FR2904736A1

FR2904736A1 - Phase modulator for spreading spectral density of laser beam, has quarter wave line with external and internal conductors separated by dielectric and connected by short circuit, where circuit is displaced along conductors

Info

Publication number: FR2904736A1
Application number: FR8809396A
Authority: FR
Inventors: Rene E Joly
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1988-07-11
Filing date: 1988-07-11
Publication date: 2008-02-08

Abstract

The modulator has a coaxial quarter wave line (55) adapting impedances of a generator (100) and a piezoelectric crystal (19) in a support. The length of the line is (2n+1) times the quarter of wavelength of electromagnetic signal, where n is positive integer or null. The line has external and internal conductors (61, 62) separated by a dielectric (59) i.e. air, and connected by a short circuit (60). The circuit is displaced along the conductors and forms an end of the line. The crystal is fixed by armatures (21, 22) connected to the conductors, line`s another end and to a voltage antinode.

Description

MODULATEUR DE PHASE POUR FAISCEAU LASER Descript on La présente inven ion a pour objet un modulateur de phase pour faisceau laser. ELle s'applique notamment à l'élargissement de la bande spectrale d'un faisceau laser. Pour être modulé, un faisceau laser traverse un cristal piézoélectrique soumis à un signal électromagnétique de haute fréquence (pouvant aller de 100 à 1000 MHz). Les générateurs du commerce capables de fournir un tel signal ont une impédance de sortie purement résistive de 50 Ohms. L'adaptation des impédances du cristal et du générateur pose un problème crucial à l'homme du métier. Dans le meilleur des cas où les deux impédances sont égales, seule la moitié de la puissance fournie par te générateur est consommée par Le cristal. Il faut tenir compte en plus des pertes dans des résistances de fuite parasites (effet de peau, connecteurs de Liaison). Moins l'adaptation des impédances est réalisée et moins Le cristal consomme de la puissance fournie par le générateur. Parmi les différentes méthodes connues d'adaptation d'impédances, peu sont utilisables dans Le cas d'un modulateur de phase pour faisceau Laser. Le cristal, équivalant schématiquement à une capacité reliée en parallèLe à une résistance, présente en outre dans un circuit des self inductions et des capacités parasites ; d'autre part, l'utilisation de fréquences supérieures ou égales à 200 MHz renforce la difficulté. The present invention relates to a phase modulator for a laser beam. It applies in particular to the broadening of the spectral band of a laser beam. To be modulated, a laser beam passes through a piezoelectric crystal subjected to a high frequency electromagnetic signal (ranging from 100 to 1000 MHz). Commercial generators capable of providing such a signal have a purely resistive output impedance of 50 ohms. The adaptation of the impedances of the crystal and the generator poses a crucial problem for the skilled person. In the best case where the two impedances are equal, only half of the power supplied by the generator is consumed by the crystal. In addition to the losses in parasitic leakage resistances (skin effect, connection connectors), it is necessary to take into account. Less impedance matching is achieved and less The crystal consumes power provided by the generator. Among the various known methods of impedance matching, few can be used in the case of a laser beam phase modulator. The crystal, schematically equivalent to a capacitance connected in parallel with a resistor, has moreover in a circuit self inductions and parasitic capacitances; on the other hand, the use of frequencies greater than or equal to 200 MHz increases the difficulty.

Un dispositif connu de l'homme de métier est représenté schématiquement sur Les figures 1A et 1B. IL s'agit du dispositif décrit dans l'article "Efficient e Lee t ro-opt i c modulator for optical pumping of Na beams" de J.F. Kelly et A. Gallagher pubLié dans Rev. Sci. Instrum 58(4) April 1987. La figure 1A représente en perspective l'élément essentiel de ce modulateur. Le couplage entre le cristal 20 et l'alimentation (non représentée) est effectué par une antenne. Cette antenne est en forme de cylindre 10 et joue en même temps le rôle de self induction. Le cristal 20 est tenu par des rabats 15, 16 le long d'une génératrice du cylindre 10. Le circuit regroupant le cristal 20 et le cylindre 10 est équivalent à un circuit résonnant. Ce circuit résonnant n'est pas assimiblable à une cavité résonnante, dans la mesure où il ne s'agit pas ici de créer un système d'ondes stationnai res dans un milieu délimité par des parois réfléchissantes.A device known to those skilled in the art is shown schematically in FIGS. 1A and 1B. This is the device described in the article "Efficient e Lee t ro-opt ic modulator for optical pumping of Na beams" by JF Kelly and A. Gallagher published in Rev. Sci. Instrum 58 (4) April 1987. Figure 1A shows in perspective the essential element of this modulator. The coupling between the crystal 20 and the power supply (not shown) is performed by an antenna. This antenna is in the form of cylinder 10 and at the same time plays the role of self induction. The crystal 20 is held by flaps 15, 16 along a generatrix of the cylinder 10. The circuit uniting the crystal 20 and the cylinder 10 is equivalent to a resonant circuit. This resonant circuit is not comparable to a resonant cavity, since it is not a question here of creating a stationary wave system in a medium delimited by reflecting walls.

La figure 1B représente schématiquement une vue de dessus de ce dispositif connu. Le couplage avec l'alimentation (non représentée) s'effectue par une boucle 25 reliée par une connexion 30 à un câble coaxial permettant l'arrivée du signal délivré par L * a L i ent at i on . Ce dispositif présente l'inconvénient d'être rayonnant, phénomène très gênant aux fréquences d'utilisation qui correspondent aux bandes radiophoniques et/ou télévision. L'ensemble doit donc être maintenu dans un boîtier blindé 50. Le cylindre 10 est fixé par ses rabats 15, 16 à un support 45 vissé au boîtier 50. Les vis 40 agissant sur le rabat 15 permettent l'ajustement de la valeur de la self induction constituée par le cylindre 10, ceci par déformation de ce cylindre 10. Par contre, ce dispositif ne permet pas d'avoir une a c cordabi l i t é du circuit résonnant. En effet, ce circuit est résonnant à une fréquence déterminée par deux paramètres : le rayon du cylindre 10 et l'épaisseur du cristal 20. Pour un dispositif déterminé, ces deux paramètres sont difficilement variables. Ce dispositif présente un autre inconvénient : il n'est pas possible de réaliser une sonde caractérisant le champ électrique régnant dans le dispositif sans perturber la mesure tant l'impédance du cristal 20 est grande. On ne peut qu'observer les caractéristiques de la modulation par leurs effets sur le faisceau laser.Figure 1B schematically shows a top view of this known device. The coupling with the power supply (not shown) is effected by a loop 25 connected by a connection 30 to a coaxial cable allowing the arrival of the signal delivered by L * a L i ent at i on. This device has the disadvantage of being radiating, a very annoying phenomenon at the frequencies of use which correspond to the radio and / or television bands. The assembly must therefore be maintained in a shielded housing 50. The cylinder 10 is fixed by its flaps 15, 16 to a support 45 screwed to the housing 50. The screws 40 acting on the flap 15 allow the adjustment of the value of the self induction constituted by the cylinder 10, this by deformation of the cylinder 10. By cons, this device does not allow a ac cordabi read the resonant circuit. Indeed, this circuit is resonant at a frequency determined by two parameters: the radius of the cylinder 10 and the thickness of the crystal 20. For a given device, these two parameters are difficult to vary. This device has another drawback: it is not possible to make a probe characterizing the electric field prevailing in the device without disturbing the measurement as the impedance of the crystal 20 is large. We can only observe the characteristics of the modulation by their effects on the laser beam.

Le but de la présente invention est de permettre un bon couplage entre l'impédance de l'alimentation et celle du cristal en palliant les inconvénients présentés par les dispositifs connus.The object of the present invention is to allow a good coupling between the impedance of the power supply and that of the crystal by overcoming the disadvantages presented by the known devices.

Pour ce faire, l'invention préconise une adaptation des impédances du cristal et de l'alimentation par l'intermédiaire d'une ligne quart d'onde formant une cavité résonnante.To do this, the invention recommends an adaptation of the impedances of the crystal and the power supply via a quarter-wave line forming a resonant cavity.

De manière plus précise, la présente invention concerne un modulateur de phase pour faisceau laser comprenant :More specifically, the present invention relates to a laser beam phase modulator comprising:

- un générateur délivrant un signal électromagnétique de haute fréquence sur une sortie S,a generator delivering a high frequency electromagnetic signal on an output S,

- un cristal piézoélectrique,a piezoelectric crystal,

- des moyens pour adapter L'impédance du cristal à l'impédance du générateur, ces moyens étant couplés d'une part à la sortie du générateur et d'autre part au cristal, caractérisé en ce que : les moyens pour adapter l'impédance du cristal à l'i pédance du générateur sont constitués d'une ligne longue de (2n + 1), avec n entier positif ou nul, fois le quart de la longueur d'onde du signal électromagnétique de haute fréquence, ligne consistant en deux conducteurs séparés par un diélectrique et reliés par un court-circuit apte à se déplacer le long de ces conducteurs et formant une première extrémité de la ligne, la Ligne formant une cavité résonnante couplée au générateur, et en ce que le cristal est fixé par deux armatures reliées chacune à un des deux conducteurs, à une seconde extrémité de la ligne, à un ventre d'une tension transportée dans la ligne et correspondant au signal électromagnétique de haute f réquence .means for adapting the impedance of the crystal to the impedance of the generator, these means being coupled on the one hand to the output of the generator and on the other hand to the crystal, characterized in that: the means for adapting the impedance from the crystal to the pedestrians of the generator consist of a long line of (2n + 1), with n positive integer or zero, times a quarter of the wavelength of the high frequency electromagnetic signal, line consisting of two conductors separated by a dielectric and connected by a short circuit adapted to move along these conductors and forming a first end of the line, the line forming a resonant cavity coupled to the generator, and in that the crystal is fixed by two frames each connected to one of the two conductors, at a second end of the line, to a belly of a voltage carried in the line and corresponding to the high frequency electromagnetic signal.

En déplaçant le court-circuit le long des conducteurs, on modifie la longueur de la ligne ; cela permet d'accorder la ca ité sur une certaine gamme de longueurs d'onde, en fonction de la longueur des conducteurs utilisés.By moving the short circuit along the conductors, the length of the line is changed; this allows the ca ity to be tuned over a certain range of wavelengths, depending on the length of the conductors used.

Selon un mode préféré de réalisation, on utilise une Ligne coaxiale présentant l'avantage de ne pas rayonne r .According to a preferred embodiment, a coaxial line having the advantage of not radiating r is used.

Dans un mode préféré de réalisation, la ligne est quart d'onde au sens strict du terme, c'està-dire que n = o. C'est dans cette configuration qu'elle est la plus courte et donc la moins encombrante. Les ordres supérieurs de n peuvent être utilisés pour un éventuel transport de l'énergie électromagnétique sur de plus longues distances.In a preferred embodiment, the line is quarter wave in the strict sense of the term, that is, n = o. It is in this configuration that it is the shortest and therefore the least bulky. The higher orders of n can be used for a possible transport of electromagnetic energy over longer distances.

Selon un mode préféré de réalisation, une sonde de tension est placée au même ventre de tension de la ligne que le cristal. Cette sonde permet de caractériser l'état du signal transporté par la Ligne à la position où est fixé le cristal.According to a preferred embodiment, a voltage probe is placed at the same voltage belly of the line as the crystal. This probe makes it possible to characterize the state of the signal carried by the Line at the position where the crystal is fixed.

Selon un autre mode de réalisation le couplage entre le générateur et la ligne s'effectue par l'intermédiaire d'une boucle en matériau conducteur placée à l'intérieur de ta ligne, cette boucle étant reliée à la sortie S du générateur.According to another embodiment, the coupling between the generator and the line is effected via a loop of conductive material placed inside the line, this loop being connected to the output S of the generator.

Cette boucle peut aussi se déplacer à l'intérieur de la ligne de manière à sui re Les déplacements éventuels du court-circuit pour des accords à des longueurs d'onde différentes. Ces déplacements po s s i blés à l'intérieur de la Ligne permettent aussi d'ajuster finement le couplage entre la ligne et le générateur.This loop can also move within the line so as to follow the possible shorts of the short circuit for chords at different wavelengths. These movable movements within the Line also allow for ter the coupling between the line and the generator.

Le cristal est maintenu dans un support en matériau insensible au champ électromagnétique haute fréquence. Ledit support comprenant deux ouvertures en regard, ledit support étant fixé sur un capot conducteur lui-même fixé au conducteur externe de la ligne, une des armatures du cristal étant reliée à ce capot conducteur. Les deux ouvertures du support sont pourvues de fenêtres en matériau insensible au champ électromagnétique de haute fréquence et transparent à la longueur d'onde du faisceau laser.The crystal is held in a medium of material insensitive to the high frequency electromagnetic field. Said support comprising two openings facing each other, said support being fixed on a conductive cover itself fixed to the outer conductor of the line, one of the armatures of the crystal being connected to this conductive cover. The two openings of the support are provided with windows of material insensitive to the electromagnetic field of high frequency and transparent to the wavelength of the laser beam.

Ces fenêtres sont de manière préférée en verre. Elles sont au contact du cristal et permettent son maintien.These windows are preferably made of glass. They are in contact with the crystal and allow its maintenance.

Le choix du diélectrique séparant les deux conducteurs de ta ligne influe sur les caractéristiques géométrique de cette dernière. De préférence, on utilise de l'air.The choice of the dielectric separating the two conductors of the line affects the geometric characteristics of the latter. Preferably, air is used.

Le cristal piézoélectrique peut être en oxyde mixte de métaux. On peut citer les oxydes mixtes de niobium, de tantale, de titane, de baryum, ete . On peut par exemple utiliser le niobate de lithium Li bθ3), le tantalate de lithium LiTaÛ3 , le titanate de baryum BaTiθ3), le niobate de Strontium et de baryum Ba2SrNb5θι 5) , le niobate de potassium (K bθ3 , le niobate de baryum et de sodium Ba NaNb5θ-| 5) .The piezoelectric crystal may be of mixed metal oxide. There may be mentioned mixed oxides of niobium, tantalum, titanium, barium, and summer. For example, lithium niobate Li bθ3), lithium tantalate LiTaO 3, barium titanate BaTiO 3), strontium niobate and barium Ba 2 SnN 5 5 (5), potassium niobate (K bθ 3, barium niobate and of sodium Ba NaNb5θ- | 5).

De préférence, on utilise le niobate de lithium ou le tantalate de lithium.Preferably, lithium niobate or lithium tantalate is used.

Les conducteurs de la ligne, les armatures du cristal et le capot conducteur doivent présenter des propriétés conductrices les meilleures possibles.The conductors of the line, the armatures of the crystal and the conductive cover must have conductive properties the best possible.

Dans le domaine des hautes fréquences, la conduction s'effectue principalement en surface (conduction par "effet de peau"). On utilise de préférence pour tous les éléments de conduction du cuivre doré.In the high frequency domain, conduction occurs mainly at the surface (conduction by "skin effect"). For all conduction elements of gold copper, preference is given.

Le support du cristal est de manière préférée en polytétrafluoréthylène plus connu sous l'appellation de Téflon. Ce matériau réagit très peu sous l'influence d'un champ électromagnétique.The support of the crystal is preferably polytetrafluoroethylene better known as Teflon. This material reacts very little under the influence of an electromagnetic field.

Un dispositif selon l'invention réalise une onde stationnai re dans un conducteur (la ligne quart d'onde en court-circuit à une extrémité, ouverte sur le cristal à l'autre). L'extrémité fermée de la ligne se trouve à un noeud de tension et à un ventre de courant alors que l'extrémité ouverte se trouve à un ventre de tension et à un noeud de courant. Le cristal est placé dans le champ électrique qui règne dans la cavité. Pour obtenir la tension maximum avec la puissance in ectée minimum, le cristal est disposé au ventre de La tension soit à une distance de λ/4 (où λ est la longueur d'onde du signal électromagnétique) de l'extrémité fermée. Cette cavité (la ligne quart d'onde) joue le rôle d'adaptateur d'impédance. Par construction, le dispositif selon l'invention est non rayonnant. De plus, la variation de la longueur de la ligne quart d'onde permet une plage d'accordabilité en fréquence et donc l ' éa rgi ssement de la bande spectrale du laser suivant une étendue variable à volonté. Enfin une sonde de très haute impédance intégrée au dispositif permet ta caractérisation du champ électrique régnant dans la ca ité. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux après la description qui suit donnée à titre explicatif et nullement limitatif. Cette description se réfère à des dessins annexés sur lesque l s : - la figure 1A, déjà décrite, représente schématiquement en perspective les éléments essentiels d'un modulateur de phase pour faisceau laser selon l'art antérieur ; - la figure 1B, dé à décrite, représente schématiquement une coupe transversale de ce dispositif connu ;A device according to the invention produces a stationary wave in a conductor (the quarter-wave line short-circuited at one end, open on the crystal to the other). The closed end of the line is at a voltage node and a current belly while the open end is at a voltage belly and a current node. The crystal is placed in the electric field that reigns in the cavity. To obtain the maximum voltage with the minimum in ected power, the crystal is placed at the belly of the voltage at a distance of λ / 4 (where λ is the wavelength of the electromagnetic signal) of the closed end. This cavity (the quarter-wave line) acts as an impedance adapter. By construction, the device according to the invention is non-radiating. In addition, the variation in the length of the quarter-wave line allows a range of frequency tunability and thus the shifting of the spectral band of the laser in a variable range at will. Finally, a probe of very high impedance integrated into the device allows the characterization of the electric field prevailing in the ca ity. Other characteristics and advantages of the invention will appear better after the following description given for explanatory and not limiting. This description refers to the appended drawings on which: - Figure 1A, already described, schematically shows in perspective the essential elements of a laser beam phase modulator according to the prior art; - Figure 1B, d to described, schematically shows a cross section of this known device;

- La figure 2 représente schématiquement une vue générale d'un dispositif selon l'invention ; - la figure 3 représente schématiquement une vue en coupe de la ligne coaxiale ;- Figure 2 schematically shows a general view of a device according to the invention; - Figure 3 schematically shows a sectional view of the coaxial line;

- la figure 4 représente schématiquement une autre vue en coupe de la ligne coaxiale.- Figure 4 shows schematically another sectional view of the coaxial line.

La figure 2 représente schématiquement une vue générale d'un dispositif selon l'invention. Le générateur 100 est constitué :Figure 2 schematically shows a general view of a device according to the invention. The generator 100 consists of:

- d'un oscillateur 105 qui délivre un signal électromagnétique de haute fréquence pouvant varier de 50 à 1000 MHz, - d'un amplificateur de puissance 110, caractérisé par une possibilité d'un gain de 50 dB sur une gamme de fréquences s'étendant de 10 à 400 MHz, cet amplificateur de puissance étant relié à l'oscillateur 105, - d'un wattmètre réf lect omet re 115 relié d'une part à l'ampl ficateur 110 et d'autre part à une sortie S de l'alimentation 100 ; ce wattmètre réf lect romèt re 115 permet la mesure de la puissance incidente délivrée sur la sortie S et la puissance réfléchie par le circuit extérieur, il permet donc de vérifier l'état de l'adaptation d'i pédance ; le générateur 100 possède une résistance de sortie de 50 Ohms.an oscillator 105 which delivers a high frequency electromagnetic signal which can vary from 50 to 1000 MHz, a power amplifier 110, characterized by a possibility of a gain of 50 dB over a range of frequencies extending from 10 to 400 MHz, this power amplifier being connected to the oscillator 105, a power meter read ref om 115 connected on the one hand to the amplifier 110 and secondly to an output S of the feeding 100; this wattmeter ref lect romèt re 115 allows the measurement of the incident power delivered on the output S and the power reflected by the external circuit, it thus makes it possible to check the state of the adaptation of i pedance; the generator 100 has an output resistor of 50 Ohms.

Le générateur 100 délivre un signal électromagnétique de haute fréquence sur sa sortie S. Cette fréquence est de 200 MHz par exemple.The generator 100 delivers a high frequency electromagnetic signal on its output S. This frequency is 200 MHz for example.

La sortie S est reliée par un câble coaxial 36 à une ligne coaxiale 55 quart d'onde à la longueur d'onde du signal électromagnétique de haute fréquence. Le couplage entre la ligne coaxiale 55 et le générateur 100 est assuré par une boucle 26 en matériau conducteur, du cuivre par exemple, qui forme une antenne émettrice. Cette boucle 26 est placée à l'intérieur de la Ligne coaxiale 55, elle est reliée au câble coa ial 36 par une connexion 31, une prise de type N fabriquée par la Société Radial par exemple.The output S is connected by a coaxial cable 36 to a coaxial line 55 quarter wave at the wavelength of the high frequency electromagnetic signal. The coupling between the coaxial line 55 and the generator 100 is provided by a loop 26 of conductive material, copper for example, which forms an emitter antenna. This loop 26 is placed inside the coaxial line 55, it is connected to the coaial cable 36 by a connection 31, an N type socket manufactured by the Radial Company for example.

La ligne coaxiale 55 comporte un conducteur externe 61 (blindage) et un conducteur interne (âme) 62 en cuivre doré par exemple, séparés par un diélectrique 59, de l'air par exemple. La ligne 55 comporte un court-circuit 60 à une de ses extrémités, et est ouverte à l'autre, de manière à former une cavité résonnante. La boucle 26 de couplage est placée à l'extrémité fermée (en court-circuit). Le cristal 19 piézoélectrique en niobate de lithium par exemple, centre de l'interaction entre l'onde électromagnétique haute fréquence et le faisceau laser est fixé sur un support 64 en matériau insensible au champ électromagnétique, du Téflon par exemple. Le cristal 19 est maintenu en contact électrique avec deux armatures 21, 22 en métal conducteur, du cuivre doré par exemple. La première armature 21 est en contact avec Le conducteur externe 61 de la ligne coaxiale 55, la seconde armature 22 est en contact électrique avec le conducteur interne 62 de la ligne coaxiale 55. Le support 64 est lui-même fixé sur un capot 63 en métal conducteur, du cuivre doré, fixé sur le conducteur externe 61 de la ligne 55.The coaxial line 55 comprises an outer conductor 61 (shielding) and an inner conductor (core) 62 made of gilded copper, for example, separated by a dielectric 59, air for example. Line 55 has a short circuit 60 at one of its ends, and is open to the other, so as to form a resonant cavity. The coupling loop 26 is placed at the closed end (in short circuit). For example, the lithium niobate piezoelectric crystal 19, which is the center of the interaction between the high frequency electromagnetic wave and the laser beam, is fixed on a support 64 made of electromagnetic field insensitive material, for example Teflon. The crystal 19 is kept in electrical contact with two frames 21, 22 of conductive metal, gilded copper for example. The first armature 21 is in contact with the outer conductor 61 of the coaxial line 55, the second armature 22 is in electrical contact with the inner conductor 62 of the coaxial line 55. The support 64 is itself fixed on a cover 63 in conductive metal, gold-plated copper, fixed on the outer conductor 61 of the line 55.

Une sonde 65 à effet de champ est fixée sur la ligne coaxiale 55 au même ventre de tension que le cristal 19. La sonde 65 est reliée à un oscilloscope 70 permettant la visualisation de la mesure du champ électromagnétique de haute fréquence régnant à l'intérieur de la Ligne coaxiale 55 pendant l'utilisation du modulateur.A field effect probe 65 is fixed on the coaxial line 55 to the same belly The probe 65 is connected to an oscilloscope 70 for viewing the measurement of the high frequency electromagnetic field prevailing inside the coaxial line 55 during the use of the modulator.

La figure 3 représente schématiquement une vue en coupe de la ligne coaxiale 55. La ligne 55 est cylindrique par exemple. Le conducteur externe 61 est constitué pa un conduit de rayon r2. Le conducteur interne 62 est constitué par une tige de rayon r1. L'obtention d'une impédance caractéristique Zc de la ligne 55 à la valeur désirée (comprise entre 50 et 100 Ohms) passe par le respect de la formule bien connue :

Figure 3 schematically shows a sectional view of the coaxial line 55. The line 55 is cylindrical for example. The outer conductor 61 is constituted by a conduit of radius r2. The inner conductor 62 is constituted by a rod of radius r1. Obtaining a characteristic impedance Zc of line 55 at the desired value (between 50 and 100 Ohms) passes by the respect of the well-known formula:

-6 est la permittivité relati e du diélectrique utilisé (L'air par exemple). -K est un coefficient fonction des paramètres caractérisant la ligne.-6 is the relative permittivity of the dielectric used (air for example). -K is a coefficient depending on the parameters characterizing the line.

Une rondelle 72 de Téflon positionnée sensiblement au milieu de la ligne 55 améliore la tenue mécanique de la ligne 55. Cette rondelle 72 est telle qu'elle ne perturbe pas le transport du champ à l'intérieur de la li gne 55.A washer Teflon 72 positioned substantially in the middle of the line 55 improves the mechanical strength of the line 55. This washer 72 is such that it does not disturb the transport of the field inside the line 55.

Le court-circuit 60 formant une extrémité de la ligne 55 est constitué d'une rondelle en cuivre doré par exemple. Cette rondelle s'emboîte sur les conducteurs 61, 62. Elle peut coulisser le Long des conducteurs 61, 62 de manière à faire varier la longueur de La ligne 55 et par conséquent l'accord de La cavité résonnante.The short-circuit 60 forming one end of the line 55 consists of a gilded copper washer for example. This washer engages the conductors 61, 62. It can slide along the conductors 61, 62 so as to vary the length of the line 55 and therefore the tuning of the resonant cavity.

La connexion 31 ient s'emboîter dans Le court-circuit 60 ; elle permet à la boucle 26 d'être maintenue à l'intérieur de la ligne 55. Cette connexion 31 permet une translation de la boucle 26 à l'intérieur de la ligne 55 afin d'ajuster le couplage.The connection 31 can fit into the short circuit 60; it allows the loop 26 to be maintained within the line 55. This connection 31 allows a translation of the loop 26 inside the line 55 to adjust the coupling.

Une telle ligne 55 coaxiale n'émet pas de rayonnement extérieur quand elle transporte un signal haute fréquence, it n'est donc pas nécessaire de La b l i nde r .Such a coaxial line 55 does not emit external radiation when it carries a high frequency signal, so it is not necessary to transmit it.

Une telle ligne 55 coaxiale fermée par un court-circuit 60 à une extrémité et ouverte à l'autre est assi ilable à une cavité résonnante : elle permet un stockage de l'énergie électromagnétique. La cavité, accordée sur sa fréquence de travail (sa longueur est alors égale au quart de la longueur d'onde du champ électromagnétique de haute fréquence), présente un ventre de courant et un noeud de tension au court-circuit 60 : l'impédance est nulle à cet endroit. Par contre côté ouvert, elle présente un ventre de tension et un noeud de courant : sans charge extérieure l'impédance est infinie. A l'extrémité de la ligne 55 opposée à celle supportant le court-circuit 60, le cristal piézoélectrique 19 est maintenu dans son support 64. Le cristal 19 module un faisceau laser 1 qui le traverse longitudi na Lement . Pour que la modulation soit efficace, on doit injecter dans le cristal une puissance électrique minimum d'environ 1 W efficace. Un bon fonctionnement est obtenu en injectant 5 W efficaces par exemple.Such a coaxial line 55 closed by a short-circuit 60 at one end and open to the other is assi ilable to a resonant cavity: it allows a storage of the electromagnetic energy. The cavity, tuned to its working frequency (its length is then equal to a quarter of the wavelength of the high frequency electromagnetic field), has a current belly and a short-circuit voltage node 60: the impedance is zero at this place. On the other hand, open side, it has a tension belly and a current node: without external load the impedance is infinite. At the end of the line 55 opposite to that supporting the short-circuit 60, the piezoelectric crystal 19 is held in its support 64. The crystal 19 modulates a laser beam 1 which passes through it longitudinally. For the modulation to be effective, a minimum electrical power of about 1 W must be injected into the crystal. A good operation is obtained by injecting 5 W effective for example.

La modulation peut être obtenue en continu ou bien en mode impulsionnel ; elle doit être dans ce dernier cas synchronisée avec la traversée du faisceau Laser 1. Dans les deux cas, il n'est pas nécessaire de refroidir le dispositif.The modulation can be obtained continuously or in pulse mode; in this case, it must be synchronized with the crossing of the laser beam 1. In both cases, it is not necessary to cool the device.

Le support comprend deux ouvertures 76, 77 fermées par des fenêtres 74, 75 de protection en verre par exemple. Ces fenêtres 74, 75, en contact avec te cristal, le maintiennent en position. Elles permettent évidemment l'introduction du faisceau 1 à l'intérieur du dispositif. Le support 64 est fixé sur un capot conducteur 63 relié à l'enveloppe externe 61.The support comprises two openings 76, 77 closed by windows 74, 75 of glass protection for example. These windows 74, 75, in contact with the crystal, keep it in position. They obviously allow the introduction of the beam 1 inside the device. The support 64 is fixed on a conductive cover 63 connected to the outer casing 61.

Une armature 21 du cristal 19 est reliée au capot conducteur 63 et donc au conducteur externe 61. Une seconde armature 22 du cristal 19 est emboîtée dans le conducteur interne 62.An armature 21 of the crystal 19 is connected to the conductive cover 63 and thus to the outer conductor 61. A second armature 22 of the crystal 19 is nested in the inner conductor 62.

Les armatures 21, 22 sont en contact électrique avec le cristal 19 par l'intermédiaire d'une mousse conductrice ou encore par L'intermédiaire de contact en chrysocal (bronze béryllium).The armatures 21, 22 are in electrical contact with the crystal 19 via a conductive foam or via chrysocal contact (beryllium bronze).

La figure 4 représente schématiquement une autre vue en coupe de la ligne 55. Par rapport à la figure 3, la Ligne 55 a été tournée de 90°. On voit donc la sonde 65 à effet de champ avec la prise de mesure 66 de tension pointant à l'intérieur de la ligne 55. La sonde présente une très haute impédance à l'entrée mais sa sortie présente une impédance de 50 Ohms, ce qui permet de la relier diectement à un oscilloscope 70 (non représenté sur la figure 4) de visualisation.Figure 4 schematically shows another sectional view of the line 55. Compared to Figure 3, the line 55 has been rotated 90 °. Thus, the field-effect probe 65 is seen with the measurement 66 of voltage pointing inside the line 55. The probe has a very high impedance at the input but its output has an impedance of 50 Ohms, which which makes it possible to connect it diectement to an oscilloscope 70 (not shown in FIG. 4) of visualization.

Un modulateur de phase pour faisceau laser selon l'invention présente donc une bonne efficacité grâce à l'adaptation de l'impédance du cristal piézoélectrique à l'impédance du générateur par une Ligne coaxiale quart d'onde. Ce type de dispositif non rayonnant permet grâce à son accordabilité l'utilisation du modulateur sur une vaste gamme de longueurs d'onde. A phase modulator for a laser beam according to the invention therefore has good efficiency by adapting the impedance of the piezoelectric crystal to the impedance of the generator by a quarter-wave coaxial line. This type of non-radiating device allows thanks to its tunability the use of the modulator over a wide range of wavelengths.

Claims

Re end i cations

A phase modulator for a laser beam comprising:

a generator (100) delivering a high frequency electromagnetic signal on an output S, a piezoelectric crystal (19),

means for adapting the impedance of the crystal to the impedance of the generator, these means being coupled on the one hand to the output of the generator and on the other hand to the crystal, characterized in that the means for adapting the impedance from the crystal to the impedance of the generator consist of a line (55) long of (2n + 1), avcn integer positive or zero, times The quarter of the wavelength of the high frequency electromagnetic signal, line (55 ) it is in two conductors (61, 62) separated by a dielectric (59) and connected by a short-circuit (60) able to move along these conductors and forming a first end of the line, the line forming a resonant cavity coupled to the generator (100), and in that the crystal (19) is fixed by two armatures (21, 22) each connected to one of the two conductors (61, 62) at a second end of the line ( 55), to a belly of a tension transported in the Line and corresponding to the signal high frequency electromagnetic.

Laser phase modulator according to claim 1, characterized in that the line (55) is coaxial with an inner conductor (62) and an outer conductor (61) longitudinally surrounding the inner conductor (62).

3. Phase modulator for laser beam according to any one of claims 1 and 2, characterized in that n = 0.

4. A phase modulator for a laser beam according to any one of re repetitions 1 to 3, characterized in that a probe (65) of tension is placed at the same belly of the line of tension as the cri stal (19).

5. Phase modulator for laser beam according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the coupling between the generator (100) and the line (55) is via a loop (26). ) of conductive material placed inside the Line (55), this loop (26) being connected to the output S of the generator (100).

6. A phase modulator for a laser beam according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the crystal (19) is held in a support (64) of material insensitive to the high frequency electromagnetic field, said support ( 64) comprising two openings (76, 77) opposite, said support (64) being fixed on a cover (63) conductor itself fixed to the outer conductor (61) of the line (55), one of the frames (21). crystal (19) being connected to this conductive cover (63).

7- phase modulator for laser beam according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the two openings (76, 77) of the support (64) are provided with windows (74, 75) of field insensitive material electromagnetic high frequency and transparent to the wavelength of the laser beam.

8. phase modulator for laser beam according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the dielectric (59) is air.

9. Modulator phase to laser beam according to one of claims 1 to 8, characterized in that the crystal (19) is NIOB _^ ate of Lithium.

10. Phase modulator for a laser beam according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the conductors ⁽ 61, 62) of the line, the armatures (21, 22) of the crystal and the conductive cover (63) are in golden brown.

11. Phase modulator for laser beam according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the support (64) is polytetrafluoroethylene.