FR3011633A1 - OPTICAL DEVICE FOR SUPPRESSING INTEGRAL SPHERE SPECKLE, AND METHOD FOR IMPLEMENTING THE SAME - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif (1) optique comprenant : - une sphère (3) creuse comprenant o au moins un port (2) d'entrée, pour l'entrée d'un faisceau (11) lumineux dans la sphère (3); o une surface (10) interne réfléchissante et diffusante, pour la réflexion du faisceau (11) lumineux à l'intérieur de la sphère (3); o au moins un port (4) de sortie, pour la sortie du faisceau (11) lumineux de la sphère (3); caractérisé en ce que : - la sphère (3) comprend au moins : o une première portion (8) de sphère, et o une seconde portion (9) de sphère, distincte de la première portion (8) et mobile en rotation.The invention relates to an optical device (1) comprising: - a hollow sphere (3) comprising o at least one input port (2), for the input of a light beam (11) into the sphere (3) ; an internal reflecting surface (10) for reflecting the light beam (11) inside the sphere (3); at least one output port (4) for the output of the light beam (11) of the sphere (3); characterized in that: - the sphere (3) comprises at least: o a first portion (8) of sphere, and o a second portion (9) of sphere, distinct from the first portion (8) and rotatable.
Description
Domaine de l'invention L'invention concerne un dispositif optique comprenant une sphère intégrante, ainsi qu'un procédé mettant en oeuvre ce dispositif.FIELD OF THE INVENTION The invention relates to an optical device comprising an integrating sphere, as well as to a method using this device.
Présentation de l'Art Antérieur Le speckle est un effet optique se produisant sur les rayons laser lorsqu'ils rencontrent une surface. En effet, les surfaces réfléchissantes n'étant pas parfaitement lisses à l'échelle de la longueur d'onde des lasers (imperfections de l'ordre du micromètre), il se produit des interférences microscopiques au niveau de cette surface. Ceci se traduit visuellement par un effet granuleux sur la tache lumineuse en sortie. De plus, cet effet est variable dans le temps car il est soumis aux différentes perturbations extérieures (température, vibrations, ... ) et induit des variations aléatoires du flux en sortie. Par conséquent, le speckle est néfaste, notamment pour des applications de calibration ou d'étalonnage d'instruments au laser, dans lesquelles sont requises : - une uniformité spatiale et angulaire du faisceau lumineux - une stabilité temporelle du flux en sortie. Dans l'art antérieur, il est connu d'utiliser une sphère intégrante associée à une surface réfléchissante tournante, de type écran, en sortie de la sphère, afin de réduire l'effet du speckle par moyennage. Une sphère intégrante est un dispositif 100 optique (voir Figure 1) consistant en une cavité sphérique creuse dont l'intérieur est revêtu d'un revêtement à coefficient de réflexion élevé, et possédant des ports d'entrée et de sortie 101, 102. Les faisceaux lumineux provenant de n'importe quel point de la surface interne de la sphère sont distribués, en raison des multiples réflexions diffuses, de façon égale à tous les autres points de la sphère et ceci indépendamment de la direction originale de la lumière.BACKGROUND ART Speckle is an optical effect occurring on laser beams when they encounter a surface. Indeed, the reflective surfaces are not perfectly smooth at the laser wavelength scale (imperfections of the order of a micrometer), there is microscopic interference at this surface. This is visually reflected by a granular effect on the output light spot. In addition, this effect is variable in time because it is subject to different external disturbances (temperature, vibration, ...) and induces random variations in the output flow. Therefore, the speckle is harmful, especially for calibration or calibration applications of laser instruments, in which are required: - a spatial and angular uniformity of the light beam - a temporal stability of the output flow. In the prior art, it is known to use an integrating sphere associated with a rotating reflecting surface, of screen type, at the outlet of the sphere, in order to reduce the effect of the speckle by averaging. An integrating sphere is an optical device 100 (see Figure 1) consisting of a hollow spherical cavity whose interior is coated with a high reflection coefficient coating, and having input and output ports 101, 102. Light beams from any point on the inner surface of the sphere are distributed, due to multiple diffuse reflections, equally to all other points in the sphere, irrespective of the original direction of light.
Une autre solution consiste à placer un diffuseur tournant à l'intérieur de la sphère intégrante. Toutefois, ces solutions présentent de nombreux inconvénients. D'une part, leur efficacité de réduction du speckle est perfectible. En particulier, dans le cas d'un diffuseur tournant disposé à l'intérieur de la sphère intégrante, une partie du flux ne passe pas par le diffuseur tournant, d'où une moindre efficacité de réduction du speckle. En outre, un port de la sphère est immobilisé et ne peut être utilisé.Another solution is to place a rotating diffuser inside the integrating sphere. However, these solutions have many disadvantages. On the one hand, their speckle reduction efficiency is perfectible. In particular, in the case of a rotating diffuser disposed within the integrating sphere, part of the flow does not pass through the rotating diffuser, resulting in a lower speckle reduction efficiency. In addition, a port of the sphere is immobilized and can not be used.
Présentation de l'invention Afin de pallier les inconvénients de l'état de la technique, l'invention propose un dispositif optique comprenant une sphère creuse comprenant au moins un port d'entrée, pour l'entrée d'un faisceau lumineux dans la sphère, une surface interne réfléchissante et diffusante, pour la réflexion du faisceau lumineux à l'intérieur de la sphère, au moins un port de sortie, pour la sortie du faisceau lumineux de la sphère, caractérisé en ce que la sphère comprend au moins une première portion de sphère, et une seconde portion de sphère, distincte de la première portion et mobile en rotation. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques 20 suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : le dispositif comprend un moteur connecté à la seconde portion de sphère afin de lui transmettre une rotation ; la première portion de sphère et la seconde portion de sphère 25 sont centrées l'une par rapport à l'autre ; la première portion de sphère porte un port d'entrée et de sortie, et la seconde portion de sphère s'étend jusqu'à une position adjacente à ce port ; la seconde portion de sphère se trouve en face du port de 30 sortie ; le dispositif comprend un boîtier dans lequel sont intégrés ses différents éléments, des ports d'entrée et de sortie étant pratiqués dans le boîtier ; le dispositif comprend en outre une unité de contrôle configurée pour contrôler des paramètres de rotation de la seconde portion de sphère. L'invention concerne également un procédé de réduction du speckle d'un faisceau lumineux par l'intermédiaire de ce dispositif, comprenant les étapes consistant à: émettre un faisceau laser vers le dispositif, mettre en rotation la seconde portion de sphère, de sorte à réduire le speckle du faisceau laser en sortie de la sphère Une application consiste à calibrer un instrument optique à partir du faisceau laser issu du dispositif, le faisceau laser de sortie étant alors uniforme angulairement, spatialement et stable temporellement. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend la mise en rotation de la seconde portion de sphère à une vitesse permettant de supprimer le speckle du faisceau laser en sortie de la sphère. Un avantage de l'invention est de permettre de supprimer le speckle d'un faisceau laser diffusé par une sphère intégrante. Un autre avantage de l'invention est de permettre, pour une fréquence d'acquisition donnée, une mise en rotation de parties mobiles à une fréquence de rotation plus faible que l'art antérieur. Un autre avantage encore de l'invention est d'offrir une amélioration 25 de la réduction du speckle sans dégrader d'avantage le flux lumineux en sortie du dispositif. Enfin, un autre avantage encore de l'invention est d'offrir un dispositif intégré, prêt à l'emploi, et ne nécessitant pas d'assemblages ou de réglages fastidieux pour l'utilisateur. 30 Le dispositif proposé présente une configuration qui rend son intégration très simple et efficace.Presentation of the invention In order to overcome the disadvantages of the state of the art, the invention proposes an optical device comprising a hollow sphere comprising at least one input port, for the entry of a light beam into the sphere. , an internal reflective and diffusing surface, for the reflection of the light beam inside the sphere, at least one output port, for the output of the light beam of the sphere, characterized in that the sphere comprises at least a first sphere portion, and a second sphere portion, distinct from the first portion and rotatable. The invention is advantageously completed by the following features, taken alone or in any of their technically possible combination: the device comprises a motor connected to the second sphere portion in order to transmit a rotation thereto; the first sphere portion and the second sphere portion 25 are centered relative to each other; the first sphere portion carries an input and output port, and the second sphere portion extends to a position adjacent to that port; the second sphere portion is opposite the exit port; the device comprises a housing in which are integrated its various elements, input and output ports being made in the housing; the device further comprises a control unit configured to control rotational parameters of the second sphere portion. The invention also relates to a method for reducing the speckle of a light beam via this device, comprising the steps of: emitting a laser beam towards the device, rotating the second portion of sphere, so as to reduce the speckle of the laser beam at the output of the sphere An application consists of calibrating an optical instrument from the laser beam from the device, the output laser beam then being angularly uniform, spatially and temporally stable. According to one embodiment, the method comprises rotating the second sphere portion at a speed enabling the speckle to be removed from the laser beam at the outlet of the sphere. An advantage of the invention is to allow the speckle to be removed from a laser beam scattered by an integrating sphere. Another advantage of the invention is to allow, for a given acquisition frequency, a rotation of moving parts at a lower rotational frequency than the prior art. Yet another advantage of the invention is to provide an improvement in speckle reduction without further degrading the luminous flux at the output of the device. Finally, another advantage of the invention is to offer an integrated device, ready for use, and does not require assemblies or adjustments tedious for the user. The proposed device has a configuration that makes its integration very simple and efficient.
Présentation des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la Figure 1 est une représentation d'une sphère intégrante de l'art antérieur ; - la Figure 2 est une représentation d'un mode de réalisation d'un dispositif optique selon l'invention ; - la Figure 3 est une représentation d'une autre configuration du dispositif optique selon l'invention, dans lequel la partie mobile fait face au port de sortie ; - la Figure 4 est une représentation d'un mode de réalisation d'un procédé de réduction du speckle selon l'invention ; - la Figure 5 est une représentation d'un mode de réalisation d'un montage permettant de mesurer la réduction du speckle par le dispositif ; - la Figure 6 est une représentation à un instant t de l'effet speckle lorsque la portion mobile du dispositif n'est pas mise en rotation. Ce speckle évolue spatialement et temporellement ; - la Figure 7 est une représentation de la suppression de l'effet speckle lorsque la portion mobile du dispositif est mise en rotation. Description détaillée Dispositif optique On a représenté en Figure 2 un dispositif 1 optique. Le dispositif 1 optique comprend une sphère 3, dont l'intérieur est une cavité.DESCRIPTION OF THE FIGURES Other features and advantages of the invention will become apparent from the following description, which is purely illustrative and nonlimiting, and should be read with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a representation of FIG. an integrating sphere of the prior art; FIG. 2 is a representation of an embodiment of an optical device according to the invention; - Figure 3 is a representation of another configuration of the optical device according to the invention, wherein the movable portion faces the output port; FIG. 4 is a representation of an embodiment of a speckle reduction method according to the invention; Figure 5 is a representation of an embodiment of an arrangement for measuring the speckle reduction by the device; FIG. 6 is a representation at an instant t of the speckle effect when the mobile portion of the device is not rotated. This speckle evolves spatially and temporally; Figure 7 is a representation of the suppression of the speckle effect when the movable portion of the device is rotated. DETAILED DESCRIPTION Optical device FIG. 2 shows an optical device 1. The optical device 1 comprises a sphere 3, the inside of which is a cavity.
La sphère 3 présente à sa surface au moins un port 2 d'entrée, pour l'entrée d'un faisceau 11 lumineux dans la sphère 3. Le faisceau 11 lumineux est émis par une source 17 lumineuse, par exemple de type laser. Le port 2 d'entrée est une ouverture, en général de taille réduite, pratiquée à la surface de la sphère 3. Selon les applications ou besoins, plusieurs ports 2 d'entrée peuvent être présents sur la sphère 3. La sphère 3 présente également au moins un port 4 de sortie, pour la sortie du faisceau 11 lumineux de la sphère 3. Plusieurs ports 4 de sortie peuvent être présents. Le port 4 de sortie peut notamment être placé à une position orthogonale au port 2 d'entrée. La cavité de la sphère 3 présente une surface 10 interne réfléchissante et diffusante, qui permet la création de multiples réflexions du faisceau 11 lumineux à l'intérieur de la sphère 3, jusqu'à sa sortie par le port 4 de sortie. La sphère 3 est donc une sphère intégrante.The sphere 3 has on its surface at least one input port 2, for the entry of a light beam 11 into the sphere 3. The light beam 11 is emitted by a light source 17, for example of the laser type. The input port 2 is an opening, generally small, made on the surface of the sphere 3. Depending on the applications or needs, several input ports 2 may be present on the sphere 3. The sphere 3 also presents at least one output port 4, for the output of the light beam 11 of the sphere 3. Several output ports 4 may be present. The output port 4 may in particular be placed at a position orthogonal to the input port 2. The cavity of the sphere 3 has a reflective and diffusing internal surface, which allows the creation of multiple reflections of the light beam 11 inside the sphere 3, until it leaves the port 4 output. Sphere 3 is therefore an integrating sphere.
Pour les applications dans le domaine visible, le revêtement de la surface 10 interne est par exemple le sulfate de baryum (Ba504) blanc. Dans le domaine infrarouge, le revêtement est par exemple de l'or. Comme illustré en Figure 2, la sphère 3 comprend au moins une première portion 8 de sphère, et une seconde portion 9 de sphère.For applications in the visible range, the coating of the inner surface is, for example, white barium sulfate (Ba504). In the infrared range, the coating is, for example, gold. As illustrated in FIG. 2, the sphere 3 comprises at least a first sphere portion 8 and a second sphere portion 9.
Ces deux portions 8, 9 sont des pièces distinctes. On entend par portion de sphère le fait que ces portions ne constituent chacune qu'une partie de sphère. Leur réunion constitue la forme d'une sphère par complémentarité de forme. Ces deux portions 8, 9 peuvent par exemple être obtenues à partir d'une sphère complète qui est découpée au niveau d'un plan parallèle au plan médian de la sphère. Alternativement, les portions sont fabriquées séparément via des moules, ou par usinage, ou tout autre procédé permettant d'obtenir les formes requises. La seconde portion 9 de sphère est mobile en rotation.These two portions 8, 9 are separate pieces. Sphere portion means that these portions each constitute only part of a sphere. Their meeting constitutes the form of a sphere by complementarity of form. These two portions 8, 9 can for example be obtained from a complete sphere which is cut at a plane parallel to the median plane of the sphere. Alternatively, the portions are manufactured separately via molds, or by machining, or any other method to obtain the required shapes. The second sphere portion 9 is rotatable.
Selon un aspect possible, la première portion 8 de sphère et la seconde portion 9 de sphère sont centrées l'une par rapport à l'autre.In one possible aspect, the first sphere portion 8 and the second sphere portion 9 are centered relative to each other.
La seconde portion 9 de sphère est en général en rotation autour d'un axe 20 de rotation correspondant à son axe de révolution. Cet axe 20 coïncide en général avec l'axe de révolution de la première portion 8 de sphère lorsque les deux portions 8, 9 sont centrées.The second sphere portion 9 is generally rotated about an axis of rotation corresponding to its axis of revolution. This axis 20 coincides in general with the axis of revolution of the first sphere portion 8 when the two portions 8, 9 are centered.
Si les deux portions ne sont pas parfaitement centrées l'une par rapport à l'autre, l'axe 20 de rotation de la seconde 9 portion est décalé par rapport à l'axe de révolution de la première 8 portion. Différentes configurations de la sphère 3 sont possibles. Ainsi, les positions des ports d'entrée et de sortie par rapport à la seconde portion 9 mobile peuvent être choisies afin d'améliorer la tolérance du dispositif vis à vis d'éventuels défauts de centrage des deux portions de sphère 3. La première portion 8 de sphère est quant à elle fixe lors de l'utilisation du dispositif 1, contrairement à la seconde portion 9. Le positionnement de la première portion 8 de sphère par rapport à la seconde portion 9 peut par exemple être réalisé par assemblage mécanique lors de la fabrication, ce qui permet à l'utilisateur de disposer d'un dispositif prêt à l'emploi. Alternativement, ou en complément, il est possible de prévoir un outil 16 de réglage permettant à l'utilisateur de positionner relativement la première et la seconde portions de sphère. Il s'agit par exemple d'une platine de réglage permettant un déplacement en élévation et/ou translation, ainsi que le cas échéant en rotation. A titre d'exemple non limitatif, des rails ou des roulements peuvent être utilisés. Afin de mettre en rotation la seconde portion 9 de sphère, le dispositif 1 comprend un moteur 13 connecté à la seconde portion 9 de sphère.If the two portions are not perfectly centered relative to each other, the axis of rotation of the second portion 9 is offset with respect to the axis of revolution of the first portion. Different configurations of sphere 3 are possible. Thus, the positions of the input and output ports relative to the second movable portion 9 may be chosen in order to improve the tolerance of the device with respect to possible centering defects of the two portions of sphere 3. The first portion 8 sphere is fixed during the use of the device 1, unlike the second portion 9. The positioning of the first portion 8 sphere relative to the second portion 9 may for example be achieved by mechanical assembly during manufacturing, which allows the user to have a ready-to-use device. Alternatively, or in addition, it is possible to provide a setting tool 16 allowing the user to relatively position the first and second portions of the sphere. This is for example a control plate for moving in elevation and / or translation, and if necessary in rotation. By way of non-limiting example, rails or bearings may be used. In order to rotate the second portion 9 of the sphere, the device 1 comprises a motor 13 connected to the second portion 9 sphere.
Il s'agit par exemple, mais non limitativement, d'un moteur 13 à courant continu. Ce moteur 13 peut être contrôlé par une unité 27 de contrôle, par exemple un micro-ordinateur, via une liaison filaire ou sans-fil. Ceci permet notamment de contrôler des paramètres de rotation de la partie mobile, 30 comme sa vitesse de rotation.This is for example, but not limited to, a DC motor 13. This motor 13 can be controlled by a control unit 27, for example a microcomputer, via a wired or wireless link. This in particular makes it possible to control rotational parameters of the moving part, such as its speed of rotation.
La première portion 8 de sphère et la deuxième portion 9 de sphère sont placées à proximité l'une de l'autre, afin de réaliser une forme de sphère. Selon un aspect possible, les deux portions 8, 9 sont placées à une distance relative permettant une rotation relative sans contact. A titre d'exemple non limitatif, leur distance relative est de quelques microns. Alternativement, les deux portions 8, 9 sont en contact, par exemple par l'intermédiaire d'un roulement à bille. Les dimensions des portions de sphère sont choisies selon les applications, et selon les contraintes de fabrication. En particulier, la première portion 8 de sphère comprend au moins un port 2 d'entrée et au moins un port 4 de sortie à sa surface. Dans ce cas, l'étendue de la deuxième portion 9 de sphère est limitée par la présence de ce port.The first sphere portion 8 and the second sphere portion 9 are placed close to one another to form a sphere shape. According to one possible aspect, the two portions 8, 9 are placed at a relative distance allowing relative rotation without contact. As a non-limiting example, their relative distance is a few microns. Alternatively, the two portions 8, 9 are in contact, for example by means of a ball bearing. The dimensions of the sphere portions are chosen according to the applications and according to the manufacturing constraints. In particular, the first sphere portion 8 comprises at least one input port 2 and at least one output port 4 on its surface. In this case, the extent of the second sphere portion 9 is limited by the presence of this port.
Dans un mode de réalisation, la seconde 9 portion de sphère s'étend jusqu'à une position située en deçà de ce port. Cette position est donc en deçà d'un axe limite 26 adjacent à ce port, et qui ne peut être franchi par la seconde portion 9, en raison de la présence adjacente du port. Selon un exemple particulier, la seconde 9 portion de sphère s'étend jusqu'à une position adjacente à ce port, comme schématisé en Figure 2. Dans cette configuration, la ligne de coupure entre la première portion 8 et la seconde portion 9 est horizontale et la seconde portion 9 est située sous le port. Une autre configuration est illustrée en Figure 3.In one embodiment, the second sphere portion extends to a position within that port. This position is therefore below a limit axis 26 adjacent to this port, and which can not be crossed by the second portion 9, due to the adjacent presence of the port. In a particular example, the second 9 sphere portion extends to a position adjacent to this port, as shown schematically in FIG. 2. In this configuration, the cutoff line between the first portion 8 and the second portion 9 is horizontal. and the second portion 9 is located under the port. Another configuration is illustrated in Figure 3.
Dans la configuration de la Figure 3, la seconde portion 9 s'étend en face du port 4 de sortie. En d'autres termes, la seconde portion 9 s'étend du côté opposé au port 4 de sortie, l'intérieur de la seconde portion 9 étant disposée en face dudit port 4 de sortie. La seconde portion 9 peut s'étendre en deçà d'un axe limite 26 adjacent au port 2 d'entrée. Selon un exemple particulier, la seconde 9 portion de sphère s'étend jusqu'à une position adjacente à ce port, comme schématisé en Figure 3.In the configuration of Figure 3, the second portion 9 extends opposite the output port 4. In other words, the second portion 9 extends on the opposite side to the output port 4, the inside of the second portion 9 being disposed opposite said outlet port 4. The second portion 9 may extend below a limit axis 26 adjacent to the input port 2. In a particular example, the second sphere portion extends to a position adjacent to this port, as shown schematically in FIG.
La ligne de coupure entre la première portion 8 et la seconde portion 9 est donc ici verticale. Afin de disposer d'un dispositif 1 prêt à l'emploi et intégré, il est possible de disposer les éléments du dispositif 1 dans un boîtier 19. Ce boîtier 19 comprend notamment la sphère 3, le moteur 13 (et optionnellement l'outil 16 de réglage). Il est possible de régler dès la fabrication la position relative de la première portion 8 par rapport à la deuxième portion 9. Dans ce cas, l'outil 16 n'est pas nécessaire. Le boîtier 19 comprend également des ports 2' d'entrée et des ports 4' de sortie, dont la position coïncide avec la position des ports 2 d'entrée et des ports 4 de sortie de la sphère 3. Ce boîtier peut être sphérique. Ainsi, le boîtier peut être vendu aux utilisateurs tel quel, prêt à l'emploi.The cut line between the first portion 8 and the second portion 9 is here vertical. In order to have a device 1 ready to use and integrated, it is possible to arrange the elements of the device 1 in a housing 19. This housing 19 includes in particular the sphere 3, the motor 13 (and optionally the tool 16 adjustment). It is possible to adjust the relative position of the first portion 8 relative to the second portion 9 from the time of manufacture. In this case, the tool 16 is not necessary. The housing 19 also includes input ports 2 'and output ports 4', the position of which coincides with the position of the input ports 2 and the output ports 4 of the sphere 3. This housing may be spherical. Thus, the housing can be sold to users as is, ready to use.
Procédé de réduction du speckle Le dispositif 1 optique peut être utilisé dans un procédé de réduction du speckle d'un faisceau 11 lumineux. Selon une réalisation possible, le procédé comprend une étape El consistant à émettre un faisceau 11 laser vers le dispositif 1. Le procédé est toutefois applicable à tout faisceau lumineux. Le faisceau 11 laser pénètre un port 2, 2' d'entrée du boîtier et de la sphère 3. Une mise en rotation (étape E2) de la seconde portion 9 est réalisée de sorte à réduire le speckle du faisceau 11 laser, par l'intermédiaire du moteur 13 et sous le contrôle de l'unité 27 de contrôle.Spectrum Reduction Method The optical device 1 can be used in a speckle reduction method of a light beam 11. According to one possible embodiment, the method comprises a step E1 consisting of emitting a laser beam 11 to the device 1. The method is however applicable to any light beam. The laser beam 11 enters an inlet port 2, 2 'of the housing and of the sphere 3. Rotation (step E2) of the second portion 9 is performed in such a way as to reduce the speckle of the laser beam 11 by intermediate motor 13 and under the control of the control unit 27.
La mise en rotation de la seconde portion 9 permet de moyenner le faisceau 11 laser et donc de réduire le speckle du faisceau 11. La réduction obtenue par le dispositif est élevée car dès son entrée dans le dispositif 1, et avant toute réflexion à l'intérieur de la sphère 3, l'ensemble du faisceau rencontre la seconde portion 9 de sphère en rotation, ce qui réduit de manière importante le speckle. De plus, les réflexions multiples à l'intérieur de la sphère 3 conduisent le faisceau à se réfléchir de nombreuses fois sur la partie 9 mobile, d'où une efficacité accrue de la réduction de speckle. Dans l'art antérieur, une réduction du speckle n'était possible qu'après une ou plusieurs réflexions du faisceau à l'intérieur de la sphère 3, et ne concernait donc qu'une partie du faisceau lumineux.The rotation of the second portion 9 makes it possible to average the laser beam 11 and thus to reduce the speckle of the beam 11. The reduction obtained by the device is high because as soon as it enters the device 1, and before any reflection at the inside the sphere 3, the entire beam meets the second portion 9 rotating sphere, which significantly reduces the speckle. In addition, multiple reflections within the sphere 3 cause the beam to be reflected many times on the movable portion 9, resulting in increased efficiency of the speckle reduction. In the prior art, a speckle reduction was possible only after one or more reflections of the beam inside the sphere 3, and thus only concerned a part of the light beam.
Après de multiples réflexions à l'intérieur de la sphère 3, le faisceau 11 laser sort (étape E3) de la sphère 3 par le port de sortie 4, puis par le port de sortie 4'. Le dispositif 1 permet d'obtenir un faisceau 11 qui présente une reproductibilité angulaire et spatiale et une stabilité temporelle en sortie de la sphère, car le speckle est réduit ou même annulé. Le choix approprié d'une vitesse de rotation de la seconde portion 9 de sphère permet de supprimer le speckle du faisceau 11 laser. Par effet de moyennage, plus le rapport entre la vitesse de rotation de la seconde portion 9 et la vitesse d'acquisition du détecteur 25 est élevé (voir montage en Figure 5), plus les variations de flux en sortie de sphère 3 causées par le speckle sont faibles. On note que même avec des vitesses de rotation inférieures à celles de l'art antérieur, on obtient une suppression du speckle. La mesure du speckle du faisceau 11 en sortie du dispositif 1 peut être réalisée avec différents montages. Par exemple, le montage en Figure 5 comprend une source 17 laser qui émet un faisceau 11 laser monochromatique vers un collimateur 23. Le faisceau 11 traverse le dispositif 1 et un objectif 24 réalise l'image de l'état du faisceau 11 en sortie du port 4, 4' de sortie du dispositif 1. L'objectif 24 réalise l'image du port de sortie sur un détecteur 25. Lorsque la seconde 9 portion n'est pas mise en rotation, l'intensité lumineuse du faisceau 11 en fonction de la longueur d'onde n'est pas uniforme et présente des granulosités (points noirs). Cette granulosité est due à l'effet speckle. Ceci est visible en Figure 6, qui représente l'image vue par le détecteur 25 à un instant t, avant correction. En outre, l'intensité lumineuse varie temporellement.After multiple reflections within the sphere 3, the laser beam 11 exits (step E3) from the sphere 3 through the output port 4, and then through the output port 4 '. The device 1 makes it possible to obtain a beam 11 which exhibits angular and spatial reproducibility and temporal stability at the outlet of the sphere, since the speckle is reduced or even canceled. The appropriate choice of a rotation speed of the second portion 9 of the sphere makes it possible to eliminate the speckle of the laser beam 11. By averaging effect, the higher the ratio between the rotation speed of the second portion 9 and the acquisition speed of the detector 25 is high (see assembly in FIG. 5), plus the variations in flux at the outlet of the sphere 3 caused by the speckle are weak. It is noted that even with rotational speeds lower than those of the prior art, the speckle is suppressed. The speckle measurement of the beam 11 at the output of the device 1 can be made with different assemblies. For example, the assembly in FIG. 5 comprises a laser source 17 which emits a monochromatic laser beam 11 towards a collimator 23. The beam 11 passes through the device 1 and an objective 24 makes the image of the state of the beam 11 at the output of the output port 4, 4 'of the device 1. The objective 24 makes the image of the output port on a detector 25. When the second 9 portion is not rotated, the light intensity of the beam 11 depending the wavelength is not uniform and has granulosities (black dots). This granulosity is due to the speckle effect. This is visible in FIG. 6, which represents the image seen by the detector 25 at a time t, before correction. In addition, the light intensity varies temporally.
Après mise en rotation de la seconde 9 portion, le speckle diminue et est même supprimé (Figure 7) ce qui permet d'obtenir une intensité lumineuse uniforme et stable temporellement. Le faisceau laser issu du dispositif 1 peut être utilisé dans de 5 nombreuses applications. Par exemple, on peut mettre en oeuvre un procédé de calibration d'un instrument optique, comme par exemple la calibration d'un spectromètre. Ce type de calibration nécessite un faisceau laser qui présente un flux uniforme spatialement et angulairement, dont le flux soit stable 10 temporellement, et qui soit reproductible, ce qui est le cas du faisceau issu du dispositif 1. Comme on peut le constater, le dispositif permet une suppression du speckle via une solution intégrée, simple, efficace, et aisée à mettre en oeuvre.After rotation of the second 9 portion, the speckle decreases and is even removed (Figure 7) which allows to obtain a uniform light intensity and temporally stable. The laser beam from device 1 can be used in many applications. For example, it is possible to implement a method of calibrating an optical instrument, such as for example the calibration of a spectrometer. This type of calibration requires a laser beam which has a spatially and angularly uniform flux, whose flux is temporally stable, and which is reproducible, which is the case of the beam coming from the device 1. As can be seen, the device allows a speckle removal via an integrated solution, simple, effective, and easy to implement.
15 Le rapport entre la fréquence de rotation de la partie 9 mobile et la fréquence d'acquisition est réduit. Enfin, la rotation de la partie mobile de la sphère ne fait pas perdre plus de flux qu'une sphère équivalente ne comprenant pas le dispositif de suppression de speckle tel que décrit. 20The ratio between the rotation frequency of the moving part 9 and the acquisition frequency is reduced. Finally, the rotation of the moving part of the sphere does not lose more flux than an equivalent sphere does not include the speckle suppression device as described. 20
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Citations (3)
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| EP0558854A1 (en) * | 1991-12-09 | 1993-09-08 | Hughes Aircraft Company | Polychromatic source calibration by one or more spectrally filtered photodetector currents |
| US5309339A (en) * | 1992-06-24 | 1994-05-03 | The Schepens Eye Research Institute, Inc. | Concentrator for laser light |
| JP2011022553A (en) * | 2009-06-15 | 2011-02-03 | Nikon Corp | Illumination optical system |
-
2013
- 2013-10-08 FR FR1359746A patent/FR3011633B1/en active Active
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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