FR3053170B1 - OPTICAL POINTER - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un pointeur optique (10) comprenant une diode laser fibrée (11) destinée à générer un premier faisceau lumineux, au moins une diode laser fibrée (15) destinée à générer un deuxième faisceau lumineux de longueur d'onde distincte, chacune des diodes laser fibrée étant connectée à un module combinateur de faisceaux raccordé à une fibre optique de sortie (18) apte à transmettre simultanément lesdits premier et deuxième faisceaux lumineux, ladite fibre de sortie (18) étant alignée avec un premier dispositif de collimation (100) monté en sortie dudit pointeur optique, de sorte que les rayons desdits premier et deuxième faisceaux lumineux soient sensiblement parallèles en sortie dudit pointeur. Selon l'invention, la diode laser (12, 16) et la fibre (13, 17) de chacune des diodes laser fibrées (11, 15) sont monomodes, de sorte à produire un faisceau lumineux limité par la diffraction.The invention relates to an optical pointer (10) comprising a fiber laser diode (11) for generating a first light beam, at least one fiber laser diode (15) for generating a second light beam of different wavelength, each fiber laser diodes being connected to a beam combiner module connected to an output optical fiber (18) capable of simultaneously transmitting said first and second light beams, said output fiber (18) being aligned with a first collimation device (100 ) mounted at the output of said optical pointer, so that the rays of said first and second light beams are substantially parallel at the output of said pointer. According to the invention, the laser diode (12, 16) and the fiber (13, 17) of each of the fiber laser diodes (11, 15) are single-mode, so as to produce a light beam limited by the diffraction.
Description
POINTEUR OPTIQUE 1. Domaine de l'inventionOPTICAL POINTER 1. Field of the invention
Le domaine de l'invention est celui des appareils optiques, et en particulier des appareils optroniques à base de laser.The field of the invention is that of optical devices, and in particular optronic laser-based devices.
Plus précisément, l'invention concerne un pointeur optique. L'invention trouve notamment une application dans l'équipement des forces militaires et des forces de l'ordre. 2. État de la techniqueMore specifically, the invention relates to an optical pointer. The invention finds particular application in the equipment of the military forces and law enforcement. 2. State of the art
La technologie laser à fibre optique trouve des débouchés dans des domaines d'applications multiples, tels que l'aéronautique, la défense, la métrologie, la médecine, l'architecture et la construction, les relevés topographiques, les télécommunications ou l'analyse physico-chimique.Fiber laser technology finds opportunities in multiple application areas, such as aeronautics, defense, metrology, medicine, architecture and construction, topographic surveys, telecommunications and physics analysis. -chemical.
Dans le domaine de la défense, on connaît par exemple des dispositifs optiques de visée équipés d'un pointeur laser ou d'un illuminateur montés sur des fusils, tels que des fusils mitrailleurs ou des fusils d'assaut.In the field of defense, for example, we know optical sighting devices equipped with a laser pointer or an illuminator mounted on guns, such as machine guns or assault rifles.
Ces dispositifs connus présentent l'inconvénient d'être lourds et encombrants.These known devices have the disadvantage of being heavy and bulky.
Un autre inconvénient est qu'ils sont d'une conception complexe et donc sont souvent très coûteux.Another disadvantage is that they are of a complex design and therefore are often very expensive.
Ces dispositifs connus présentent par ailleurs généralement l’inconvénient d’être sensibles à l'humidité, ce qui limite leur fiabilité et leur longévité.These known devices also generally have the disadvantage of being sensitive to moisture, which limits their reliability and longevity.
Encore un inconvénient de ces dispositifs connus est qu’ils sont la plupart du temps sensibles aux variations de température. 3. Objectifs de l'invention L'invention a donc notamment pour objectif de pallier les inconvénients de l'état de la technique cités ci-dessus.Yet another disadvantage of these known devices is that they are mostly sensitive to temperature changes. OBJECTIVES OF THE INVENTION The object of the invention is therefore in particular to overcome the disadvantages of the state of the art cited above.
Plus précisément l'invention a pour objectif de fournir un pointeur optique qui puisse émettre des faisceaux lumineux se propageant sur une longue portée dans l'atmosphère, et notamment sur au moins 300m voire jusqu'à 10 km.More specifically, the invention aims to provide an optical pointer that can emit light beams propagating over a long range in the atmosphere, including at least 300m or even up to 10 km.
Un objectif de l'invention est également de fournir une technique de pointeur optique qui garantisse que les rayons du faisceau lumineux de sortie soient parallèles.An object of the invention is also to provide an optical pointer technique which ensures that the rays of the output light beam are parallel.
Notamment dans un mode de réalisation particulier de l'invention, un objectif est de proposer un pointeur optique qui garantisse une divergence de faisceau inférieure à 240 prad.In particular, in a particular embodiment of the invention, one objective is to propose an optical pointer that guarantees a beam divergence of less than 240 dpi.
Encore un objectif de l'invention est de fournir une telle technique qui soit fiable pour une plage de température étendue, et en particulier qui soit fiable dans la plage de température [-40°C ; +63°C].Yet another object of the invention is to provide such a technique which is reliable for an extended temperature range, and in particular which is reliable in the temperature range [-40 ° C; + 63 ° C].
Un objectif de l'invention est également de proposer une telle technique qui soit compacte et qui soit plus légère.An object of the invention is also to provide such a technique which is compact and lighter.
Encore un objectif de l'invention est de fournir une telle technique qui soit simple à mettre en œuvre et d'un coût de revient réduit. 4. Exposé de l'inventionYet another object of the invention is to provide such a technique that is simple to implement and a reduced cost. 4. Presentation of the invention
Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite sont atteints à l'aide d'un pointeur optique comprenant : - une première diode laser fibrée destinée à générer un premier faisceau lumineux, - au moins une deuxième diode laser fibrée destinée à générer un deuxième faisceau lumineux de longueur d’onde distincte de celle dudit premier faisceau lumineux, chacune des première et deuxième diodes laser fibrées étant connectée à un module combinateur de faisceau raccordé à une fibre optique de sortie apte à transmettre simultanément lesdites premier et deuxième faisceaux lumineux, ladite fibre de sortie étant alignée avec un premier dispositif de collimation monté en sortie dudit pointeur optique, de sorte que les rayons desdits premier et deuxième faisceaux lumineux soient sensiblement parallèles en sortie dudit pointeur optique.These objectives, as well as others which will appear later are achieved with the aid of an optical pointer comprising: a first fiber laser diode intended to generate a first light beam; at least one second fiber laser diode intended to generating a second light beam of wavelength distinct from that of said first light beam, each of the first and second fiber laser diodes being connected to a beam combiner module connected to an output optical fiber able to simultaneously transmit said first and second beams light, said output fiber being aligned with a first collimation device mounted at the output of said optical pointer, so that the rays of said first and second light beams are substantially parallel at the output of said optical pointer.
Selon l'invention, la diode laser et la fibre de chacune des première et deuxième diodes laser fibrées sont monomodes, de sorte à produire un faisceau lumineux limité par la diffraction.According to the invention, the laser diode and the fiber of each of the first and second fiber laser diodes are monomode, so as to produce a light beam limited by diffraction.
Ainsi, de façon inédite, l'invention propose de mettre en œuvre des composants monomodes pour améliorer la collimation et donc limiter la divergence du faisceau lumineux.Thus, in an unprecedented manner, the invention proposes to implement monomode components to improve collimation and thus limit the divergence of the light beam.
Par ailleurs, une diode laser fibrée formée d'une diode et d'une fibre monomodes offre l'avantage d'une modularité supérieure par rapport aux architectures optiques de l'état de la technique et améliore les performances du pointeur optique.Furthermore, a fiber laser diode formed of a diode and a single-mode fiber offers the advantage of greater modularity compared to the optical architectures of the state of the art and improves the performance of the optical pointer.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, ledit module de couplage est un multiplexeur en longueur d’onde, couplé en entrée avec lesdites première et deuxième diodes lasers fibrées et en sortie avec la fibre de sortie.According to an advantageous embodiment of the invention, said coupling module is a wavelength multiplexer, input coupled with said first and second fiber laser diodes and output with the output fiber.
Ainsi, la configuration optique du pointeur, est insensible aux variations de température. En effet, le multiplexeur en longueur d’onde est un composant passif qui permet une plage de température de fonctionnement élargie, située entre -40 °C et 63 °C.Thus, the optical configuration of the pointer is insensitive to temperature variations. Indeed, the wavelength multiplexer is a passive component that allows an extended operating temperature range, between -40 ° C and 63 ° C.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, ledit multiplexeur est formé de trois brins d'une fibre HI780 (marque déposée).According to a particular embodiment of the invention, said multiplexer is formed of three strands of a HI780 fiber (registered trademark).
Selon un autre mode de réalisation particulier de l'invention, ledit module de couplage est un combineur de faisceau à maintien de polarisation.According to another particular embodiment of the invention, said coupling module is a polarization-maintaining beam combiner.
Avantageusement, les diodes desdites première et deuxième diodes laser fibrées sont monomodes sont des diodes lasers monomodes transverses.Advantageously, the diodes of said first and second fibered laser diodes are monomode are transverse monomode laser diodes.
Ainsi, d'une part, la puissance optique de chaque diode laser est suffisamment élevée pour obtenir un pointeur optique à longue portée et d'autre part chaque diode laser émet en sortie un faisceau qui diverge peu sur une longue distance.Thus, on the one hand, the optical power of each laser diode is sufficiently high to obtain a long-range optical pointer and, on the other hand, each laser diode emits a beam that diverges little over a long distance.
Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, ladite première diode laser fibrée est un module formé d'une fibre optique et d'une diode laser émettant un faisceau lumineux d'une longueur d'onde sensiblement égale à 808 nm, par exemple un module Lumics LU0808M250.In an advantageous embodiment of the invention, said first fiber-optic diode is a module formed of an optical fiber and a laser diode emitting a light beam with a wavelength substantially equal to 808 nm, for example a Lumics LU0808M250 module.
Ainsi, la sortie de fibre optique du module fibré monomode émet directement un faisceau gaussien, à symétrie de révolution, limité par la diffraction, dont la puissance est équivalente à la puissance d'une diode laser non fibrée.Thus, the optical fiber output of the single-mode fiber module emits a Gaussian beam, with a symmetry of revolution, limited by diffraction, the power of which is equivalent to the power of a non-fiber laser diode.
En outre, un tel module permet un gain de volume car il intègre un module de refroidissement à effet Peltier.In addition, such a module allows a gain in volume because it incorporates a Peltier cooling module.
Selon des variantes, la longueur d'onde dans l'infrarouge de la première diode laser fibrée est sensiblement égale à 825 ou 830 nm.According to variants, the wavelength in the infrared of the first fiber laser diode is substantially equal to 825 or 830 nm.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, ladite fibre optique de sortie est monomode.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, said output optical fiber is monomode.
Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, ladite deuxième diode laser fibrée est un module formé d'une fibre optique et d'une diode laser émettant un faisceau lumineux d'une longueur d'onde sensiblement égale à 850 nm, par exemple un module Lumics LU0850M250.According to a preferred embodiment of the invention, said second fiber laser diode is a module formed of an optical fiber and a laser diode emitting a light beam with a wavelength substantially equal to 850 nm, for example a Lumics LU0850M250 module.
Ainsi, les longueurs d'onde des première et deuxième diodes lasers fibrées sont espacées d'au moins 20 nm, avantageusement d'au moins 35 nm et de préférence d'au moins 40 nm et de manière particulièrement avantageuse d'au moins 50 nm.Thus, the wavelengths of the first and second fiber laser diodes are spaced at least 20 nm, advantageously at least 35 nm and preferably at least 40 nm and particularly advantageously at least 50 nm. .
Par ailleurs, un tel module limite les pertes d'insertion. Par exemple, pour un décalage en longueur d'onde de 40nm, les pertes d'insertion seront inférieures à 0,5 dB.Moreover, such a module limits the insertion losses. For example, for a wavelength shift of 40 nm, the insertion losses will be less than 0.5 dB.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, un pointeur optique tel que décrit ci-dessus comprend un dispositif d'éclairage formé d'une diode laser destinée à générer un faisceau lumineux d'éclairage aligné avec un module homogénéisateur de faisceau optique et un deuxième dispositif de collimation en sortie dudit pointeur optique, ladite diode dudit dispositif d’éclairage étant orientée de sorte que les rayons dudit faisceau lumineux d'éclairage soient sensiblement parallèles aux rayons desdits premier et deuxième faisceaux lumineux en sortie dudit pointeur optique.In a particular embodiment of the invention, an optical pointer as described above comprises a lighting device formed of a laser diode for generating a lighting light beam aligned with an optical beam homogenizer module and a second collimating device at the output of said optical pointer, said diode of said lighting device being oriented so that the rays of said light illumination beam are substantially parallel to the rays of said first and second light beams at the output of said optical pointer.
Il est alors possible de cibler et éclairer une cible à partir d'un aéronef avec ce pointeur pour le compte de personnels embarqués sur un autre aéronef, un navire ou un véhicule, de personnels évoluant au sol, équipés par exemple de lunettes de vision infra-rouge.It is then possible to target and illuminate a target from an aircraft with this pointer on behalf of personnel embarked on another aircraft, a ship or a vehicle, personnel working on the ground, equipped for example with vision goggles infra -red.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, ladite diode dudit dispositif d’éclairage est une diode laser multi mode apte à émettre un faisceau lumineux en espace libre.According to a particular embodiment of the invention, said diode of said lighting device is a multi-mode laser diode adapted to emit a light beam in free space.
On peut ainsi coupler la diode laser du dispositif d’éclairage avec une lentille de mise en forme du faisceau.It is thus possible to couple the laser diode of the lighting device with a beam shaping lens.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, un pointeur optique tel que décrit ci-dessus comprend une platine de réglage sur laquelle est fixée ledit module homogénéisateur de faisceau optique permettant l'alignement dudit module homogénéisateur de faisceau optique avec ladite diode laser dudit dispositif d’éclairage.According to an advantageous embodiment of the invention, an optical pointer as described above comprises a control plate on which is fixed said optical beam homogenizer module for aligning said optical beam homogenizer module with said laser diode of said lighting device.
On peut alors régler l'alignement de l'axe optique du module homogénéisateur avec la diode laser du dispositif d’éclairage et ainsi optimiser l'homogénéité du faisceau.It is then possible to adjust the alignment of the optical axis of the homogenizer module with the laser diode of the lighting device and thus optimize the homogeneity of the beam.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le deuxième dispositif de collimation est une lentille asphérique.According to a particular embodiment of the invention, the second collimation device is an aspherical lens.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, ledit pointeur optique comprend une fibre optique double gaine, comprenant un cœur monomode entouré d’une gaine multimode, entre ladite fibre de sortie et le ledit premier dispositif de collimation, ladite fibre optique double gaine étant raccordée par une première extrémité à ladite fibre de sortie et alignée avec ledit premier dispositif de collimation et une diode laser destinée à générer un faisceau lumineux d’éclairage, couplée via un injecteur de faisceau à la gaine de ladite fibre optique double gaine.In a particular embodiment of the invention, said optical pointer comprises a double-clad optical fiber, comprising a single-mode core surrounded by a multimode cladding, between said output fiber and said first collimation device, said double-clad optical fiber. being connected by a first end to said output fiber and aligned with said first collimating device and a laser diode for generating a lighting light beam, coupled via a beam injector to the sheath of said double-clad optical fiber.
Ainsi, en sortie de la fibre optique double gaine, on obtient un faisceau unique formés de rayons parallèles entre eux, comprenant en son cœur les rayons lumineux émis par les première et deuxième diodes laser fibrées et dans sa couronne les rayons lumineux du faisceau d’éclairage.Thus, at the output of the double-sheath optical fiber, a single beam is formed formed of parallel rays between them, comprising in its heart the light rays emitted by the first and second fibred laser diodes and in its ring the light rays of the beam of lighting.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, ladite diode laser destinée à générer un faisceau lumineux d'éclairage est raccordée audit injecteur via une fibre optique multimode.According to a particular embodiment of the invention, said laser diode for generating a lighting light beam is connected to said injector via a multimode optical fiber.
Selon un aspect avantageux de l'invention, la seconde extrémité de ladite fibre optique double gaine tournée vers ledit premier dispositif de collimation est située sensiblement dans le plan focal dudit premier dispositif de collimation.According to an advantageous aspect of the invention, the second end of said double-clad optical fiber facing said first collimation device is situated substantially in the focal plane of said first collimation device.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, ledit premier dispositif de collimation est une lentille achromatique.According to a preferred embodiment of the invention, said first collimation device is an achromatic lens.
Ainsi, on renvoie en même temps à l'infini les rayons lumineux émis par les deux diodes laser fibrées et la diode laser d'éclairage, avec une unique lentille.Thus, at the same time, the light rays emitted by the two fiber laser diodes and the laser diode of illumination are returned simultaneously with infinity, with a single lens.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, ladite diode laser destinée à générer un faisceau lumineux d'éclairage est apte à émettre un faisceau lumineux dont la longueur d'onde est comprise entre 800 et 850 nm.In a particular embodiment of the invention, said laser diode for generating a lighting light beam is capable of emitting a light beam whose wavelength is between 800 and 850 nm.
Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, ladite diode laser destinée à générer un faisceau lumineux d'éclairage est apte à émettre un faisceau lumineux dont la longueur d'onde est sensiblement égale à 830 nm, et/ou d'une puissance sensiblement égale à 3 W.According to a preferred embodiment of the invention, said laser diode intended to generate a lighting light beam is capable of emitting a light beam whose wavelength is substantially equal to 830 nm, and / or a power substantially equal to 3 W.
Il convient de noter que du fait que les pointeurs optiques tels que décrits ci-dessus émettent à une fréquence déterminée dans l'infrarouge proche, la visualisation de la cible pointée et/ou éclairée n’est accessible qu'aux seuls personnels équipés d'un dispositif d'imagerie et de visualisation dans cette gamme de fréquences, ce qui garantit l'effet de surprise et améliore l'efficacité des interventions. 5. Liste des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de trois modes de réalisation de l'invention, donnés à titre de simples exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés parmi lesquels :It should be noted that because the optical pointers as described above emit at a determined frequency in the near infrared, the visualization of the dotted and / or illuminated target is accessible only to personnel equipped with an imaging and imaging device in this frequency range, which guarantees the effect of surprise and improves the efficiency of interventions. 5. List of Figures Other features and advantages of the invention will appear more clearly on reading the following description of three embodiments of the invention, given by way of simple illustrative and non-limiting examples, and the accompanying drawings. among which :
La figure 1 est une représentation schématique d'un exemple de mode de réalisation d'un pointeur optique selon l'invention ;FIG. 1 is a schematic representation of an exemplary embodiment of an optical pointer according to the invention;
La figure 2 est une représentation schématique du pointeur présenté en référence à la figure 1 associé à un illuminateur ;Figure 2 is a schematic representation of the pointer shown with reference to Figure 1 associated with an illuminator;
La figure 3 est une représentation schématique d'un autre exemple de mode de réalisation d'un pointeur selon l'invention assurant une fonction de pointeur et d'illuminateur ;Figure 3 is a schematic representation of another exemplary embodiment of a pointer according to the invention providing a pointer and illuminator function;
La figure 4 est une représentation schématique de la fibre optique double gaine de la figure 3, selon la coupe A-A. 6. Description détaillée de l'invention 6.1. Exemple de mode de réalisation de l'inventionFigure 4 is a schematic representation of the double-clad optical fiber of Figure 3, in section A-A. 6. Detailed description of the invention 6.1. Example of embodiment of the invention
Sur la figure 1, on a illustré sous forme schématique, un exemple d'un pointeur 10 selon l'invention.In Figure 1, there is illustrated in schematic form, an example of a pointer 10 according to the invention.
Ce pointeur 10 comprend une première diode laser fibrée 11, composée d'une diode laser monomode transverse 12 couplée avec une fibre optique monomode 13, formant un module laser hermétique dénommé également diode laser fibrée qui émet un faisceau lumineux à diffraction limitée.This pointer 10 comprises a first fibered laser diode 11, composed of a transverse monomode laser diode 12 coupled with a monomode optical fiber 13, forming a hermetic laser module also called fiber laser diode which emits a light beam with limited diffraction.
En sortie de la fibre monomode 13, le faisceau lumineux 101 entre dans un coupleur 14 de faisceaux pour être multiplexé en longueur d'onde avec un deuxième faisceau lumineux émis par une deuxième diode laser fibrée 15, formé d'une diode laser monomode transverse 16 couplée avec une fibre optique monomode 17.At the output of the monomode fiber 13, the light beam 101 enters a beam coupler 14 to be wavelength multiplexed with a second light beam emitted by a second fiber laser diode 15, formed of a transverse monomode laser diode 16 coupled with a single mode optical fiber 17.
La diode laser 12 émet un faisceau lumineux de longueur d'onde λΐ d'environ 808 nm, différent de la longueur d'onde Λ2 du faisceau lumineux de la diode laser 16 qui est d'environ 850 nm. Cependant, les longueurs d'onde λΐ et Λ2 peuvent être d'une valeur quelconque dans la plage [800 nm ; 850 nm], tant que celles-ci ont des espacées d'au moins 20 nm, avantageusement d'au moins 35 nm et de préférence d'au moins 40 nm pour limiter les pertes d'insertion dues à une diaphonie entre les fibres optiques monomodes 13 et 17.The laser diode 12 emits a light beam of wavelength λΐ of about 808 nm, different from the wavelength Λ2 of the light beam of the laser diode 16 which is about 850 nm. However, the wavelengths λΐ and Λ2 may be any value in the range [800 nm; 850 nm], as long as these have spacings of at least 20 nm, preferably at least 35 nm and preferably at least 40 nm to limit the insertion losses due to crosstalk between the optical fibers monomode 13 and 17.
Ces deux faisceaux sortent du multiplexeur 14 guidées par une troisième fibre optique de sortie 18, également monomode, avant de se propager à l'air libre, selon l'axe optique 19 qui est aligné avec celui d'un collimateur 100. On réalise l'alignement de la fibre optique 18 et de l'axe de la lentille 100 à l'aide d'un préhenseur (non représenté sur la figure 1) qui assure le maintien de la fibre optique 18 et permet de découpler les axes optiques pour régler la position de la fibre optique 18 au voisinage du plan focal de la lentille 100. Ce préhenseur est fixé collé au support du dispositif optique avec une colle qui garantit une dérive du faisceau inférieur à 30 prad sur une plage de température de -40 ° Celsius à +63 ° CelsiusThese two beams leave the multiplexer 14 guided by a third optical fiber output 18, also monomode, before propagating in the open air, along the optical axis 19 which is aligned with that of a collimator 100. alignment of the optical fiber 18 and the axis of the lens 100 using a gripper (not shown in Figure 1) which holds the optical fiber 18 and decouples the optical axes to adjust the position of the optical fiber 18 in the vicinity of the focal plane of the lens 100. This gripper is fixed glued to the support of the optical device with an adhesive which guarantees a beam drift of less than 30 prad over a temperature range of -40 ° Celsius at +63 ° Celsius
La sortie optique 101 de la fibre 18 est montée sensiblement dans le plan focal de la lentille achromatique formant le collimateur 100, c'est-à-dire à environ 40 mm de l'extrémité de fibre 32. Cette lentille 100 présente en outre un traitement antireflet.The optical output 101 of the fiber 18 is mounted substantially in the focal plane of the achromatic lens forming the collimator 100, that is to say about 40 mm from the fiber end 32. This lens 100 also has a antireflection treatment.
En outre, chaque diode laser fibrée 11 et 15 est équipée d'un module de refroidissement à effet Peltier (non représenté sur le schéma de principe de la figure 1). Ce module de refroidissement garantit la stabilité en température des diodes laser fibrées 11 et 15 et donc de la puissance consommée par chaque diode laser fibrée en fonction de la température extérieure. On obtient alors pour la plage de température d'utilisation, une variation de consommation inférieure à 40 mW. Dans une variante, un unique module de refroidissement à effet Peltier permet de refroidir les deux diodes laser fibrées 11 et 15.In addition, each fiber laser diode 11 and 15 is equipped with a Peltier cooling module (not shown in the block diagram of FIG. 1). This cooling module guarantees the temperature stability of the fiber laser diodes 11 and 15 and therefore the power consumed by each fiber laser diode as a function of the outside temperature. For the operating temperature range, a consumption variation of less than 40 mW is then obtained. In a variant, a single Peltier cooling module is used to cool the two fiber laser diodes 11 and 15.
Ainsi, en stabilisant la température des diodes laser fibrées 11, 15 on obtient une variation de la puissance optique du pointeur inférieure à 10% de la valeur nominale sur toute la plage de température d'utilisation. On limite également le vieillissement des diodes lasers fibrées ce qui améliore la fiabilité du pointeur 10.Thus, by stabilizing the temperature of the fibered laser diodes 11, a variation in the optical power of the pointer is obtained that is less than 10% of the nominal value over the entire operating temperature range. The aging of the fiber laser diodes is also limited, which improves the reliability of the pointer 10.
Dans ce mode de réalisation particulier de l'invention, la diode laser fibrée 11 est un module Lumics LU0808M250 (marque déposée), dont la puissance d'émission est d'environ 250 mW avec une brillance ON=0,12 à la sortie de la fibre. La diode laser fibrée 15 est un module Lumics LU0850M250 (marque déposée) qui a puissance d'émission d'environ 250 mW avec une brillance ON=0,12 à la sortie de la fibre. En sortie du multiplexeur 14, également connu sous l'acronyme anglophone WDM (pour « wavelength-division multiplexing »), la fibre optique 18 est du modèle PM780.In this particular embodiment of the invention, the fiber laser diode 11 is a Lumics LU0808M250 module (registered trademark), the transmission power of which is approximately 250 mW with a brightness ON = 0.12 at the output of the fiber. The fiber laser diode 15 is a Lumics LU0850M250 module (registered trademark) which has a transmission power of approximately 250 mW with a brightness ON = 0.12 at the output of the fiber. At the output of the multiplexer 14, also known by the English acronym WDM (for "wavelength-division multiplexing"), the optical fiber 18 is of the PM780 model.
La divergence du pointeur 10 est 2θο à la sortie 101 de la fibre optique 18 calculée à l'aide de la formule 2θο = 2 x Arcsin ( ON / 2 ) est égale à 6,9 °. Ainsi, le diamètre du faisceau 0P est de 4,8 mm à une distance de 40 mm de la sortie 101. On s'affranchit ainsi de l'utilisation d’une micro-optique à la sortie 101 de la fibre optique 18 pour limiter la divergence. On évite ainsi, une étape supplémentaire délicate d'alignement de la sortie 101 avec une micro-optique, ce qui réduit le coût et améliore la fiabilité du pointeur 10.The divergence of the pointer 10 is 2θο at the output 101 of the optical fiber 18 calculated using the formula 2θο = 2 x Arcsin (ON / 2) is equal to 6.9 °. Thus, the diameter of the beam OP is 4.8 mm at a distance of 40 mm from the output 101. This eliminates the use of a micro-optic at the output 101 of the optical fiber 18 to limit the divergence. This avoids a delicate additional step of aligning the output 101 with a micro-optics, which reduces the cost and improves the reliability of the pointer 10.
La qualité du faisceau est quantifiée à l'aide de l'angle de divergence du faisceau laser produit ou BPP (acronyme anglophone de « Beam Parameter Product »). Pour le pointeur 10, BPP ~ BPPo = λ / TT = 0,263 mm.mrad, ce qui montre qu’à la sortie de la fibre le faisceau est quasiment limité par la diffraction.The quality of the beam is quantified using the angle of divergence of the laser beam product or BPP (acronym for English "Beam Parameter Product"). For the pointer 10, BPP ~ BPPo = λ / TT = 0.263 mm.mrad, which shows that at the output of the fiber the beam is almost limited by diffraction.
On évalue la divergence par la simulation en faisceau Gaussien du faisceau en espace libre.The divergence is evaluated by the Gaussian beam simulation of the free space beam.
En admettant que les conditions de Gauss soient vérifiées, la divergence à 50 % de l'énergie encerclée au moins égale à 140 prad. Enfin, le pointeur 10 peut fonctionner à une pleine puissance de 525 mW à +/-5 mW et un niveau de puissance réduit de 125 mW à +/-5 mW, avec une variation de la puissance de +/-20 mW sur la plage de température d'utilisation. Selon une variante, le deuxième niveau de puissance est de 225 mW. 6.2. Autre exemple de mode de réalisation de l'inventionAssuming that the Gaussian conditions are verified, the divergence at 50% of the encircled energy at least equal to 140 prad. Finally, the pointer 10 can operate at a full power of 525 mW at +/- 5 mW and a reduced power level of 125 mW at +/- 5 mW, with a variation of the power of +/- 20 mW on the temperature range of use. According to one variant, the second power level is 225 mW. 6.2. Another exemplary embodiment of the invention
En référence à la figure 2, on a représenté de manière très schématique, un autre exemple d'un pointeur optique 20 selon l'invention assurant une fonction de pointeur et d'illuminateur.Referring to Figure 2, there is shown very schematically another example of an optical pointer 20 according to the invention providing a pointer function and illuminator.
Comme on peut le constater sur la figure 2, le pointeur 20 comprend un support 21 qui maintient un module de pointage 29 et un illuminateur 22 dont les axes optiques 19 respectivement 23 sont parallèles.As can be seen in FIG. 2, the pointer 20 comprises a support 21 which holds a pointing module 29 and an illuminator 22 whose optical axes 19 and 23, respectively, are parallel.
Le module de pointage 29 qui est identique au pointeur 10 déjà décrit comprend les diodes lasers monomode transverse 12, 16 couplées avec des fibres optiques monomode 13 respectivement 17, le coupleur 14, la fibre optique de sortie 18 et le collimateur 100. L'illuminateur 22 est formé d'une diode laser 24, d'une micro-optique 25 et une lentille asphérique de collimation 26 qui sont alignées. En outre, la diode laser 24 et la micro-optique 25 sont maintenues alignées dans un boîtier 28 hermétique et compact tel celui décrit dans le document FR15 53616. Ce boîtier 28 scellé hermétiquement comprend une fenêtre étanche, traitée antireflet à travers laquelle sort le faisceau lumineux. Le boîtier 28 est également traversé par deux électrodes de commande de la diode laser 24.The pointing module 29 which is identical to the pointer 10 already described comprises the transverse single-mode laser diodes 12, 16 coupled with monomode optical fibers 13 respectively 17, the coupler 14, the optical output fiber 18 and the collimator 100. The illuminator 22 is formed of a laser diode 24, a micro-optics 25 and an aspherical collimation lens 26 which are aligned. In addition, the laser diode 24 and the micro-optics 25 are kept aligned in a hermetic and compact housing 28 such as that described in the document FR15 53616. This hermetically sealed housing 28 comprises a sealed, anti-reflective window through which the beam emerges. luminous. The housing 28 is also traversed by two control electrodes of the laser diode 24.
La diode laser 24 est une diode laser multi mode adaptée à l'émission d'un faisceau lumineux en espace libre, dont la longueur d'onde Λ3 est comprise dans la plage [800 nm ; 850 nm]. L'alignement de la diode laser 24 fixé au boîtier 28, est obtenu par le réglage d'une platine six axes 27 sur laquelle la microlentille 25 est montée face à la diode laser 24, avant d'être scellée. On assure ainsi la mise en forme homogène, rectangulaire, du faisceau lumineux d'éclairage. Cette mise en forme est également connue sous les terminologies anglo-saxonnes « top-hat » et « rectangular flat-top ». Grâce à cette configuration, 90 % de l'énergie encerclée est localisé dans un diamètre inférieur à 12 mm.The laser diode 24 is a multi-mode laser diode adapted to emit a light beam in free space, whose wavelength Λ3 is in the range [800 nm; 850 nm]. The alignment of the laser diode 24 fixed to the housing 28 is obtained by adjusting a six-axis plate 27 on which the microlens 25 is mounted facing the laser diode 24, before being sealed. This ensures the uniform shaping, rectangular, light beam illumination. This formatting is also known in the Anglo-Saxon terminologies "top-hat" and "rectangular flat-top". With this configuration, 90% of the encircled energy is located in a diameter of less than 12 mm.
Enfin la lentille asphérique 26, traitée antireflet est fixée alignée sur l'axe optique 23 pour assurer la collimation du faisceau lumineux d'éclairage rectangulaire. Ainsi, la divergence du le faisceau rectangulaire après collimation est sensiblement de 2 mrad x 1,1 mrad.Finally, the aspherical lens 26, antireflection-treated is fixed aligned on the optical axis 23 to ensure the collimation of the rectangular illumination light beam. Thus, the divergence of the rectangular beam after collimation is substantially 2 mrad x 1.1 mrad.
Dans ce mode particulier de réalisation de l'invention, la diode laser 24 à ruban large est intégrée dans un module KEOPSYS(marque déposée) ultra-compact, hermétique. La longueur d'onde du faisceau lumineux est de 830 nm +/- 5 nm pour une puissance d'environ 3 W et la taille de l'émetteur est de 100x1 pm2 avec une longueur de cavité de 4,0 mm. 6.3. Autre exemple de mode de réalisation de l'inventionIn this particular embodiment of the invention, the broadband laser diode 24 is integrated in a KEOPSYS module (registered trademark) ultra-compact, hermetic. The wavelength of the light beam is 830 nm +/- 5 nm for a power of about 3 W and the size of the emitter is 100x1 pm2 with a cavity length of 4.0 mm. 6.3. Another exemplary embodiment of the invention
Sur la figure 3, on a représenté un autre exemple d'un mode de réalisation d'un pointeur 30 selon l'invention.FIG. 3 shows another example of an embodiment of a pointer 30 according to the invention.
Dans ce mode de réalisation, on retrouve les diodes laser fibrées 11 et 15 reliées aux entrées du multiplexeur 14. Le faisceau lumineux à la sortie du multiplexeur 14 est guidé par la fibre optique 18 qui est elle-même raccordée à une première extrémité d'une fibre optique à double gaine rectangulaire 31. Une deuxième extrémité 32 de la fibre optique à double gaine rectangulaire 31, dite extrémité de sortie à partir de laquelle le faisceau se propage en espace libre, est située dans le plan focal de la lentille à plan convexe 100.In this embodiment, there are the fiber laser diodes 11 and 15 connected to the inputs of the multiplexer 14. The light beam at the output of the multiplexer 14 is guided by the optical fiber 18 which is itself connected to a first end of a rectangular double-clad optical fiber 31. A second end 32 of the rectangular double-clad optical fiber 31, called the output end from which the beam propagates in free space, is located in the focal plane of the plane lens. convex 100.
La fibre optique à double gaine rectangulaire 31 comprend en outre entre ses deux extrémités un injecteur 33. Celui-ci permet d'injecter un faisceau lumineux d'éclairage ou illumination émis par la diode laser 24 et guidé jusqu'à l'injecteur 33 par une fibre optique multimode 34, dans la fibre optique double gaine 31.The rectangular double-clad optical fiber 31 further comprises, between its two ends, an injector 33. This injector serves to inject a lighting or illumination light beam emitted by the laser diode 24 and guided to the injector 33 by a multimode optical fiber 34, in the double-clad optical fiber 31.
Pour guider les deux faisceaux lumineux de pointage et d'illumination, la fibre optique à double gaine rectangulaire 31, illustrée sur la figure 4, selon la coupe AA, comprend un cœur 40 monomode de diamètre 4,4 mm et d'ouverture numérique 0,14, entouré d'une gaine rectangulaire 41 de dimensions 60xll0pm2 et d'ouverture numérique 0,29, elle-même protégée par une gaine externe acrylate 42. Ainsi, grâce à cet agencement, le cœur 40 monomode guide le faisceau lumineux de pointage, tandis que la gaine rectangulaire 41 guide le faisceau lumineux d'illumination, ce qui permet de garantir des faisceaux coaxiaux, selon l'axe optique 35 en sorti de fibre 32. L'injecteur 33 est obtenu par un assemblage soudé 36 de la fibre optique multimode 34 sur la gaine rectangulaire 41 dans une zone dénudée de la fibre optique à double gaine rectangulaire 31. L'emplacement de l'assemblage soudé 35, est fixé par rapport à l'extrémité de sortie 32 de la fibre optique et de la longueur d'onde Λ3 de la diode laser 24. L'ouverture numérique de la fibre optique double-gaine rectangulaire 31 est sensiblement égale à 0,30 pour l'illuminateur. La divergence à l’extrémité de sortie 32 est environ égale à 17,2 °. Ainsi, le diamètre du faisceau est d'au plus 12 mm à une distance de 40 mm de l'extrémité de sortie 32.To guide the two pointing and illumination light beams, the rectangular double-clad optical fiber 31, shown in FIG. 4, according to the section AA, comprises a monomode core of diameter 4.4 mm and with numerical aperture 0. , 14, surrounded by a rectangular sheath 41 of dimensions 60x110pm2 and a numerical aperture 0.29, itself protected by an acrylate outer sheath 42. Thus, thanks to this arrangement, the single-mode core 40 guides the pointing light beam. , while the rectangular sheath 41 guides the illumination light beam, which makes it possible to guarantee coaxial beams, along the optical axis 35 out of the fiber 32. The injector 33 is obtained by a welded assembly 36 of the fiber multimode optic 34 on the rectangular sheath 41 in a stripped area of the rectangular double-clad optical fiber 31. The location of the soldered assembly 35 is fixed with respect to the output end 32 of the optical fiber and the o length nde Λ3 of the laser diode 24. The numerical aperture of the optical fiber rectangular double-sheath 31 is substantially equal to 0.30 for the illuminator. The divergence at the outlet end 32 is approximately equal to 17.2 °. Thus, the diameter of the beam is at most 12 mm at a distance of 40 mm from the outlet end 32.
Le mode de la fibre optique rectangulaire est entièrement rempli grâce aux rayons de courbure de la fibre.The mode of the rectangular optical fiber is completely filled thanks to the radii of curvature of the fiber.
Les dimensions de la gaine optique sont de 60 x 110 pm2.The dimensions of the optical cladding are 60 × 110 μm 2.
On évalue les divergences de sortie en sortie du collimateur 100, en admettant que les conditions de Gauss soient vérifiées, par la relation d'Abbe suivante : yi sin θι = y s sin QsThe output divergences at the output of the collimator 100 are evaluated, assuming that the Gaussian conditions are satisfied by the following Abbe relation: yi sin θι = y s sin Qs
Avec : yi, le rayon d'entrée θι, la demi-divergence d'entrée ys, le rayon de sortieWith: yi, the input radius θι, the input half-divergence ys, the output radius
Os, la demi-divergence de sortieBone, the half-divergence output
Pour un champ d'entrée de 60 x 110 pm2, une divergence environ égale à 17,2 ° et un rayon de sortie ys de 6,0 mm, la divergence de sortie 20s est au moins de 1,5 mrad x 2,7 mrad selon les deux axes de la fibre optique à double gaine rectangulaire 31. La répartition d'éclairement est uniforme. L'intensité dans un angle solide 1,5 mrad x 2,7 mrad est d'environ 730 kW/sr pour une puissance de 3W et d'environ 400 kW/sr si on considère la portion d'angle solide 1,1 mradx2,0 mrad. 6.4. Autres caractéristiques optionnelles et avantages de l'inventionFor an input field of 60 x 110 pm2, a divergence of approximately 17.2 ° and an output radius ys of 6.0 mm, the output divergence 20s is at least 1.5 mrad x 2.7 mrad along the two axes of the optical fiber rectangular double duct 31. The distribution of illumination is uniform. The intensity in a solid angle 1.5 mrad x 2.7 mrad is about 730 kW / sr for a power of 3W and about 400 kW / sr if we consider the portion of solid angle 1.1 mradx2 , 0 mrad. 6.4. Other optional features and advantages of the invention
Dans des variantes des modes de réalisation de l'invention détaillés ci-dessus, il peut également être prévu que : la lentille de collimation est un système du type « doublet de lentilles » qui assure une correction de la dispersion chromatique ; la lentille de collimation est un système du type « triplet de lentilles » qui assure une correction de l'aberration sphérique ; la lentille de collimation est une lentille à plan convexe avec un diamètre de 15 mm, pour un diamètre utile de 14 mm, et une distance focale de 40 mm ; le couplage des faisceaux lumineux du pointeur laser est obtenu par un combineur de faisceau à maintien de polarisation à la place du multiplexeur en longueur d'onde (WDM), ce qui permet d'obtenir un faisceau polarisé qui permet une augmentation du signal transmit, par exemple à travers un hublot ; le couplage des faisceaux lumineux du pointeur laser est obtenu par un multiplexeur en longueur d'onde à maintien de polarisation (connu sous l'acronyme anglophone WDM PM).In variants of the embodiments of the invention detailed above, it may also be provided that: the collimating lens is a "lens doublet" type system which provides correction of the chromatic dispersion; the collimation lens is a "triplet of lenses" type system which ensures a correction of the spherical aberration; the collimating lens is a convex plane lens with a diameter of 15 mm, for a useful diameter of 14 mm, and a focal length of 40 mm; the coupling of the light beams of the laser pointer is obtained by a polarization-maintaining beam combiner in place of the wavelength division multiplexer (WDM), which makes it possible to obtain a polarized beam which makes it possible to increase the transmitted signal, for example through a porthole; the coupling of the light beams of the laser pointer is obtained by a polarization maintaining wavelength multiplexer (known by the English acronym WDM PM).
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