflector 4, and compensation optics 8 which is placed between the deflectors 2 and 4 and whose optical axis bears the reference 10.
Le déflecteur 2 (respectivement 4) comporte un bloc 12 (respecti ement 14) qui est fait d'un matériau photo-élastique et dont une face porte un transducteur p i ézo-é lec t r i que 16 (respectivement 18).The deflector 2 (respectively 4) comprises a block 12 (respectively 14) which is made of a photo-elastic material and one side of which carries a piezoelectric transducer 16 (respectively 18).
Chacun des blocs 12 et 14 a une forme para l lé lépipèdi que à ceci près que la face de chaque bloc, qui est opposée à la face portant le transducteurpiézo-électrique, est inclinée de telle façon que la réflexion, sur cette face inclinée, de l'onde acoustique engendrée dans le bloc, ne perturbe pas l'onde acoustique incidente. Dans l'exemple représenté sur la figure 3, les matériaux constitutifs des blocs 12 et 14 sont de même nature : les vitesses de propagation des ondes acoustiques dans ces matériaux sont identiques.Each of the blocks 12 and 14 has a parapeloidal shape except that the face of each block, which is opposite the face carrying the transducer piezoelectric, is inclined such that the reflection, on this inclined face, of the acoustic wave generated in the block, does not disturb the incident acoustic wave. In the example shown in Figure 3, the constituent materials of the blocks 12 and 14 are of the same nature: the propagation velocities of acoustic waves in these materials are identical.
On utilise par exemple deux blocs fait d'un matériau cristallin tel que le molybdate de plomb.For example, two blocks made of a crystalline material such as lead molybdate are used.
Les dimensions respectives des blocs 12 et 14 peuvent être différentes mais, pour des questions de simplicité, on peut utiliser deux blocs de mêmes dimensions. De plus, la disposition relative des déflecteurs 2 et 4 est telle que les ondes acoustiques respectivement engendrées dans les blocs 2 et 4 de ces déflecteurs se propagent dans le même sens, comme on le voit sur la figure 3. Chacun des blocs 12 et 14 a une qualité optique (les faces d'entrée et de sortie de chaque bloc sont convenablement polies et chaque bloc est transparent à la lumière qu'il est destiné à recevoir et à diffracter). Cette lumière peut appartenir au domaine visible.The respective dimensions of the blocks 12 and 14 may be different, but for reasons of simplicity, two blocks of the same dimensions may be used. In addition, the relative arrangement of the baffles 2 and 4 is such that the acoustic waves respectively generated in the blocks 2 and 4 of these baffles are propagated in the same direction, as seen in Figure 3. Each of the blocks 12 and 14 has an optical quality (the input and output faces of each block are suitably polished and each block is transparent to the light it is intended to receive and diffract). This light can belong to the visible domain.
Le dispositif représenté sur la figure 3 est prévu pour réaliser le balayage en fréquence d'un faisceau lumineux issu d'une source de lumière cohérente 20 qui est par exemple un laser continu.The device shown in FIG. 3 is designed to carry out the frequency sweep of a light beam coming from a coherent light source 20 which is for example a continuous laser.
En fonctionnement, le faisceau 22 issu de la source 20 arri e au déflecteur 2, ce dernier fournit en sortie un faisceau lumineux 24 qui traverse l'optique 8 puis arrive au déflecteur 4 ; ce dernier fournit en sortie un faisceau lumineux 26 qui est ensuite utilisépour l'application souhaitée.In operation, the beam 22 from the source 20 to the deflector 2, the latter provides at the output a light beam 24 which passes through the optical 8 and arrives at the deflector 4; the latter outputs a light beam 26 which is then used for the desired application.
Le dispositif représenté sur la figure 3 permet au faisceau lumineux 26 de garder une direction fixe dans l'espace bien que la fréquence optique de ce faisceau 26 varie d'une manière qui est imposée par les moyens 6 de commande synchrone des déflecteurs 2 et 4.The device shown in FIG. 3 allows the light beam 26 to maintain a fixed direction in space although the optical frequency of this beam 26 varies in a manner that is imposed by the synchronous control means 6 of the deflectors 2 and 4 .
Ces déflecteurs 2 et 4 fonctionnent tous deux en régime de Bragg, les dimensions des blocs 12 et 14 ainsi que les longueurs des traducteurs 16 et 18 sur les parcours des faisceaux lumineux correspondants étant prévues à cet effet.These baffles 2 and 4 both operate in the Bragg regime, the dimensions of the blocks 12 and 14 as well as the lengths of the translators 16 and 18 on the paths of the corresponding light beams being provided for this purpose.
Les moyens de commande 6 comprennent :The control means 6 comprise:
- un générateur de fonction 28,a function generator 28,
- un premier oscillateur commandé en tension 30 et un deuxième oscillateur commandé en tension 32 qui sont simultanément commandés par le générateur 28,a first voltage controlled oscillator 30 and a second voltage controlled oscillator 32 which are simultaneously controlled by the generator 28,
- un premier amplificateur 34 qui amplifie le signal de sortie de l'oscillateur 30 et par l'intermédiaire duquel cet oscillateur 30 commande le transducteur 16 (qui est fixé, par exemple par collage, au bloc 12), eta first amplifier 34 which amplifies the output signal of the oscillator 30 and through which this oscillator 30 controls the transducer 16 (which is fixed, for example by gluing, to the block 12), and
- un deuxième amplificateur 36 qui ampli ie le signal de sortie de l'oscillateur 32 et par l'intermédiaire duquel cet oscillateur 32 commande le transducteur 18 (qui est fixé, par exemple par collage, au b loc 14) .a second amplifier 36 which amplifies the output signal of the oscillator 32 and through which this oscillator 32 controls the transducer 18 (which is fixed, for example by gluing, to the loc 14).
Pour chacun des blocs 12 et 14, on fait par exemple varier la fréquence des ondes acoustiques dans un domaine allant de 400 à 800 MHz, pour une puissance acoustique maximale de 1W par bloc.For each of the blocks 12 and 14, for example, the frequency of the acoustic waves is varied in a range from 400 to 800 MHz, for a maximum acoustic power of 1 W per block.
On utilise par exemple un générateur de fonction 28 de basse tension, dont la récurrence est comprise entre 0,01 et 20 MHz pour piloter les deux oscillateurs 30 et 32 qui fixent la fréquence des ondes acoustiques dans les deux blocs 12 et 14 à une valeurappartenant au domaine ci-dessus mentionné.For example, a low-voltage function generator 28, whose recurrence is between 0.01 and 20 MHz, is used to drive the two oscillators 30 and 32 which set the frequency of the acoustic waves in the two blocks 12 and 14 to a value belonging to the domain mentioned above.
Ce générateur de fonction 28 est capable de fournir en sortie une tension qui peut varier de diverses manières au cours du temps, par exemple de façon sinusoïdale ou en dents de scie (symétriques ou asymétriques) ou encore en créneaux ; le signal de sortie de chacun des oscillateurs 30 et 32 est alors amplifié pour que chacun des deux transducteurs 16 et 18 reçoive une puissance électrique convenable, égale au maximum à 1W sous 50 ohms.This function generator 28 is capable of outputting a voltage that can vary in various ways over time, for example sinusoidally or sawtooth (symmetrical or asymmetrical) or in crenellations; the output signal of each of the oscillators 30 and 32 is then amplified so that each of the two transducers 16 and 18 receives a suitable electrical power, equal to a maximum of 1W at 50 ohms.
On peut ainsi alimenter chacun des déflecteurs 2 et 4 par des signaux modulés en f réquence .It is thus possible to feed each of the deflectors 2 and 4 by frequency-modulated signals.
Les oscillateurs 30 et 32 sont identiques et les transducteurs 16 et 18 le sont aussi de sorte que les ondes acoustiques qui sont respectivement engendrées dans les blocs 12 et 14 ont la même fréquence, fréquence qui peut varier dans un intervalle dont la valeur centrale est notée f et dont l'amplitude est notée 2DF.The oscillators 30 and 32 are identical and the transducers 16 and 18 are likewise so that the acoustic waves which are respectively generated in the blocks 12 and 14 have the same frequency, which frequency can vary in an interval whose central value is noted. f and whose amplitude is noted 2DF.
Dans le dispositif représenté sur la figure 3, l'axe optique 10 de l'optique 8 reste fixe et ce dispositif comprend des moyens de positionnement et d'orientation des déflecteurs 2 et 4 par rapport à l'optique de compensation 8.In the device shown in FIG. 3, the optical axis 10 of the optics 8 remains fixed and this device comprises means for positioning and orienting the deflectors 2 and 4 with respect to the compensation optics 8.
Pour le déflecteur 2 (respectivement 4) ces moyens de positionnement et d'orientation comprennent : une platine 38 (respectivement 40) permettant ta rotation de ce déflecteur autour d'un axe qui, dans l'exemple représenté sur la figure 3, est perpendiculaire au plan de cette figure, et une platine 42 (respectivement 44) sur laquelle est montée la platine 38 (respecti ement 40) et qui permet d'effectuer des translations de cette platine 38 (respectivement 40) suivant trois directionsperpendiculaires les unes aux autres (à savoir, dans l'exemple représenté sur la figure 3, une direction parallèle à l'axe optique 10, une autre direction perpendiculaire au plan de la figure 3 et une autre direction perpendiculaire aux deux précédentes).For the deflector 2 (respectively 4) these positioning and orientation means comprise: a plate 38 (respectively 40) allowing the rotation of this deflector about an axis which, in the example shown in Figure 3, is perpendicular on the plane of this figure, and a plate 42 (respectively 44) on which is mounted the plate 38 (respectively 40) and which allows translations of this plate 38 (respectively 40) in three directions perpendicular to each other (ie, in the example shown in Figure 3, a direction parallel to the optical axis 10, another direction perpendicular to the plane of Figure 3 and another direction perpendicular to the previous two).
Pour la mise en oeuvre de l'invention, les blocs 12 et 14 sont respectivement placés aux points antinodaux ai et a2 de l'optique de compensation 8.For the implementation of the invention, the blocks 12 and 14 are respectively placed at the antinode points ai and a2 of the compensation optics 8.
De façon plus précise, le point de fonctionnement du déflecteur 2 et le point de fonctionnement du déflecteur 4 sont respectivement placés en ces points antinodaux ai et a2.More specifically, the operating point of the deflector 2 and the operating point of the deflector 4 are respectively placed at these antinode points a1 and a2.
Par "point de fonctionnement d'un déflecteur acousto-optique", on entend un point du matériau photoélastique que comporte ce déflecteur et en lequel l'efficacité de diffraction est maximale (c'est-à-dire où l'amplitude de l'onde acoustique qui se propage est maximale) .By "operating point of an acousto-optical deflector" is meant a point of the photoelastic material that this deflector comprises and in which the diffraction efficiency is maximum (that is to say, where the amplitude of the acoustic wave that propagates is maximum).
Le positionnement des points de fonctionnement aux points antinodaux est obtenu grâce aux moyens de positionnement et d'orientation que comporte le dispositi représenté sur la figure 3.The positioning of the operating points at the antinode points is obtained thanks to the positioning and orientation means that the device shown in FIG. 3 comprises.
Les points antinodaux de l'optique 8 se trouvent sur l'axe optique 10, de part et d'autre de cette optique 8, chaque point antinodal étant situé à une distance focale du foyer correspondant de cette optique 8.The antinode points of the optics 8 are located on the optical axis 10, on either side of this optic 8, each antinodal point being situated at a focal distance from the corresponding focal point of this optic 8.
En ces points antinodaux, les grandi ssements transversal et angulaire valent - 1.In these antinodal points, the transversal and angular growths are worth 1.
Ainsi, le point de fonctionnement du déflecteur 4 est le point-image, par l'opti ue de compensation 8, du point de onctionnement du déflecteur 2, qui est le point-objet.Thus, the operating point of the deflector 4 is the image point, by the compensation optic 8, of the operating point of the deflector 2, which is the object-point.
De plus, le laser 20 est placé et le déflecteur 2 orienté (grâce aux moyens depositionnement et d'orientation 38, 42) de façon que, pour une fréquence des ondes acoustiques égale à f, l'angle d'incidence, sur le bloc 12, du faisceau 22 émis par le laser 20 sur le bloc 12 soit égal à l'angle de Bragg Ab relatif à cette fréquence f et que le faisceau lumineux 24 issu de ce bloc 12 soit confondu avec l'axe optique 10 de l'optique de compensation 8.In addition, the laser 20 is placed and the deflector 2 oriented (thanks to the means of positioning and orientation 38, 42) so that, for an acoustic wave frequency equal to f, the angle of incidence, on the block 12, of the beam 22 emitted by the laser 20 on the block 12 is equal to the Bragg angle Ab relative to this frequency f and that the light beam 24 issuing from this block 12 coincides with the optical axis 10 of the compensation optics 8.
Le déflecteur 4 est quant à lui réglé (grâce aux moyens de positionnement et d'orientation 40, 44) de façon que le faisceau lumineux 24 lui parvienne en faisant un angle d'incidence égal à l'angle de Bragg Ab (dans l'exemple de la figure 3, les blocs 12 et 14 sont de même nature) .The deflector 4 is in turn adjusted (by means of positioning and orientation means 40, 44) so that the light beam 24 reaches it by making an angle of incidence equal to the Bragg angle Ab (in the example of Figure 3, the blocks 12 and 14 are of the same nature).
Le dispositif schématiquement représenté sur la figure 3 comprend également une optique 45 prévue pour focaliser le faisceau 22, issu du laser 20, sur le point de fonctionnement du bloc 12.The device diagrammatically shown in FIG. 3 also comprises an optic 45 designed to focus the beam 22, coming from the laser 20, on the operating point of the block 12.
Le dispositif de la figure 3 comprend aussi une autre optique 46 prévue pour transformer le faisceau lumineux 26, qui est issu du point de fonctionnement du bloc 14 et qui est légèrement divergent, en un faisceau lumineux parallèle (c'est-àdire un faisceau lumineux dont l'enveloppe est cy lindri que) .The device of FIG. 3 also comprises another optics 46 designed to transform the light beam 26, which is derived from the operating point of the block 14 and which is slightly divergent, into a parallel light beam (that is to say a light beam whose envelope is cy lindri that).
A titre purement indicatif et nullement limitatif, le laser 20 est un laser à colorant, continu, accordable et asservi en fréquence, fonctionnant dans le domaine visible ; entre 550 et 650 nm, la puissance de ce laser peut varier entre 200 et 500 mW ; la stabilité du laser est assurée à 1MHz près (10-6 nm) et la divergence du faisceau lumineux qui en est issu est de l'ordre de 0,5 mrad ; on utilise des optiques 45 et 46 dont la distance focale est de l'ordre de 50 à 100 millimètres.As a purely indicative and in no way limiting, the laser 20 is a dye laser, continuous, tunable and frequency controlled, operating in the visible range; between 550 and 650 nm, the power of this laser can vary between 200 and 500 mW; the stability of the laser is ensured to within 1MHz (10-6 nm) and the divergence of the light beam resulting therefrom is of the order of 0.5 mrad; Optics 45 and 46 are used whose focal length is of the order of 50 to 100 millimeters.
On notera que, lors du fonctionnement dudispositif de la figure 3, une partie du faisceau lumineux qui arrive sur le bloc 12 (respectivement 14) est réfléchie par la face d'entrée de ce bloc et qu'une autre partie de ce faisceau est transmise mais non diffractée par ce bloc, ces parties réfléchie et transmise mais non diffractée étant inutilisées.It should be noted that during the operation of device of Figure 3, a portion of the light beam arriving on the block 12 (14 respectively) is reflected by the input face of this block and another part of this beam is transmitted but not diffracted by this block, these parts reflected and transmitted but not diffracted being unused.
On notera également que le dispositif de la figure 3 est un dispositif "symétrique" et que l'on pourrait également faire fonctionner ce dispositif en disposant le laser 20 non pas en regard de l'optique 45 mais en regard de l'optique 46 et récupérer alors un faisceau lumineux de direction fixe, non pas du côté de l'optique 46 mais du côté de l'optique 45.It will also be noted that the device of FIG. 3 is a "symmetrical" device and that this device could also be operated by positioning the laser 20 not opposite optics 45 but facing optics 46 and then recovering a light beam of fixed direction, not on the side of the optics 46 but on the side of the optics 45.
On explique ci-après le fonctionnement du dispositif schématiquement représenté sur la figure 3, en se référant aux figures 4 et 5.The operation of the device shown diagrammatically in FIG. 3 is explained below, with reference to FIGS. 4 and 5.
Pour ce faire, on utilise les notations suivantes :To do this, we use the following notations:
- le faisceau lumineux issu du laser 20 est associé à un vecteur d'onde kO et à une fréquence optique fO,the light beam coming from the laser 20 is associated with a wave vector kO and with an optical frequency f0,
- les ondes acoustiques engendrées dans les blocs 12 et 14 sont associées à un vecteur d'onde K et à la fréquence acoustique f,the acoustic waves generated in the blocks 12 and 14 are associated with a wave vector K and with the acoustic frequency f,
- le faisceau lumineux issu du bloc 12 est associé à un vecteur d'onde k1 et à une fréquence optique f1, etthe light beam coming from block 12 is associated with a wave vector k1 and with an optical frequency f1, and
- le faisceau lumineux issu du bloc 14 est associé à un vecteur d'onde k2 et à une fréquence optique f2.- The light beam from the block 14 is associated with a wave vector k2 and an optical frequency f2.
Pour l'angle de Bragg Ab et la fréquence f, on peut écrire Les égalités suivantes : k2 = k1 + K = kO + 2K (égalités vectorielles)f2 = f1 + f = fO + 2f.For the Bragg angle Ab and the frequency f, we can write The following equalities: k2 = k1 + K = kO + 2K (vector equalities) f2 = f1 + f = f0 + 2f.
Les extrémités des vecteurs kO, k1 et k2 sont sur un même cercle C2 de centre 02.The ends of the vectors kO, k1 and k2 are on the same circle C2 of center 02.
Si La fréquence acoustique varie d'une quantité df (dans les deux blocs 12 et 14), la déflexion angulaire du faisceau diffracté par le premier bloc 12 varie d'une quantité dAb.If the acoustic frequency varies by a quantity df (in the two blocks 12 and 14), the angular deflection of the beam diffracted by the first block 12 varies by a quantity dAb.
Cette quantité dAb est transformée en son opposée -dAb par l'optique de compensation 8.This quantity dAb is transformed into its opposite -dAb by the optics of compensation 8.
Alors, l'angle d'incidence du faisceau lumineux qui arrive sur le bloc 14 est égal à Ab-dAb et le faisceau diffracté par ce deuxième bloc 14 conserve son angle Ab : sa direction reste donc fixe quelle que soit la variation df de la fréquence acoustique.Then, the angle of incidence of the light beam arriving on the block 14 is equal to Ab-dAb and the beam diffracted by the second block 14 retains its angle Ab: its direction remains fixed regardless of the variation df of the acoustic frequency.
Ceci est illustré par la figure 5 sur laquelle dK représente la variation de vecteur d'onde acoustique relative à la variation df de fréquence a coust i que .This is illustrated by FIG. 5, in which dK represents the acoustic wave vector variation relative to the variation df of frequency a coust i que.
De façon simultanée dans les deux blocs 12 et 14, Les caractéristiques de l'onde acoustique passent de : (K, f)Simultaneously in the two blocks 12 and 14, the characteristics of the acoustic wave go from: (K, f)
(K + dK, f + df) Alors, Les caractéristiques du faisceau lumineux 24 produit par le bloc 12 passent de : (k1, f1) à : (k1 + dK, f1 + df) Après l'optique de compensation 8, les caractéristiques de ce faisceau 24 deviennent :(K + dK, f + df) Then, the characteristics of the light beam 24 produced by the block 12 go from: (k1, f1) to: (k1 + dK, f1 + df) After the compensation optics 8, the characteristics of this beam 24 become:
(k1 - dK, f1 + df)(k1 - dK, f1 + df)
Enfin, les caractéristiques du faisceau 26produit par le bloc 14 passentFinally, the characteristics of the beam 26 produced by block 14 pass
de : (k2, f2)from: (k2, f2)
à : (k1 - dK + K + dK, f1 + df + f + df) c'est-à-direto: (k1 - dK + K + dK, f1 + df + f + df) i.e.
(k2, f2 + 2df ) .(k2, f2 + 2df).
On retrouve donc que le faisceau lumineux issu du dispositif représenté sur la figure 3 conserve une direction fixe quel que soit df mais que sa fréquence optique est déplacée de 2(f + df) par rapport au faisceau d'entrée 22.It is thus found that the light beam coming from the device represented in FIG. 3 maintains a fixed direction irrespective of df but that its optical frequency is displaced by 2 (f + df) with respect to the input beam 22.
On remarquera que, sur la figure 5, la construction des vecteurs d'onde relatifs au premier déflecteur 2 est "ramenée" à la construction des vecteurs d'onde relatifs au deuxième déflecteur 4 (d'où une rotation du référentiel relatif au déflecteur 2 d'un angle valant 2.Ab. Etant donné que les blocs 12 et 14 sont identiques et conjugués l'un de l'autre, avec un grandisse ent unitaire, dans l'exemple de la figure 3, les zones d'interaction entre les ondes acoustiques et le faisceau laser dans les deux blocs 12 et 14 sont sensiblement identiques.It will be noted that, in FIG. 5, the construction of the wave vectors relating to the first deflector 2 is "reduced" to the construction of the wave vectors relating to the second deflector 4 (hence a rotation of the reference relative to the deflector 2 an angle of 2.Ab. Since the blocks 12 and 14 are identical and conjugate to one another, with unitary growth, in the example of FIG. 3, the interaction zones between the acoustic waves and the laser beam in the two blocks 12 and 14 are substantially identical.
La taille de ces zones fixe la récurrencelimite de balayage en fréquence du faisceau laser issu du dispositif représenté sur la figure 3.The size of these zones fixes the frequency scanning recurrence of the laser beam from the device shown in FIG. 3.
La récurrence ("répétition rate" dans les publications en lanque anglaise) du balayage est la fréquence à laquelle a lieu ce balayage.The recurrence ("repetition misses" in the English language publications) of the scan is the frequency with which this scan takes place.
Pour accéder à des récurrences élevées de balayage en fréquence du faisceau laser, il convient de focaliser ce faisceau laser dans les blocs 12 et 14 de façon à rendre le plus court possible le temps detransit des ondes acoustiques dans ce faisceau, tout en conservant une divergence faible du faisceau laser.To access high recurrences of frequency sweeping of the laser beam, it is advisable to focus this laser beam in the blocks 12 and 14 so as to make the time as short as possible. transit of acoustic waves in this beam, while maintaining a low divergence of the laser beam.
On notera que le dispositif schématiquement représenté sur ta figure 3 permet d'augmenter, ou de diminuer, la fréquence du faisceau laser incident du double de la fréquence des ondes acoustiques engendrées dans les blocs 12 et 14.It will be noted that the device diagrammatically shown in FIG. 3 makes it possible to increase or decrease the frequency of the incident laser beam by twice the frequency of the acoustic waves generated in the blocks 12 and 14.
Dans le cas de la figure 3, les ondes acoustiques se dirigent vers le faisceau laser et la fréquence de ce dernier est augmentée du double de la fréquence des ondes acoustiques (ordre de diffraction :In the case of Figure 3, the acoustic waves are directed towards the laser beam and the frequency of the latter is increased by twice the frequency of the acoustic waves (diffraction order:
+ 1) .+ 1).
Dans le cas contraire, les ondes acoustiques s'éloigneraient du faisceau laser et la fréquence de ce dernier serait diminuée du double de la fréquence des ondes acoustiques (ordre de diffraction : -1).In the opposite case, the acoustic waves would move away from the laser beam and the frequency of the latter would be reduced by twice the frequency of the acoustic waves (diffraction order: -1).
En ce qui concerne le rendement de diffraction et la bande passante du dispositif schématiquement représenté sur ta figure 3, le rendement de diffraction relatif à un déflecteur acousto-optique s'exprime, dans les conditions deWith regard to the diffraction efficiency and the bandwidth of the device diagrammatically shown in FIG. 3, the diffraction efficiency relating to an acousto-optical deflector is expressed, under the conditions of FIG.
Bragg, comme le rapport de la puissance du faisceau laser dans l'ordre de diffraction 1 à la puissance du faisceau laser incident. Ce rendement est proportionnel à la puissance acoustique Pac absorbée par le milieu photo-élastique de ce déflecteur et à un facteur de mérite M de ce milieu.Bragg, as the ratio of the power of the laser beam in the diffraction order 1 to the power of the incident laser beam. This efficiency is proportional to the acoustic power Pac absorbed by the photoelastic medium of this deflector and to a merit factor M of this medium.
En considérant les ondes acoustiques et les ondes électromagnétiques (associées au faisceau laser) comme des ondes planes, on aboutit à une bande passante à mi-hauteur Bf égale à :By considering the acoustic waves and the electromagnetic waves (associated with the laser beam) as plane waves, one reaches a bandwidth at half height Bf equal to:
Bf = 2.n.Vs /(e.f .1)où n est l'indice de réfraction du milieu photoélastique, l est la longueur d'onde optique du faisceau laser dans le vide, f est la fréquence des ondes acoustiques, Vs est la vitesse de ces ondes acoustiques et e est la distance entre la face d'entrée et la face de sortie du ilieu photo-élastique du déflecteur acousto-opt i que .Bf = 2.n.Vs / (ef .1) where n is the refractive index of the photoelastic medium, 1 is the optical wavelength of the laser beam in the vacuum, f is the frequency of the acoustic waves, Vs is the speed of these acoustic waves and e is the distance between the input face and the output face of the photoelastic eye of the acousto-opt deflector i.
Dans le dispositif schématiquement représenté sur la figure 3, il faut tenir compte d'un certain nombre de paramètres expérimentaux, à savoir :In the device diagrammatically shown in FIG. 3, a number of experimental parameters must be taken into account, namely:
- la focalisation des faisceaux lasers dans les blocs 12 et 14,the focusing of the laser beams in the blocks 12 and 14,
- la divergence des ondes acoustiques par di f f ract i on, et - la répartition d'intensité dans le faisceau laser qui est par exemple de type gaussien.the divergence of the acoustic waves by di ffact, and the distribution of intensity in the laser beam which is for example Gaussian type.
Ces paramètres sont fixés par les performances souhaitées pour ce dispositif, à savoir : une bande passante i portante (Bf/f de l'ordre de 0,2 à 0,3), et court temps de transit des ondes acoustiques dans le faisceau laser, de façon à atte ndre des récurrences de balayage élevées.These parameters are fixed by the desired performances for this device, namely: a carrying bandwidth i (Bf / f of the order of 0.2 to 0.3), and short transit time of the acoustic waves in the laser beam , so as to achieve high scanning recurrences.
On a intérêt à adater au mieux la divergence du faisceau laser à celle de l'onde acoustique dans chaque bloc : la condition de Bragg est vérifiée pour un ensemble de vecteurs d'ondes optiques de dispersion DkO et un ensemble de vecteurs d'ondes acoustiques de d i spersi on DK. Pour un déflecteur, le rapport des divergences optique et acoustique est égal à :It is advantageous to adhere at best the divergence of the laser beam to that of the acoustic wave in each block: the Bragg condition is verified for a set of scattering optical wave vectors DkO and a set of acoustic wave vectors from di spersi on DK. For a deflector, the ratio of optical and acoustic divergences is equal to:
a = 2. I. e.f /(pi .rO.Vs)a = 2. I. e.f / (pi .rO.Vs)
où pi est le nombre bien connu qui vaut environ 3,14 etr0 est le "waist" (dimension minimale) du faisceau laser au niveau du milieu photo-élastique du déflecteur.where pi is the well-known number that is worth about 3.14 and r0 is the "waist" (minimum dimension) of the laser beam at the level of the photoelastic medium of the deflector.
Si ce paramètre a est voisin de 1, le temps de montée tm du déflecteur est compris entreIf this parameter a is close to 1, the rise time tm of the deflector is between
1,3X(rO/Vs) et 2x(rO/Vs).1.3X (rO / Vs) and 2x (rO / Vs).
Les paramètres a et tm fixent la récurrence maximale du balayage en fréquence à 1/tm.The parameters a and tm set the maximum recurrence of the frequency sweep at 1 / tm.
Comme on l'a déjà indiqué, le dispositif schématiquement représenté sur la figure 3 est un dispositif "symétrique".As already indicated, the device diagrammatically shown in FIG. 3 is a "symmetrical" device.
Cependant, il est possible de réaliser un dispositif conforme à l'invention de typeHowever, it is possible to produce a device according to the invention of type
"dissymétrique", dans lequel les milieux photoélastiques respectifs des déflecteurs acousto-optiques ne sont pas de même nature (les vitesses de propagation des ondes acoustiques dans ces milieux étant alors différentes l'une de l'autre)."asymmetrical", wherein the respective photoelastic media of the acousto-optical deflectors are not of the same nature (the propagation velocities of the acoustic waves in these media then being different from one another).
On positionne alors convenablement les deux déflecteurs par rapport à l'optique de compensation et l'on oriente encore convenablement ces deux déflecteurs, de façon que le faisceau lumineux issu du dispositif conserve une direction fixe lorsque sa fréquence optique varie. Les documents (1) à (10) dont il est question au début de la présente description sont les suivants :The two deflectors are then suitably positioned with respect to the compensation optics and these two baffles are still suitably orientated, so that the light beam coming from the device maintains a fixed direction when its optical frequency varies. The documents (1) to (10) referred to at the beginning of this description are as follows:
(1) Acousto-opt i es, A. Korpel, Marcel Dekker Inc., New York(1) Acousto-opts, A. Korpel, Marcel Dekker Inc., New York
(2) Design considérations for acousto-opt i c devices, E.H. Young Jr. et S.K. Yao, Proceedings of the IEEE, vol.69, n°1, janvier 1981, p.54 à 64(2) Design considerations for acousto-opt devices, E.H. Young Jr. and S.K. Yao, Proceedings of the IEEE, vol.69, No. 1, January 1981, p.54-64.
(3) Acousto-opt i es -A review of f undament a ls,A. Korpel, Proceedings of the IEEE, vol.69, n°1, janvier 1981, p. 8 à 53(3) Acousto-opt i es -A review of f undament a ls, A. Korpel, Proceedings of the IEEE, vol.69, No. 1, January 1981, p. 8 to 53
(4) Optical considérations for an acousto-opt i c deflector, L.D. Dickson, Applied optics, vol.11, n°10, octobre 1972, p.2196 à 2202(4) Optical considerations for an acousto-opt deflector, L.D. Dickson, Applied Optics, Vol.11, No. 10, October 1972, p.2196-2202
(5) Hi gh-f requency crystal aeoustooptie deflector,(5) Hi gh-f crystal requrance aeoustooptie deflector,
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Claims (10)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Family Applications (1)
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| FR9100740A Pending FR2904735A1 (en) | 1991-01-23 | 1991-01-23 | Acousto-optic deflection device for e.g. frequency scanning of laser, has compensation optics that is placed between acousto-optic deflectors and compensates direction variation of diffracted beam produced by one of deflectors |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103928836A (en) * | 2014-04-08 | 2014-07-16 | 中国科学院武汉物理与数学研究所 | All-solid-state laser capable of outputting three kinds of frequencies |
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| CN103928836B (en) * | 2014-04-08 | 2016-07-27 | 中国科学院武汉物理与数学研究所 | The all solid state laser of exportable three kinds of frequencies |
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