FR3058235A1

FR3058235A1 - Dephaseur optique et dispositif optique a commande de phase ainsi que procede de reglage de la phase

Info

Publication number: FR3058235A1
Application number: FR1760125A
Authority: FR
Inventors: Jan Niklas Caspers
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-10-31
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2018-05-04
Anticipated expiration: 2037-10-27
Also published as: CN108020937A; FR3058235B1; DE102016221388A1; CN108020937B

Abstract

Déphaseur optique (1) comprenant un guide d'ondes (3), et un élément de réglage (4), qui règle la phase d'un rayonnement électromagnétique conduit par un guide d'ondes (3), et qui est relié à une source de tension électrique (6) pour fournir un signal de réglage (7) servant à régler la phase du rayonnement électromagnétique conduit par le guide d'ondes (3). Le signal de réglage (7) est une impulsion de tension électrique (71, 72, 73).

Description

Domaine de l’invention

La présente invention se rapporte à un déphaseur optique ainsi qu’à un dispositif optique à commande de phase. L’invention se rapporte également à un procédé de réglage de la phase d’un rayonnement optique et à un procédé de réglage du tracé du rayonnement ainsi qu’à un système Lidar.

Etat de la technique

Le document "Large-scale nanophotonics phases array (Sun et al., Nature 493, 195 (2013))" décrit la structure d’un dispositif bidimensionnel à commande optique de phase (dispositif OPA). Ce dispositif un grand nombre d’émetteurs verticaux répartis dans une matrice (réseau). Les émetteurs sont réalisés comme couplage d’émetteurs qui sont alimentés en lumière par des guides d’ondes. La distance entre les émetteurs est une mesure de l’intensité avec laquelle on dévie le rayonnement. En réglant la phase de la lumière au niveau de chaque émetteur et des interférences de la lumière dans le champ éloigné, on peut générer n’importe quel motif ou générer un foyer (3) dans une plage angulaire importante et les déplacer. Le réglage de phases peut se faire par un dispositif de chauffage intégré dans les guides d’ondes. Pour cela, on applique une tension au dispositif de chauffage. En outre, l’invention décrit un système Lidar (Lidar = Light détection and ranging) et un système comportant un dispositif optique à commande de phase. Exposé et avantages de l’invention L’invention a pour objet un déphaseur optique comprenant un guide d’ondes et, un élément de réglage, qui règle la phase du rayonnement électromagnétique conduit par le guide d’ondes et qui est relié à une source de tension électrique pour fournir un signal de réglage servant à régler la phase du rayonnement électromagnétique conduit par le guide d’ondes, ce déphaseur étant caractérisé en ce que le signal de réglage est une impulsion de tension électrique.

Dans le domaine de la technique des microsystèmes, on a actuellement des systèmes optiques miniaturisés qui font l’objet de nombreuses analyses. Dans le domaine spécial, l’optique dite intégrée constitue une possibilité pour guider et traiter la lumière dans des guides d’ondes planaires, très complexes. La base physique du guidage de la lumière est dans ce cas analogue à celle des capsules de fibres de verre. Une application possible consiste à réaliser une unité optique de déflection à l’aide d’un dispositif optique à commande de phase (OPA) qui ne comporte pas de partie mobile. Une telle unité de déflection peut, par exemple, remplacer un miroir mécanique. Les dispositifs OPA sont très robustes vis-à-vis de l’influence de l’environnement telle que les chocs mécaniques ; leur réalisation est économique. De plus de tels dispositifs optiques à commande de phase OPA sont très compacts. Les applications possibles des dispositifs OPA se situent, par exemple, dans le domaine des systèmes Lidar qui permettent de mesurer le rayonnement électromagnétique caractérisant la forme et la distance d’un objet, en particulier dans le domaine de la conduite automatique. Une autre application est, par exemple, celle de l’utilisation des dispositifs OPA comme pico-projecteur ou comme afficheur tête haute.

Un avantage de l’invention réside dans la réduction de la puissance consommée pour régler la phase d’un rayonnement électromagnétique et d’améliorer ainsi l’efficacité du déphaseur optique.

En d’autres termes, l’invention a pour objet un déphaseur optique comportant un guide d’ondes et un élément de réglage de la phase du rayonnement électromagnétique dans le guide d’ondes, en étant relié à une source de tension électrique fournissant un signal de réglage de la phase du rayonnement électromagnétique dans le guide d’ondes. Le déphaseur reçoit le signal de réglage sous la forme d’une impulsion de tension électrique. L’avantage est de réduire ainsi la consommation d’énergie du déphaseur optique par rapport à un déphaseur avec un élément de réglage à tension électrique constante.

Selon un développement, l’impulsion de tension électrique a une durée maximale de 100 nanosecondes (ns), ce qui a l’avantage de réduire significativement la consommation d’énergie du déphaseur optique.

Selon un développement, l’impulsion de tension électrique est une impulsion triangulaire. En variante, ou en complément, l’impulsion de tension électrique est formée au moins d’une demi-impulsion sinusoïdale. En variante ou en complément l’impulsion de tension est une impulsion gaussienne. L’avantage de ces formes de réalisation est que de telles impulsions de tension se génèrent simplement.

Selon un développement du déphaseur optique, l’élément de réglage est au moins en partie à la surface du guide d’ondes, ce qui a l’avantage d’une organisation compacte de l’élément de réglage et de simplifier l’intégration de cet élément de réglage dans le déphaseur optique.

Un dispositif optique de commande de phase comporte au moins un premier déphaseur optique pour régler la première phase du rayonnement électromagnétique conduit dans un premier guide d’ondes du premier déphaseur optique et au moins un second déphaseur optique pour régler la seconde phase du rayonnement électromagnétique conduit dans le second guide d’ondes du second déphaseur optique ainsi qu’une unité de commande pour générer les impulsions de tension du premier déphaseur optique et du second déphaseur optique servant à régler la première phase et la seconde phase. Il en résulte l’avantage de réduire ainsi la consommation en énergie du dispositif optique commandé en phase et de permettre une réalisation compacte de ce dispositif. L’invention a également pour objet un procédé de réglage de la phase du rayonnement électromagnétique par un déphaseur optique caractérisé en ce que le réglage de la phase optique du rayonnement électromagnétique conduit dans un guide d’ondes, s’obtient par l’application d’une impulsion de tension à l’élément de réglage, ce qui a l’avantage d’éviter d’appliquer une tension constante au déphaseur optique et d’économiser ainsi de l’énergie. L’invention a également pour objet un procédé de réglage d’un tracé de rayonnement électromagnétique à l’aide d’un dispositif optique à commande de phase, caractérisé en ce qu’il consiste à appliquer un premier signal de réglage à un premier élément de réglage du premier déphaseur optique pour régler une première phase optique d’un rayonnement électromagnétique conduit par le premier guide d’ondes, appliquer un second signal de réglage à un second élément de réglage du second déphaseur optique pour régler une seconde phase optique d’un rayonnement électromagnétique conduit par le second guide d’ondes. Ce procédé de réglage a l’avantage d’augmenter l’efficacité du dispositif optique commandé en phase car grâce à l’utilisation d’impulsions de tension pour régler les phases optiques, on réduit la consommation d’énergie de ce dispositif optique commandé en phase.

Selon un développement du procédé, la première impulsion de tension et la seconde impulsion de tension ont chacune une durée maximale de 100 ns. Cette forme de réalisation a l’avantage de permettre une économie d’énergie par rapport à un fonctionnement avec application d’une tension électrique constante. L’invention a également pour objet un système Lidar, comportant un dispositif de déflection de faisceaux avec un dispositif optique commandé en phase, ce qui a l’avantage grâce à l’utilisation du dispositif optique commandé en phase de réaliser une construction significativement plus compacte et d’éviter les pièces mécaniques mobiles. On améliore ainsi la robustesse du système Lidar vis-à-vis de l’influence de l’environnement et, par exemple, de contraintes mécaniques de sorte que globalement on augmente la durée de vie du système Lidar. Un autre avantage est qu’un tel système Lidar est économique à fabriquer. Les systèmes Lidar sont, par exemple, intéressants dans le domaine de la conduite autonome.

Un système Lidar peut mesurer la forme d’un objet et son éloignement à l’aide du rayonnement électromagnétique.

Dessins

La présente invention sera décrite ci-après, à l’aide d’exemples de déphaseur optique et d’un dispositif optique commandé en phase ainsi que d’un procédé de mise en œuvre représenté dans les dessins annexés dans lesquels les mêmes éléments portent les mêmes références.

Ainsi : la figure 1 est une vue d’un déphaseur optique relié à une source de tension, la figure 2 est une section d’un déphaseur optique, la figure 3a montre un signal de réglage avec une première impulsion de tension sous la forme d’une impulsion rectangulaire, la figure 3b montre un signal de réglage avec une première impulsion de tension et une seconde impulsion de tension et une troisième impulsion de tension, les impulsions de tension étant des impulsions triangulaires, la figure 4 montre un signal de réglage avec une première impulsion de tension, une seconde impulsion de tension et une troisième impulsion de tension, ces impulsions étant chacune de forme sinusoïdale, la figure 5 montre un signal de réglage avec une première impulsion de tension et une seconde impulsion de tension, ces impulsions de tension ayant une forme gaussienne, la figure 6 est un diagramme montrant le chronogramme de la température dans un guide d’ondes d’un déphaseur optique par une première et une seconde courbes, la figure 7 est une section d’un dispositif optique commandé en phase et comportant trois déphaseurs optiques, la figure 8 est une vue d’un dispositif optique commandé en phase composé de trois déphaseurs optiques reliés à trois sources de tensions électriques, la figure 9 montre le schéma d’un procédé de réglage d’une phase par un déphaseur optique, la figure 10 montre un procédé de réglage du tracé d’un rayonnement électromagnétique à l’aide d’un dispositif optique commandé en phase, et la figure 11 est un schéma par blocs d’un système Lidar avec un dispositif optique commandé en phase.

Description de modes de réalisation

La figure 1 montre une vue de dessus d’un déphaseur optique selon un exemple de réalisation de l’invention. Le déphaseur optique 1 comporte un guide d’ondes 3 et un élément de réglage 4. L’élément de réglage 4 règle la phase du rayonnement électromagnétique passant dans le guide d’ondes 3. L’élément de réglage 4 est relié à une source de tension électrique 6. La source de tension électrique 6 fournit un signal de réglage 7 servant à régler la phase du rayonnement électromagnétique conduit dans le guide d’ondes 3. L’élément de réglage 4 de cet exemple de réalisation se trouve sur le guide d’ondes 3.

Selon un autre exemple de réalisation, l’élément de réglage 4 ne se trouve que partiellement sur la surface du guide d’ondes 3. Le signal de réglage 7 se compose d’au moins une impulsion de tension électrique 71, 72, 73. Les exemples du signal de réglage 7 sont donnés aux figures 3a, 3b, 4 et 5. Une impulsion de tension électrique 71, 72, 73 correspond ici à une tension électrique qui a, pour une durée 701, 702, 703, une certaine tension électrique, cette durée étant plus courte que la longueur de l’impulsion optique et sa valeur est différente de zéro. La longueur d’impulsion optique est ici la durée pendant laquelle la puissance optique est supérieure à 1% de la puissance optique de pointe de l’impulsion.

Dans l’exemple de réalisation de la figure 1, l’élément de réglage 4 est un chemin conducteur électrique sur le guide d’ondes 3. Ce chemin conducteur reçoit une tension électrique d’une source de tension électrique 6. Le chemin conducteur fonctionne comme une résistance ohmique. En appliquant une tension électrique au chemin conducteur on a des pertes ohmiques, c’est-à-dire que le chemin conducteur agissant sur l’élément de réglage 4, chauffe. Comme l’élément de réglage 4 est sur le guide d’ondes 3, ce dernier chauffe également. La variation de température produite par l’élément de réglage 4 dans le guide d’ondes 3 modifie l’indice de réfraction de la matière dans laquelle est réalisé le guide d’ondes 3, du fait de l’effet thermo-optique. La variation de température dépend de la puissance ou de la tension électrique appliquée à l’élément de réglage 4. En conséquence, la variation de l’indice de réfraction dépend de la tension électrique appliquée à l’élément de réglage 4. La variation de l’indice de réfraction se traduit par une différence de temps de parcours optique qui modifie la phase du rayonnement électromagnétique conduit dans le guide d’ondes. La phase dépend de l’indice de réfraction et ainsi la phase du rayonnement électromagnétique dans le guide d’ondes 3 se règle par l’application d’une tension électrique à l’élément de réglage 4.

La tension électrique permet de commander la phase du rayonnement électromagnétique conduit dans le guide d’ondes. Le transfert de température entre l’élément de réglage 4 et le guide d’ondes 3 ne se fait, en général, pas instantanément, mais avec un certain retard. Après un certain retard, lorsque le transfert de température entre l’élément de réglage 4 au guide d’ondes 3 est fait, le guide d’ondes 3 est dans un certain état d’équilibre, c’est-à-dire qu’il est dans l’état dans lequel le guide d’ondes 3 a au moins approximativement une tension constante. Si l’on applique une tension électrique constante à l’élément de réglage 4, on arrive à l’état d’équilibre qui est, de manière caractéristique, atteint après une paire de microsecondes. Une puissance de 50 Milliwatt (mW) pendant une durée de 25 μβ, correspond, par exemple, à une énergie de commutation de 375 nanojoules (nJ). La plus grande variation de température dans le guide d’ondes 3 se produit directement après l’application de la tension électrique à l’élément de réglage 4. La température dans le guide d’ondes 3 augmente jusqu’à atteindre l’état d’équilibre mais beaucoup plus lentement que directement après l’application de la tension électrique. Selon l’invention, à la place d’une tension électrique constante on applique au moins une impulsion de tension électrique 71, 72, 73 à l’élément de réglage 4. Les impulsions de tension électrique 71, 72, 73 qui sont appliquées à l’élément de réglage 4 ont une durée 701, 702, 703 de quelques nanosecondes, par exemple, inférieure à 100 ns. La tension électrique appliquée est une mesure de la variation de phase du rayonnement électromagnétique. C’est pourquoi, par la tension électrique on peut, par exemple, régler le déphasage souhaité du rayonnement électromagnétique conduit dans le guide d’ondes 3.

La figure 2 montre la coupe d’un déphaseur optique 1 comme celui représenté, par exemple, à la figure 1. Le guide d’ondes 3 se trouve sur un substrat 2. Le guide d’ondes 3 se compose d’un cœur de guide d’ondes 3” qui, dans cet exemple de réalisation, est entouré d’une enveloppe de guides d’ondes 3’. Le cœur de guide d’ondes 3” est, par exemple, en nitrure de silicium. L’enveloppe de guide d’ondes 3’ est, par exemple, en silice (ou dioxyde de silicium). L’élément de réglage 4 de cet exemple de réalisation se trouve sur le premier côté 5’ du guide d’ondes 3 ; le premier côté 5’ est le côté du guide d’ondes 3 à l’opposé du substrat 2. L’élément de réglage 4 est, par exemple, en titane (Ti). En variante ou en complément, l’élément de réglage 4 est en nitrure de titane (TiN), en silicium dopé, en platine (Pt) ou en palladium (Pd). Les contacts électriques de l’élément de réglage 4 relié à la source de tension électrique 6 ne sont pas représentés à la figure 2.

Les figures 3a, 3b, 4 et 5 montrent des exemples de réalisation du signal de réglage 7. Le temps est indiqué selon l’axe x et la tension électrique est indiquée sur l’axe y. A la figure 3a, le signal de réglage 7 se compose d’une première impulsion de tension 71 en forme d’impulsion rectangulaire. Cette première impulsion de tension 71a une première durée 701 avec un niveau de tension constant, différent de zéro alors qu’à tous les autres instants le niveau de tension est nul. A la figure 3b, le signal de réglage 7 se compose d’une première impulsion de tension 71, d’une seconde impulsion de tension 72 et d’une troisième impulsion de tension 73. Chacune des impulsions de tension 71, 72, 73 est une impulsion triangulaire. Une impulsion triangulaire a une montée de tension linéaire jusqu’à une valeur maximale qui caractérise l’amplitude de l’impulsion de tension 71, 72, 73 et cette impulsion chute de nouveau de manière linéaire. La durée 701, 702, 703 de l’impulsion correspond à la durée entre le début de la montée linéaire à une valeur de tension, de zéro jusqu’à la fin de la chute linéaire à une valeur de tension nulle. A un premier instant on applique la première impulsion de tension 71 pendant une première durée de temps 701 à l’élément de réglage 4. A un second instant qui est postérieur au premier instant, on applique la seconde impulsion de tension 72 à l’élément de réglage 4 pendant une seconde durée 702. Dans cet exemple de réalisation, la première impulsion de tension 71 et la seconde impulsion de tension 72 ont respectivement une durée 701, 702 alors que les amplitudes coïncident.

La seconde impulsion de tension est suivie à un troisième instant qui fait suite au second instant, par une troisième impulsion de tension 73. La troisième impulsion 73 a une troisième durée 703 qui, dans cet exemple de réalisation, est inférieure à celle de la première durée 701. En outre, l’amplitude de la troisième impulsion de tension 73 est inférieure à l’amplitude de la première impulsion de tension 71 et de la seconde impulsion de tension 72. Lorsqu’on applique la première impulsion de tension 71 à l’élément de réglage 4, la phase dans le guide d’ondes 4 sera réglée en fonction de la première impulsion de tension 71. La chaleur transmise par l’élément de réglage 4 dans le guide d’ondes 3 peut passer dans le substrat 2 pour avoir de nouveau l’indice de réfraction d’origine et ainsi régler de nouveau la phase initiale du réglage électromagnétique dans le guide d’ondes 3. Après un certain temps sans appliquer de tension électrique à l’élément de réglage 4, on a la seconde impulsion de tension 72. Cette dernière fonctionne de façon analogue à la première impulsion de tension 71 et modifie la phase du rayonnement électromagnétique dans le guide d’ondes 3. Comme la première impulsion de tension 71 et la seconde impulsion de tension 72 se correspondent en durée 701, 702 et en amplitude, les variations de phase produites par la première impulsion de tension 71 et la seconde impulsion de tension 72 se correspondent. La chaleur transmise par l’élément de réglage 4 dans le guide d’ondes 3 peut s’évacuer par le substrat 2 de sorte que l’on aura de nouveau l’indice de réfraction d’origine et ainsi de nouveau la phase d’origine dans le rayonnement électromagnétique dans le guide d’ondes 3. Après un certain temps sans tension électrique appliquée à l’élément de réglage 4, on applique la troisième impulsion de tension 73. Cela modifie la phase du rayonnement électromagnétique dans le guide d’ondes 3. Comme l’amplitude et la seconde durée 703 de la troisième impulsion de tension 73 diffèrent de l’amplitude et de la durée 701, 702 de la première et de la seconde impulsions de tension 71, 72, on aura du fait de la troisième impulsion de tension 73, une autre variation de phase que précédemment. Par le choix de l’amplitude et de la durée dans le temps 701, 702, 703 de l’impulsion de tension 71, 72, 73 qui est appliquée à l’élément de réglage 4, on peut régler une valeur pour la variation de phase ou le retard de phase. Si la chaleur peut s’évacuer on rétablit de nouveau la phase d’origine. A la figure 4, le signal de réglage 7 a une première impulsion de tension 71, une seconde impulsion de tension 72 et une troisième impulsion de tension 73. Dans cet exemple de réalisation, les impulsions de tension 71, 72, 73 sont sous la forme d’une demi-sinusoïde. La seconde durée dans le temps 702 coïncide avec la troisième durée dans le temps 703. Toutefois, la première impulsion de tension 72 diffère de la troisième impulsion de tension 73 par son amplitude, c’est-à-dire par la valeur maximale de sa tension. En conséquence, la seconde impulsion de tension 72 produit une variation de température dans le guide d’ondes 3 qui ne coïncide pas avec la variation de température produite par la troisième impulsion de tension 73. Ainsi, la seconde impulsion de tension 72 produit un autre déphasage que la troisième impulsion de tension 73. L’amplitude de la première impulsion de tension 71 et de la troisième impulsion de tension 73 sont les même dans cet exemple de réalisation, mais la première durée 701 est inférieure à la seconde et à la troisième durées 702, 703.

La figure 5 montre un autre exemple de réalisation du signal de réglage 7 composé d’une première impulsion de tension 71 et d’une seconde impulsion de tension 72 ; les impulsions de tension 71, 72 sont des impulsions gaussiennes. La première durée 701 est supérieure à la seconde durée 702 et l’amplitude de la première impulsion de tension 71 est supérieure à l’amplitude de tension de la seconde impulsion de tension 72.

Le signal de réglage peut également se composer de plus de trois impulsions de tension 71, 72, 73 ou de moins de trois impulsions de tension 71, 72, 73. En outre, on peut combiner les exemples de réalisation décrits ci-dessus pour le signal de réglage 7. En variante ou en complément, le signal de réglage 7 peut également se composer d’impulsions de tension 71, 72, 73 dont la forme est différente, par exemple, une combinaison d’impulsions rectangulaires et d’impulsions triangulaires.

La figure 6 montre un diagramme dans lequel l’axe x représente le temps en microsecondes et l’axe y, la température en degrés Celsius. La figure 6 montre le transfert de chaleur dans un déphaseur optique 1 tel que, par exemple, celui de la figure 2. Le déphaseur optique 1 conduit, par exemple, à un rayonnement électromagnétique d’une longueur d’ondes de 905 nm ; le guide d’ondes 3 a une largeur de 500 nm et une hauteur de 220 nm. La largeur caractérise à la figure 2 la dimension du guide d’ondes 3 dans la direction parallèle à l’axe y et la hauteur correspond, selon la figure 2 à la dimension du guide d’ondes 3 parallèlement à l’axe z. Le cœur de guide d’ondes 3” est, par exemple, en nitrure de silicium. Si le guide d’ondes 3 doit conduire à un rayonnement électromagnétique d’une longueur d’ondes supérieure à 1300 nm, le cœur 3” du guide d’ondes sera, par exemple, en silicium. La première courbe de la figure 6 décrit le profil de température dans le guide d’ondes 3 en fonction du temps lorsqu’une impulsion de tension 71, 72, 73 est appliquée comme signal de réglage 7 à l’élément de réglage 4. En appliquant l’impulsion de tension 71, 72, 73 on arrive à une variation de température de 60°C dans le guide d’ondes. L’impulsion de tension 71, 72, 73 de cet exemple de réalisation a une durée de 100 ns et sera sous la forme d’une impulsion rectangulaire comme celle présentée, par exemple, à la figure 3a. La seconde courbe de la figure 6 est la courbe de température dans le guide d’ondes 3 en fonction du temps lorsqu’on applique une tension constante comme signal de réglage 7 à l’élément de réglage 4. Dans ce cas également, on arrive à une variation de température de 60°C dans le guide d’ondes 3. Par comparaison de la première courbe 8 et de la seconde courbe 9, il apparaît clairement que dans le cas des impulsions de tension 71, 72, 73, la variation de température de 60°C se produit plus rapidement dans le guide d’ondes 3 que dans le cas d’une tension constante (seconde courbe 9). La puissance de chauffage instantané des impulsions de tension 71, 72, 73 est supérieure à celle de la tension constante. Dans les deux cas on arrive à la même variation de phase. Dans le cas des impulsions de tension 71, 72, 73 il faut pour cela une énergie de 50 nJ alors que dans le cas de la tension constante il faut une énergie de 375 nJ. La durée 701, 702, 703 de l’impulsion de tension peut également être fixée à une valeur inférieure à 100 ns. De façon préférentielle, la durée de l’impulsion 701, 702, 703 est supérieure à la longueur optique de l’impulsion.

La figure 7 montre un exemple de réalisation d’un dispositif optique commandé en phase 100. Dans cet exemple de réalisation, le dispositif optique commandé en phase se compose d’un premier dé-phaseur optique Γ, d’un second déphaseur optique 1” et d’un troisième déphaseur optique Γ” ; les déphaseurs optiques Γ, 1”, Γ” de cet exemple de réalisation se succèdent dans un plan parallèlement au plan-y. Cela signifie que les déphaseurs sont organisés selon un réseau 2D. Le dispositif optique commandé en phase peut comporter également d’autres déphaseurs optiques 1, Γ, 1”, Γ” et ceux-ci seront décalés dans la direction z au-dessus et/ou en dessous du réseau 2D. Dans un exemple de réalisation non présenté, dans le plan parallèle au plan x-y on juxtapose dix déphaseurs 1, Γ, 1”, Γ”. Ces déphaseurs peuvent être de même construction ou de constructions qui diffèrent au moins partiellement l’une de l’autre. Dans cet exemple de réalisation non figuré, on a, par exemple, superposé dix tels plans de sorte que les déphaseurs optiques 1, Γ, 1”, Γ” seront répartis dans un réseau 3D. Comme chaque déphaseur 1, Γ, 1”, 1’” comporte au moins un élément de réglage 4, le dispositif commandé en phase 100 aura ainsi une centaine d’éléments de réglage. Un petit gain d’énergie pour chaque élément de réglage 4 produit ainsi globalement un gain significatif d’énergie. A la figure 7, les trois déphaseurs 1’, 1”, Γ” sont de même construction, par exemple comme celles décrites ci-dessus. Le premier déphaseur 1’ comporte un premier substrat 21 avec un premier guide d’ondes 31 ; le premier guide d’ondes 31 a un premier cœur de guide d’ondes 31” entouré d’une première enveloppe de guides d’ondes 3Γ. Sur le côté du premier substrat 21 à l’opposé du premier guide d’ondes 31, on a un premier élément de réglage 41.

Le second déphaseur 1” se compose d’un second substrat 22 sur lequel il y a un second guide d’ondes 32. Le second guide d’ondes 32 a un second cœur de guide d’ondes 32” entouré d’une seconde enveloppe de guides d’ondes 32’. Sur le côté du second guide d’ondes 32 à l’opposé du second substrat 22 on a un second élément de réglage 42. Le troisième déphaseur Γ” se compose d’un troisième substrat 23 portant un troisième guide d’ondes 33 ; le troisième guide d’ondes 33 se compose d’un troisième cœur de guide d’ondes 33” entouré d’une troisième enveloppe de guide d’ondes 33’. Sur le côté du troisième guide d’ondes 33 à l’opposé de celui du troisième substrat 23, on a un troisième élément de réglage 43. Le troisième déphaseur Γ” est situé entre le premier déphaseur 1’ et le second déphaseur 1”. Le premier élément de réglage 41, le second élément de réglage 42 et le troisième élément de réglage 43 sont reliés à la source de tension électrique 6 qui fournit ainsi un premier signal de réglage 7’ pour le premier dé-phaseur Γ, un second signal de réglage 7” pour le second déphaseur 1” et un troisième signal de réglage 7”’ pour le troisième déphaseur Γ”. Dans l’exemple de réalisation présenté à la figure 7, la source de tension électrique 6 est intégrée dans l’unité de commande 106. En variante ou en complément, la source de tension 6 et l’unité de commande 106 peuvent être séparées. L’unité de commande 106 commande les signaux de réglage 7’, 7”, 7’”.

La figure 8 est une vue de dessus d’un dispositif optique à commande en phase 100 comme celui représenté à la figure 7. Le dispositif optique commandé en phase 100 comporte trois déphaseurs optiques 1’, 1”, 1’” juxtaposés dans un plan parallèle au plan x-y. Dans cet exemple de réalisation, les déphaseurs 1’, 1”, 1’” sont de même construction. Le troisième déphaseur optique Γ” est en outre situé entre le premier déphaseur optique 1’ et le second déphaseur optique 1”. Le premier déphaseur optique 1’ conduit un premier rayonnement électromagnétique 101 qui passe parallèlement à l’axe x dans la direction négative x. Le second déphaseur optique 1” conduit un second rayonnement électromagnétique 102 qui passe parallèlement à l’axe x dans la direction négative x. Le troisième déphaseur optique 1 ’” conduit un troisième rayonnement électromagnétique 103, qui passe parallèlement à l’axe x dans la direction négative x. Du fait de la disposition des déphaseurs optiques Γ, 1”, Γ”, le premier rayonnement électromagnétique 101, le second rayonnement électromagnétique 102 et le troisième rayonnement électromagnétique 103 sont ainsi parallèles dans les guides d’ondes 31, 32, 33. Comme les déphaseurs Γ, 1”, Γ” de la figure 7 sont de même construction, le rayonnement électromagnétique 101, 102, 103 qui arrive dans les trois guides d’ondes avec la même phase, aura la même phase à la sortie des guides d’ondes 31, 32, 33.

Le premier rayonnement électromagnétique 101, le second rayonnement électromagnétique 102 et le troisième rayonnement électromagnétique 103 peuvent également interférer à la sortie des guides d’ondes 31, 32, 33. Si, par exemple, la première source de tension 61 reliée au premier élément de réglage 41 du premier déphaseur optique Γ, applique un premier signal de réglage 7’ à l’élément de réglage 41, par exemple, sous la forme d’une première impulsion de tension 71 comme celle esquissée, à titre d’exemple, à la figure 3a, alors le premier rayonnement électromagnétique 101 aura une première phase à sa sortie du premier guide d’ondes 31. Le second rayonnement électromagnétique 102 présente à sa sortie du second guide d’ondes 32, une seconde phase et le troisième rayonnement électromagnétique 103 présente en sortie du troisième guide d’ondes 33, une troisième phase. La seconde et la troisième phases se correspondent car tous les guides d’ondes 31, 32, 33 sont de même construction de sorte que sur le second déphaseur 1” et le troisième déphaseur Γ”, il y aura tout d’abord, selon un premier exemple de réalisation, aucun signal de réglage 7, 7’, 7”, 7’”. Toutefois, la première phase a une différence par rapport à la seconde et à la troisième phases. L’amplitude de la différence dépend du premier signal de réglage 7’. Par le premier signal de réglage 7’ on peut ainsi, par exemple, régler un motif d’interférences ou un tracé de rayon pour le premier rayonnement électromagnétique 101, le second rayonnement électromagnétique 102, et le troisième rayonnement électromagnétique 103.

Le tracé du rayonnement électromagnétique 101, 102, 103 après sa sortie du dispositif optique commandé en phase, notamment du motif d’interférence, peut se régler par le dispositif optique de commande en phase 100, par exemple, en appliquant un premier signal de réglage 7’ au premier déphaseur 1’ et/ou en appliquant un second signal de réglage 7” au second déphaseur 1” et/ou en appliquant un troisième signal de réglage 7’” au troisième déphaseur Γ”. La figure 8 montre l’esquisse d’un plan d’observation 107. Il peut s’agir, par exemple, du champ éloigné, là où on veut régler, par exemple, un motif d’interférence prédéfini. Il est ainsi, par exemple, possible de projeter l’image d’un objet, d’une inscription, etc. dans le plan d’observation 107. L’unité de commande 106 est conçue pour cela pour commander le signal de réglage 7’, 7”, 7’”.

Dans l’exemple de réalisation de la figure 8, l’unité de commande 106 a une première source de tension 61, une seconde source de tension 62 et une troisième source de tension 63. En variante ou en complément, le nombre de sources de tensions électriques 6, 61, 62, 63 peut être égal à celui des déphaseurs optiques 1, Γ, 1”, Γ”. Par exemple, on peut n’utiliser aussi qu’une seule source de tension 6. L’unité de commande 106 commande le nombre d’impulsions de tension 71, 72, 73, la durée 701, 702, 703 des impulsions de tension 71, 72, 73, les amplitudes des impulsions de tension 71, 72, 73, etc., qui sont appliquées aux déphaseurs optiques Γ, 1”, Γ” du dispositif optique commandé en phase 100. De plus, l’unité de commande qui applique à tel ou tel déphaseur optique 1, 1’, 1”, Γ” à un instant donné un signal de réglage 7, 7’, 7”, 7’” permet, par exemple, de régler un certain profil de rayon. Le dispositif optique commandé en phase 100 peut comporter, par exemple, une disposition de dix plans superposés ayant chacun dix déphaseurs optiques 1, Γ, 1”, 1’”.

La figure 9 montre un procédé 120 de réglage de la phase d’un rayonnement électromagnétique par un déphaseur optique 1, Γ, 1”, Γ”. Le réglage de la phase optique du rayonnement électromagnétique conduit par un guide d’ondes 3, 31, 32, 33 se fait par l’application 121 d’une impulsion de tension 71, 72, 73 à l’élément de réglage 4, 41, 42, 43. Ce procédé 120 peut être, par exemple, implémenté comme programme ou comme circuit ou être logé dans l’appareil de commande sous la forme combinée d’un programme et d’un circuit.

La figure 10 montre un procédé 110 de réglage d’un tracé de rayonnement électromagnétique 101, 102, 103 par un dispositif optique commandé en phase 100, comme cela a été décrit ci-dessus. Le procédé 110 comporte au moins les étapes suivantes : appliquer 101 un premier signal de réglage 7’ à un premier élément de réglage 41 du premier déphaseur optique 1’, pour régler la première phase optique du rayonnement électromagnétique conduit par le premier guide d’ondes 31 ; appliquer 112 un second signal de réglage 7” au second élément de réglage 42 du second déphaseur optique 1” pour régler la seconde phase optique d’un rayonnement électromagnétique conduit par le second guide d’ondes 32. Ce procédé 110 peut être implémenté, par exemple, sous la forme d’un programme ou d’un circuit ou d’une combinaison d’un programme et d’un circuit dans l’unité de commande 106.

La figure 11 montre une application d’un dispositif optique commandé en phase 100, par exemple selon l’un des exemples de réalisation décrit ci-dessus dans un système Lidar 200. A la figure 11 on a le schéma par blocs du système Lidar 200. Le système Lidar 200 comporte une unité de déflection de rayon 202. L’unité de déflection (ou de déviation de rayon) 202 transmet le rayonnement électromagnétique arrivant sur l’unité de déflection 202 selon un angle de déflection réglable. L’unité de déflection de rayon 202 de cet exemple de réalisation a un dispositif optique commandé en phase 100 selon l’invention. Le rayonnement électromagnétique émis par une source de rayonnement 201 arrive sur le dispositif optique commandé en phase 100 utilisé comme unité de déflection 202. Comme source de rayonnement 201 de cet exemple de réalisation on utilise un laser. De façon générale, on peut utiliser une source de rayonnement 201 poly-chromatique ou monochromatique. Le dispositif optique commandé en phase 100 dirige le rayonnement vers l’objet 203 à examiner.

Le rayonnement est renvoyé au moins en partie par l’objet 203 pour être reçu par un récepteur optique 204 et être détecté par un détecteur 205. Cela permet de déterminer l’éloignement de l’objet 203, sa composition et sa forme.

Le procédé 110 prévu pour régler le tracé du rayonnement applique aux déphaseurs optiques 1, Γ, 1”, Γ” du dispositif optique commandé en phase 100 uniquement de brèves impulsions de tension 71, 72, 73 et convient notamment pour le système Lidar 200 car dans un système Lidar 200 il n’est pas nécessaire d’avoir une déviation constante du rayonnement. Dans le système Lidar 200 il suffit de dévier certaines impulsions optiques. Les impulsions optiques ont une longueur d’impulsion de quelques nanosecondes ; elles peuvent, par exemple, avoir une durée 701, 702, 703 d’au moins une nanoseconde et une durée maximale de 100 nanosecondes. Aussi longtemps que dans les quelques nanosecondes, la température du guide d’ondes 3 qui règle le déphasage voulu est appliqué, il importe peu comment le profil de température se produit dans le guide d’ondes 3, 31, 32, 33 avant et après l’impulsion optique. La plus grande variation de température se produit directement après l’application de la tension à l’élément de réglage 4, 41, 42, 43. La température augmente, certes, jusqu’à atteindre l’état d’équilibre, mais toujours plus lentement. Grâce à l’utilisation des impulsions de tension 71, 72, 73 comme signaux de réglage 7’, 7”, 7’”, on utilise le fait que l’énergie calorifique nécessaire au réglage des phase est apportée en un intervalle aussi court que possible avant que cette énergie soit de nouveau évacuée vers l’environnement ou le substrat 2, 21, 22, 23.

Le dispositif optique commandé en phase 100, par exemple selon l’un des exemples de réalisation ci-dessus, peut également s’utiliser comme unité de déilection de rayon 202 de systèmes Lidar 200 plus complexe et qui permettent, par exemple, une analyse de concentration de matière dans un objet 203 que l’on veut examiner.

NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1, 1’, 1”, 1’” Déphaseur optique 2, 21, 22, 23 Substrat 3, 31, 32, 33 Guide d’ondes 3’ Enveloppe du guide d’onde 3” Cœur du guide d’onde 4, 41, 42, 43 Elément de réglage 7, 7’, 7”, 7’” Signal de réglage 41, 42, 43 Eléments de réglage 6, 61, 62, 63 Source de tension électrique 71, 72, 73 Impulsion de tension électrique 100 Dispositif optique commandé en phase 101, 102, 103 Rayonnement électromagnétique 106 Unité de commande 107 Plan d’observation 110 Procédé 111, 112 Etapes du procédé 120 Procédé 200 Système Lidar 201 Source de rayonnement 202 Unité de déflection du rayonnement 203 Objet analysé 204 Récepteur optique 205 Détecteur 701, 702, 703 Durées de l’impulsion de tension électrique

Claims

REVENDICATIONS 1°) Déphaseur optique (1) comprenant : un guide d’ondes (3) et, un élément de réglage (4), * qui règle la phase d’un rayonnement électromagnétique conduit par un guide d’ondes (3), et * qui est relié à une source de tension électrique (6) pour fournir un signal de réglage (7) servant à régler la phase du rayonnement électromagnétique conduit par le guide d’ondes (3), déphaseur caractérisé en ce que le signal de réglage (7) est une impulsion de tension électrique (71, 72, 73).
2°) Déphaseur optique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’impulsion de tension électrique (71, 72, 73) a une durée (701, 702, 703) maximale de 100 nanosecondes.
3°) Déphaseur optique (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’impulsion de tension électrique (71, 72, 73) comporte une impulsion triangulaire.
4°) Déphaseur optique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’impulsion de tension électrique (71, 72, 73) comporte au moins une demi-impulsion de forme sinusoïdale.
5°) Déphaseur optique (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’impulsion de tension (71, 72, 73) comporte une impulsion de forme gaussienne.
6°) Déphaseur optique (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’élément de réglage (7) est au moins en partie prévu sur la surface du guide d’ondes (3).
7°) Dispositif optique à commande de phase (100) comprenant : au moins un premier déphaseur optique ( 1 ’) selon l’une quelconque des revendications précédentes qui règle une première phase d’un rayonnement électromagnétique conduit par un premier guide d’ondes (31) du premier déphaseur optique (Γ), au moins un second déphaseur optique (1”) selon l’une quelconque des revendications précédentes, qui règle la seconde phase d’un rayonnement électromagnétique conduit par un second guide d’ondes (32) du second déphaseur optique (1”), et une unité de commande (106), l’unité de commande (106) commandant les impulsions de tension (71, 72, 73) du premier déphaseur optique (1’) et du second déphaseur optique (1”) pour régler la première phase et la seconde phase.
8°) Procédé (120) pour régler la phase d’un rayonnement électromagnétique à l’aide d’un déphaseur optique (Γ, 1”, Γ”) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’ on effectue le réglage d’une phase optique d’un rayonnement électromagnétique conduit par un guide d’ondes (3) en appliquant une impulsion de tension (71, 72, 73) à l’élément de réglage (4, 41, 42, 43).
9°) Procédé (110) de réglage d’un tracé de rayonnement électromagnétique à l’aide d’un dispositif optique à commande de phase (100) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le procédé (110) comprend les étapes suivantes consistant à : appliquer (111) un premier signal de réglage (7’) à un premier élément de réglage du premier déphaseur optique (Γ) pour régler une première phase optique d’un rayonnement électromagnétique conduit par le premier guide d’ondes (31), appliquer (112) un second signal de réglage (7”) à un second élément de réglage du second déphaseur optique (1”) pour régler une seconde phase optique d’un rayonnement électromagnétique conduit par le second guide d’ondes (32).
10°) Procédé (110) selon la revendication 9, caractérisé en ce que la première impulsion de tension (71, 72, 73) du premier signal de réglage (7’) et du second signal de réglage (7”) ont chacune une durée (701, 702, 703) maximale de 100 nanosecondes.
11°) Système Lidar comportant un dispositif de déflection, caractérisé en ce que le dispositif de déflection comporte un dispositif optique à commande de phase selon la revendication 7.