FR3077889A1 - Dispositif optique de compensation des imperfections des composants optiques composant le dispositif et procede de fabrication d'un tel dispositif - Google Patents
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Abstract
L'invention propose un dispositif optique pour appliquer une transformation déterminée à un rayonnement lumineux, le dispositif comprenant un élément de manipulation de phase pour modifier spatialement la phase d'un rayonnement lumineux d'entrée selon un profil de phase déterminé et pour former, par l'intermédiaire d'une pluralité de transmissions ou de réflexions, un rayonnement lumineux de sortie. Le dispositif comprend également une pluralité de composants optiques pour guider la propagation du rayonnement lumineux d'entrée et/ou du rayonnement lumineux de sortie, la pluralité de composants optiques ayant des qualifications optiques déterminées. Le profil de phase déterminé de l'élément de manipulation de phase est configuré pour imposer la transformation déterminée réglée sur les qualifications optiques déterminées d'au moins l'un de la pluralité de composants optiques.
Description
Domaine technique de 1'invention [0001] La présente invention concerne un dispositif optique pour appliquer une transformation déterminée à un rayonnement lumineux, et qui peut compenser les erreurs et les imperfections dans les paramètres de mode, les géométries relatives et les géométries absolues des composants qui constituent le dispositif optique.
[0002] L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel dispositif optique.
Etat de la technique [0003] Le document « Programmable unitary spatial mode manipulation » par J.F Morizur et Al, J. Opt. Soc. Am. A/Vol. 27, No. 11 novembre 2010 explique une théorie de la manipulation d'un rayonnement lumineux selon laquelle toute transformation unitaire peut être appliquée à un rayonnement lumineux grâce à une succession de transformations élémentaires. Au moins un élément de manipulation de phase effectue des transformations de phase spatiale successives sur la phase spatiale transversale d'un rayonnement lumineux, qui évolue en une intensité spatiale et une répartition de phase prédéterminées après une propagation en espace libre de l'onde lumineuse.
[0004] Le document US2017010463 décrit un tel dispositif de conversion multiplan de la lumière (MPLC) sous la forme d'une cavité multipassage comprenant un élément de manipulation de phase. La surface de l'élément de manipulation de phase est micro-structurée, à l'échelle de pour à la phase longueur d'onde du rayonnement lumineux, transformation de phase spatiale imposer une spatiale du rayonnement lumineux. En outre, la surface est microstructurée dans chaque position de réflexion, de telle sorte que chaque position de réflexion peut avoir un profil de phase indépendant et différent et modifier indépendamment la phase spatiale du rayonnement lumineux.
[0005] Dans le document « Mode sélective 10 modes multiplexer based on multi-plane light conversion », un dispositif MPLC sous la forme d'une cavité multipassage convertit le rayonnement lumineux provenant de 10 fibres en mode unique d'entrée en les 10 premiers modes d'une fibre multimode à gradient d'indice classique présentant un diamètre d'âme de 50 micromètres.
[0006] Dans tous ces cas, le profil de phase de l'élément de manipulation de phase est conçu pour imposer une transformation souhaitée à un rayonnement lumineux. Les composants paramètres optiques sont considérés comme fournissant des de mode pratiquement parfaits et comme présentant des géométries parfaites.
Il faut également faire attention, pendant l'assemblage des composants optiques, à positionner ceux-ci suivant de bonnes géométries absolues.
[0007] Cependant, des erreurs et des imperfections existent toujours dans les composants optiques, et ces erreurs et ces imperfections induisent un certain niveau de perte d'intensité et de diaphonie modale dans le rayonnement lumineux qui se propaqe des dispositifs MPLC. La diaphonie peut provoquer un problème dans le cas d'une transmission sélective modale et doit être réduite au minimum. Une solution permettant de compenser la perte d'intensité du rayonnement lumineux qui se propage, lorsque cette intensité est tombée en dessous d'une certaine valeur, consiste à utiliser un amplificateur afin d'amplifier le rayonnement lumineux. Mais cette solution est complexe et coûteuse.
Description de 1'invention [0008] Pour résoudre au moins l'un de ces problèmes, l'objet de la présente invention consiste fournir un dispositif optique pour appliquer une transformation déterminée à un rayonnement lumineux, le dispositif comprenant un élément de manipulation de phase pour modifier spatialement la phase d'un rayonnement lumineux d'entrée selon un profil de phase déterminé et pour former, par l'intermédiaire d'une pluralité de transmissions ou de réflexions, un rayonnement lumineux de sortie. Le dispositif comprend également une pluralité de composants optiques pour guider la propagation du rayonnement lumineux d'entrée et/ou du rayonnement lumineux de sortie, la pluralité de composants optiques ayant des qualifications optiques déterminées.
[0009] Selon l'invention, le profil de phase déterminé de l'élément de manipulation de phase est configuré pour imposer la transformation déterminée réglée sur les qualifications optiques déterminées d'au moins l'un de la pluralité de composants optiques.
[00010] Selon d'autres fonctionnalités avantageuses et non limitatives de l'invention, les caractéristiques suivantes peuvent être prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable :
- la pluralité de composants optiques comprend un étage d'entrée pour injecter le rayonnement lumineux d'entrée dans le dispositif optique ;
- la pluralité de composants optiques comprend un étage de sortie pour guider le rayonnement lumineux de sortie hors du dispositif optique ;
- la pluralité de composants optiques comprend un miroir dispos-é par rapport à l'élément de manipulation de phase et forme une cavité multipassage.
[00011] L'objet de l'invention propose également un procédé de fabrication d'un dispositif optique pour appliquer une transformation déterminée à un rayonnement lumineux, le dispositif optique comprenant un élément de manipulation de phase pour modifier spatialement la phase d'un rayonnement lumineux d'entrée selon un profil de phase déterminé et pour former, par l'intermédiaire d'une pluralité de transmissions ou de réflexions, un rayonnement lumineux de sortie. Le dispositif optique comprend également une pluralité de composants optiques pour guider la propagation du rayonnement lumineux d'entrée et/ou du rayonnement lumineux de sortie.
[00012] Selon l'invention, le procédé comprend une étape de qualification pour qualifier, sur le plan optique, au moins un composant optique de la pluralité de composants optiques, une étape de conception pour concevoir le profil de phase spatiale déterminé de l'élément de manipulation de phase en prenant en compte la qualification optique du au moins un composant optique, une étape de fabrication pour fabriquer l'élément de manipulation de phase de telle sorte qu' il présente le profil de phase spatiale déterminé ; et une étape d'assemblage pour assembler l'élément de manipulation de phase fabriqué et les composants optiques pour former le dispositif optique.
[00013] Selon d'autres fonctionnalités avantageuses et non limitatives de 1'invention, les caractéristiques suivantes peuvent être prises seules ou selon boute combinaison techniquement réalisable :
- la pluralité de composants optiques comprend un étage d'entrée pour injecter le rayonnement lumineux d'entrée dans le dispositif optique, et l'étape de qualification comprend la qualification optique de l'étage d'entrée en déterminant les paramètres d'un rayonnement lumineux fourni par l'étage d'entrée ;
- la pluralité de composants optiques comprend un étage de sortie pour guider le rayonnement lumineux de sortie, et l'étape de qualification comprend la qualification optique de l'étage de sortie en déterminant les paramètres (Q) du rayonnement fourni par l'étage de sortie ;
- le procédé comprenant une étape de positionnement consistant à positionner, les uns par rapport aux autres, certains de la pluralité des composants optiques pour former un sous-ensemble, et l'étape de qualification comprend la qualification optique du sous-ensemble en déterminant les paramètres d'un rayonnement lumineux qui se propage dans le sous-ensemble ;
- la pluralité de composants optiques comprend un miroir et le sous-ensemble comprend le miroir ;
- l'étape de positionnement comprend le positionnement des composants optiques sur un support commun ;
- l'étape de qualification comprend le placement d'un miroir de qualification dans la position attendue de la plaque de phase sur le support.
FIGURES [00014] D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à l'examen de la description détaillée des modes de réalisation qui ne sont en aucun cas limitatifs, et des dessins joints, sur lesquels :
- Les figures la-le sont des représentations schématiques d'un mode de réalisation du dispositif optique de manipulation d'un rayonnement lumineux,
- La figure 2 est une représentation schématique d'un réseau de fibres à une dimension, les fibres optiques étant agencées sur une ligne de rainures en forme de V,
- Les figures 3a-3b sont des représentations schématiques d'un premier procédé non limitatif de fabrication d'un dispositif optique de manipulation d'un rayonnement lumineux,
- Les figures 4a-4b sont des représentations schématiques d'un deuxième procédé non limitatif de fabrication d'un dispositif optique de manipulation d'un rayonnement lumineux,
- Les figures 5a-5b sont des représentations schématiques d'un troisième procédé de fabrication d'un dispositif optique de manipulation d'un rayonnement lumineux,
- Les figures 6a-6b sont des représentations schématiques d'un quatrième procédé de fabrication d'un dispositif optique de manipulation d'un rayonnement lumineux,
- Les figures 7a-7b sont des représentations schématiques d'un cinquième procédé de fabrication d'un dispositif optique de manipulation d'un rayonnement lumineux,
- Les figures 8a-8b sont des représentations schématiques d'un sixième procédé de fabrication d'un dispositif optique qui comprend un seul étage unique,
- Les figures 9a-9b sont des représentations schématiques d'un septième procédé de fabrication d'un dispositif optique, qui comprend un seul étage unique.
[00015] Pour simplifier la description, les mêmes références sont utilisées pour les éléments identiques ou les éléments assurant la même fonction sur les différentes figures.
[00016] Pour plus de clarté, la présente demande définit un rayonnement lumineux en tant qu'un rayonnement formé par au moins un mode du champ électromagnétique, chaque mode formant une répartition espace-temps de l'amplitude, la phase et la polarisation du champ électromagnétique. Cette répartition spatiale peut être définie directement (c'està-dire les valeurs de la phase, de l'intensité et de la polarisation dans un plan) ou indirectement (c'est-à-dire par une définition fonctionnelle de ces valeurs dans le plan) par un ensemble de paramètres Q.
[00017] Par conséquent, la modification ou la manipulation d'un rayonnement lumineux désigne la modification ou la manipulation espace-temps d'au moins un mode du rayonnement lumineux.
[00018] On fera référence à la « forme » d'un rayonnement lumineux comme étant la répartition transversale de l'amplitude (ou de l'intensité) d'un mode unique ou de la combinaison des répartitions transversales de l'amplitude des modes qui composent ce rayonnement lumineux.
[00019] Par « qualification » d'un composant ou d'un sousensemble optique, on fait référence aux caractéristiques du composant ou du sous-ensemble qui pourraient affecter le guidage du rayonnement lumineux. La qualification peut être exprimée directement en termes de géométrie du composant ou du sous-ensemble lui-même, ou selon une autre solution, en termes de paramètres Q du rayonnement lumineux associé à ce même composant ou sous-ensemble.
[00020] D'une manière générale, l'invention concerne un dispositif de conversion multiplan de la lumière permettant d'appliquer une transformation déterminée à un rayonnement lumineux. Le dispositif comprend un élément de manipulation de phase 103 pour modifier spatialement la phase d'un rayonnement lumineux d'entrée selon un profil de phase déterminé et pour former, grâce à une pluralité de transmissions ou de réflexions, un rayonnement lumineux de sortie. Le dispositif comprend également une pluralité de composants optiques 10, 20, 102 pour guider la propagation du rayonnement lumineux d'entrée et/ou du rayonnement lumineux de sortie. Les documents mentionnés ci-dessus peuvent être consultés pour comprendre comment la transformation répétée de la phase spatiale d'un rayonnement incident permet d'imposer une transformation choisie et la manière dont le profil de phase de l'élément de manipulation de phase 103 peut être conçu pour mettre en œuvre cette transformation. Un modèle numérique du profil de phase peut être utilisé pour fabriquer l'élément de manipulation de phase 103, par exemple par usinage, moulage et/ou gravure d'un matériau optique brut.
[00021] La figure la est une représentation schématique d'un dispositif optique donné à titre d'exemple pour appliquer une transformation déterminée à un rayonnement lumineux. Dans ce mode de réalisation, un dispositif optique de conversion multiplan de la lumière (MPLC) est réalisé sous la forme d'une cavité multipassage 101. La cavité est formée par un miroir 102 et un élément de manipulation de phase sous la forme d'une plaque de phase réfléchissante 103. Le rayonnement lumineux est injecté depuis un étage d'entrée 10, ici un réseau de fibres 104. Le rayonnement lumineux est extrait d'un étage de sortie 20, ici une fibre multimode 105. Tous les composants optiques sont fixés sur un support 110. Le rayonnement lumineux est réfléchi plusieurs fois entre le miroir 102__ et la plaque de phase réfléchissante 103, qui présente une pluralité de profils de phase pour imposer des transformations de phase spatiale successives au rayonnement lumineux qui se propage. Dans cet exemple, le réseau de fibres 104 est composé de dix fibres monomodes (SMF) alignées dans une dimension (1D) avec chaque rayonnement lumineux dans le mode fondamental, tel que représenté sur la figure lb. Les 10 premiers modes de la fibre monomode (MMF) sont présentés sur la figure le. Le dispositif optique de la figure 1 est configuré pour multiplexer le rayonnement lumineux depuis les dix SMF d'entrée dans les dix premiers modes de la MMF. Dans certains exemples, l'étage d'entrée 10 et/ou l'étage de sortie 20 du dispositif optique, peut/peuvent être omis, et le rayonnement lumineux d'entrée et/ou de sortie injecté (s) dans, ou extrait(s) du dispositif optique par propagation libre. De même, l'étage de sortie peut également être composé d'un réseau de fibres, similaire à celui décrit en liaison avec l'étage d'entrée. Un tel dispositif peut également être utilisé comme démultiplexeur, en injectant le rayonnement lumineux multimode dans le dispositif optique à travers l'étage de sortie 20 et en extrayant le rayonnement lumineux du dispositif optique via les fibres de l'étage d'entrée 10. La présente invention n'est pas limitée à des fonctions particulières quelconques effectuées par le dispositif optique.
[00022] Dans un cas idéal, l'étage d'entrée 10, l'étage de sortie 20 et tous les autres composants optiques qui forment les dispositifs optiques sont parfaits dans la mesure où ils n'influencent pas les rayonnement lumineux d'entrée et de sortie, chacun étant constitué de modes parfaits. Cependant, dans la réalité, la fabrication de ces composants optiques, et leur processus d'assemblage introduisent toujours des erreurs et des imperfections dans les paramètres de mode et/ou leur géométrie relative.
[00023] Si l'on fait référence à la figure 2, qui représente un réseau de fibres à une dimension avec des fibres optiques agencées sur une ligne de rainures en forme de V, une première catégorie d'erreurs de fabrication provient des paramètres de la fibre. Par exemple, ces erreurs peuvent provenir de l'excentricité de l'âme de la fibre, c'est-à-dire le décalage de l'âme de la fibre 21 par rapport au centre géométrique de la fibre, ou de la
| variation | du | diamètre de | la | fibre, | qui | est un | diamètre |
| différent | de | la gaine | de | la fibre | 22. Ces | erreurs | |
| entraînent | un | espacement non constant | entre chaque | point de |
rayonnement lumineux dans le réseau de fibre 1D.
[00024] Une deuxième catégorie d'erreurs et d'imperfections provient du substrat de positionnement de la fibre 23. La fabrication imparfaite des rainures en V du substrat 23 peut provoquer l'inclinaison des points du rayonnement lumineux et un espacement imparfait entre les points du rayonnement lumineux dans le réseau de fibres 1D.
[00025] Une troisième catégorie d'erreurs et d'imperfections provient des lentilles de collimation, qui sont habituellement fournies ou assemblées au niveau de l'extrémité des fibres du réseau, qui peuvent également contribuer à l'inclinaison, aux modifications de la forme et de l'espacement des points du rayonnement lumineux dans le réseau de fibres 1D.
[00026] La figure ld représente, aux fins de simplification de l'illustration, les quatre premiers points lumineux sur les dix SMF du réseau de fibres d'entrée 110. La figure est composée de quatre points lumineux séparés par le même intervalle et de taille égale sur une ligne horizontale. Dans un cas idéal, ce motif de répartition de la lumière observé directement au niveau de l'étage d'entrée 10, doit conserver la même répartition et la même forme pendant sa propagation ; c'est-à-dire que les quatre points devraient se propager en parallèle, avec le même espacement le long du trajet optique, tout en conservant la même taille.
[00027] En réalité, le motif de répartition de l'intensité change. La figure le montre la répartition de la lumière prise après la propagation sur une certaine distance de l'étage d'entrée 10. On voit clairement sur cette figure que le premier point chevauche le deuxième point, ce qui signifie que ce rayonnement lumineux est incliné suivant un certain angle. Le quatrième point est plus grand que les autres, ce qui signifie que la collimation n'est pas bien optimisée.
[00028] Dans le cas où le réseau de fibres à une dimension de l'étage d'entrée 10 est remplacé par un réseau à deux dimensions, la position et l'orientation de chaque fibre à l'intérieur de la matrice à deux dimensions du réseau peuvent introduire des modifications encore plus complexes de l'angle, de la position, de la taille et de la forme du rayonnement lumineux.
[00029] Ces imperfections, qui trouvent leur origine dans le processus de fabrication du réseau de fibres, ne peuvent pas être compensées en ajustant la position et l'orientation absolues de l'étage d'entrée 10 sur le support 110. Les mêmes observations ou des observations similaires peuvent être faites pour l'étage de sortie 20 et d'autres composants du dispositif optique, tel que le miroir 102. De toute évidence, ces erreurs et ces imperfections dans les composants optiques affectent les performances du dispositif optique MPLC.
[00030] Cependant, la conception de
1'élément de manipulation de phase 103 peut viser à compenser ces facteurs de paramètres de mode et de géométrie.
Plus précisément, la présente invention propose de qualifier l'imperfection d'au moins l'un des composants optiques du dispositif optique, et de configurer l'élément de manipulation de phase 103 pour prendre en compte les imperfections optiques de ce même composant. En d'autres termes, les paramètres de qualification optique des composants optiques sont utilisés pour ajuster la transformation imposée par l'élément de manipulation de phase 103.
[00031] D'une manière générale, un procédé selon l'invention inclut une étape de qualification destinée à qualifier sur le plan optique au moins un élément optique du dispositif, et une étape de conception destinée à concevoir le profil de phase spatiale déterminé de l'élément de manipulation de phase 103 qui transforme le rayonnement lumineux d'entrée en le rayonnement lumineux de sortie, en prenant en compte la qualification optique du composant optique.
[00032] Les figures
3a-3b sont des représentations schématiques d'un premier exemple non limitatif d'un procédé selon l'invention. Le procédé comprend, montre la figure 3a, la qualification en déterminant les paramètres Q
100 fourni par l'étage d'entrée optique sur la propage étage de [00033] du .
comme le d'un étage rayonnement d'entrée lumineux
Dans le dispositif de ce premier exemple, et figure 3b, le rayonnement comme cela est illustré lumineux de sortie librement, c'est-à-dire sans être couplé en se un sortie.
L'étape de qualification vise considération imperfections permettre la injecté dans à prendre en toutes les erreurs et toutes les introduites par détermination du le dispositif répartition de
1'intensité de l'évolution de la taille et de l'étage d'entrée 10 rayonnement
MPLC. Par la la lumineux qui émerge de l'étage mesurée au niveau propagation de la dans un plan du pour lumière, position d'entrée lumineux exemple, réel la en particulier de chaque point
10, peut être de multiples plans le long du trajet de lumière. Ensuite la phase et l'intensité rayonnement lumineux injecté dans le dispositif MPLC peuvent être algorithme de récupération de comme décrit en détails dans the détermination of pictures », par R.W. n°2, pages 237-246, récupérées phase fondé en utilisant un sur ces mesures, « A practical algorithm for pha^e from
Gerchberg,
1972. Une image and diffraction plane
W.O. Saxton, Optik, Vol 35, autre approche peut être utilisée, par exemple, en se fondant sur 1'interférométrie.
[00034] Si l'on se fonde sur la procédure de qualification pour déterminer les paramètres Q du rayonnement lumineux
100 fourni par l'étage d'entrée 10, le profil de phase déterminé de l'élément de manipulation de phase 103 est conçu en utilisant les techniques classiques exposées dans l'état de la technique antérieure cité ci-dessus. En d'autres termes, le profil de phase est conçu numériquement de telle sorte que la répartition réelle du rayonnement lumineux d'entrée, tel que défini par les paramètres Q déterminés pendant l'étape de qualification, est transformée en la répartition attendue du rayonnement lumineux de sortie. Une fois que le profil de phase spatiale a été conçu, l'élément de manipulation de phase 103 est fabriqué, de telle sorte qu'il présente ce profil de phase spatiale déterminé.
[00035] Ensuite, au cours d'une étape d'assemblage, la plaque de phase 103 fabriquée est tout d'abord fixée sur un support commun 110, et sert de position de référence pour tous les autres composants optiques. Ensuite, l'étage d'entrée 10 et d'autres composants optiques sont fixés sur le support commun dans leurs positions fonctionnelles par rapport à la plaque de phase 103 fabriquée de telle sorte que le rayonnement lumineux d'entrée peut être réfléchi et transformé dans les positions de réflexion attendues. Dans chaque position de réflexion, un changement de phase est imposé au rayonnement lumineux, ce qui donne pour résultat final le rayonnement lumineux de sortie.
[00036] Les figures 4a-4b sont des représentations schématiques d'un deuxième exemple non limitatif d'un procédé selon l'invention. Dans cet exemple, le procédé comprend la qualification, comme le montre la figure 4a, de l'étage d'entrée 10 en déterminant les paramètres Q1 du rayonnement lumineux 100 fourni par l'étage d'entrée 10. Le procédé comprend, de plus, la qualification de l'étage de sortie 20 en déterminant les paramètres Q2 du rayonnement lumineux 200 fourni par l'étage de sortie 20.
[00037] Le processus de qualification de l'étage de sortie est similaire à la qualification de l'étage d'entrée 10 5 comme expliqué dans le premier exemple. Il est réalisé en excitant chacun des dix premiers modes de la fibre multimode de l'étage de sortie 20 (ou en excitant tous les dix premiers modes ensemble) et en déterminant le paramètre
Q2 du rayonnement lumineux réel qui sort de l'étage de sortie. Par exemple, la répartition de l'intensité de la lumière, plus spécifiquement la taille et la position de chaque point, sur de multiples plans de plus en plus loin de l'étage de sortie 20 peuvent être enregistrées. Ensuite, la répartition de la phase et de l'intensité est récupérée comme expliqué dans l'exemple 1. La combinaison de la répartition des dix modes donne la répartition réelle du rayonnement lumineux de sortie. Cette procédure de qualification prend en considération toutes les erreurs et toutes les imperfections de l'étage de sortie 20.
[00038] Le profil de phase déterminé de l'élément de manipulation de phase 103 est conçu en se fondant sur cette procédure de qualification pour déterminer les paramètres Q1 du rayonnement lumineux 100 fourni par l'étage d'entrée
10, et les paramètres Q2 du rayonnement lumineux 200 fourni par l'étage de sortie 20. En d'autres termes, le profil de phase est conçu numériquement de telle sorte que la répartition réelle du rayonnement lumineux d'entrée est transformée en la répartition réelle du rayonnement lumineux de sortie. Une fois que le profil de phase spatiale a été conçu, l'élément de manipulation de phase
103 est fabriqué, de telle sorte qu'il présente ce même profil de phase spatiale déterminé.
[00039] Ensuite, pendant l'étape d'assemblage suivante, et comme le montre la figure 4b, la plaque de phase 103 fabriquée est tout d'abord fixée sur le support commun, qui sert de position de référence pour tous les autres composants. Ensuite l'étage d'entrée 10 est ajusté et fixé sur le support commun 110 dans une position fonctionnelle par rapport à la plaque de phase fabriquée de telle sorte que le rayonnement lumineux d'entrée peut être réfléchi dans les positions de réflexion attendues. Dans chaque position de réflexion, un changement de phase est imposé au rayonnement lumineux. Après des transformations de phase et des propagations libres successives, le rayonnement lumineux qui se propage est transformé en la répartition réelle du rayonnement lumineux de sortie pour entrer dans l'étage de sortie 20. Enfin, l'étage de sortie 20 est ajusté et fixé pour extraire du dispositif optique un rayonnement lumineux de sortie ayant une intensité de lumière de sortie maximum.
[00040] Dans les premier et deuxième procédés donnés à titre d'exemples, qui ont été présentés ci-dessus, le dispositif optique comprend un miroir 102 pour construire la cavité multipassage, et le miroir 102 est assemblé sans qualification.
[00041] Les figures 5a-5b sont des représentations schématiques d'un troisième procédé donné à titre d'exemple non limitatif selon l'invention. Dans cet exemple, un sousensemble est formé en définissant une position relative fixe entre l'étage d'entrée 10 et le miroir 102 de cavité, par exemple en positionnant l'étage d'entrée 10 et le miroir 102 sur le support 110, et ensuite, comme le montre la figure 5a, le sous-ensemble est qualifié. La qualification du sous-ensemble signifie la prise en compte des angles et des positions relatifs entre l'étage d'entrée 10 et le miroir 102 de cavité, la forme réelle du miroir 102, en plus des paramètres de mode et de la géométrie relative liés à l'étage d'entrée 10. Ceci est réalisé en plaçant un miroir de qualification dans la position de la plaque de phase 103 sur le support 110, de telle sorte que le rayonnement lumineux provenant de l'étage d'entrée 10 est réfléchi de multiples fois entre le miroir 102 de cavité et le miroir de qualification. La répartition de l'intensité de la lumière, plus particulièrement la taille et la position de chaque point, est mesurée dans une pluralité de positions de réflexion sur le miroir de qualification afin de prendre en compte l'angle et la position relatifs entre l'étage d'entrée et le miroir de cavité, en même temps que tous les autres paramètres du rayonnement lumineux fourni par l'étage d'entrée 10, et du miroir 102 lui-même (comme sa courbure). La qualification du sous-ensemble fournit les paramètres Q du rayonnement lumineux qui se propage dans le sous-ensemble.
[00042] Dans ce troisième exemple, le rayonnement lumineux de sortie se propage librement, sans être couplé en un étage de sortie. Le rayonnement lumineux de sortie présente une répartition qui est,_ par exemple, une superposition idéale des dix premiers modes de la fibre multimode, comme le montre la figure le.
[00043] Le profil de phase déterminé de l'élément de manipulation de phase 103 est conçu en se fondant sur cette procédure de qualification pour déterminer les paramètres Q du rayonnement lumineux fourni par le sous-ensemble formé de l'étage d'entrée 10 et du miroir 102. En d'autres termes, le profil de phase est conçu numériquement de telle sorte que la répartition réelle du rayonnement lumineux qui se propage dans le sous-ensemble est transformée en la répartition du rayonnement lumineux de sortie.
Une fois que le profil de phase spatiale a été conçu, l'élément de manipulation de phase 103 est fabriqué, de telle sorte qu'il présente ce profil de phase spatiale déterminé.
[00044] Ensuite, pendant la phase d'assemblage, et comme le montre la figure 5b, la plaque de phase 103 fabriquée est tout d'abord fixée sur le support commun 110, qui sert de position de référence pour tous les autres composants. Ensuite, si cela n'est pas déjà le cas, le sous-ensemble formé de l'étage d'entrée 10 et du miroir 102 est positionné et fixé sur le support commun 110 dans une position fonctionnelle par rapport à la plaque de phase 103 fabriquée de telle sorte que le rayonnement lumineux d'entrée peut être réfléchi entre le miroir 102 et la plaque de phase 103 dans les positions de réflexion attendues. Dans chaque position de réflexion sur la plaque de phase 103, un changement de phase est imposé sur le rayonnement lumineux. Après les transformations de phase successives, le rayonnement lumineux qui se propage est transformé en la répartition de lumière de sortie.
[00045] Les figures 6a-6b sont des représentations schématiques d'un quatrième procédé donné à titre d'exemple non limitatif selon l'invention. Comme le montre la figure 6a, un sous-ensemble est formé en définissant une position relative fixe entre l'étage d'entrée 10 et le miroir 102 de cavité. La qualification du sous-ensemble est effectuée comme décrit dans le troisième exemple, qui prend en compte les angles et les positions relatifs entre l'étage d'entrée 10 et le miroir 102 de cavité, en plus des paramètres de mode et de la géométrie relative de l'étage d'entrée 10. Le procédé selon cet exemple comprend, de plus, une étape de qualification d'un étage de sortie 20, de la même manière que le deuxième exemple.
[00046] Le profil de phase déterminé de l'élément de manipulation de phase 103 est conçu en se fondant sur cette procédure de qualification pour déterminer les paramètres Q du rayonnement lumineux fourni par le sous-ensemble formé de l'étage d'entrée 10 et du miroir 102, et pour déterminer les paramètres Q du rayonnement lumineux fourni par l'étage de sortie 20. En d'autres termes, le profil de phase est conçu numériquement de telle sorte que la répartition réelle du rayonnement lumineux qui se propage dans le sousensemble est transformée en la répartition réelle du rayonnement lumineux de sortie.
[00047] Une fois que le profil de phase spatiale a été conçu, l'élément de manipulation de phase 103 est fabriqué, de telle sorte qu'il présente ce profil de phase spatiale déterminé.
[00048] Ensuite, pendant l'étape d'assemblage, et comme le montre la figure 4b, la plaque de phase 103 fabriquée est tout d'abord fixée sur le support commun, qui sert de position de référence pour tous les autres composants. Ensuite, si cela n'est pas déjà le cas, le sous-ensemble formé de l'étage d'entrée 10 et du miroir 102 est ajusté et fixé sur le support commun 110 dans une position fonctionnelle par rapport à la plaque de phase 103 fabriquée de telle sorte que le rayonnement lumineux d'entrée peut être réfléchi entre le miroir 102 et la plaque de phase 103 dans les positions de réflexion attendues. Dans chaque position de réflexion sur la plaque de phase, un changement de phase est imposé sur le rayonnement lumineux. Après les transformations de phase et les propagations libres successives, le rayonnement lumineux est transformé en la répartition de lumière de sortie.
[00049] Enfin, l'étage de sortie 20 est ajusté et fixé sur le support 110 pour avoir le rayonnement lumineux d'une intensité maximum.
[00050] Les figures 7a-7b sont des représentations schématiques d'un cinquième procédé donné à titre d'exemple non limitatif selon l'invention. Un sous-ensemble est formé en définissant une position relative fixe entre l'étage d'entrée 10, l'étage de sortie 20 et le miroir 102, par exemple en positionnant ces éléments sur le support 110. La qualification de l'ensemble complet signifie la prise en compte des angles et des positions relatifs entre l'étage d'entrée 10, l'étage de sortie 20 et le miroir 102 de cavité, en plus des paramètres de mode et de la géométrie relative associés à l'étage d'entrée 10 et à l'étage de sortie 20.
[00051] Ceci est réalisé en plaçant un miroir de qualification dans la position attendue de la plaque de phase 103 sur le support 110. Pour qualifier l'étage d'entrée 10 et le miroir 102, un rayonnement lumineux est délivré à partir de l'étage d'entrée 10 et est réfléchi de multiples fois entre le miroir 102 de cavité et le miroir de qualification. La répartition de l'intensité de la lumière, plus particulièrement la taille et la position de chaque point, sont mesurées dans une pluralité de positions de réflexion sur le miroir de qualification afin de prendre en compte l'angle et la position relatifs entre l'étage d'entrée 10 et le miroir 102 de cavité, en même temps que tous les autres paramètres associés à l'étage d'entrée 10, et au miroir 102 lui-même.
[00052] Pour qualifier l'étage de sortie 20 et le miroir 102, un rayonnement lumineux est injecté en sens inverse dans l'étage de sortie 20 et est réfléchi de multiples fois entre le miroir 102 de cavité et le miroir de qualification dans cette direction de contre-propagation. La répartition de l'intensité de la lumière, plus particulièrement la taille et la position de chaque point, sont mesurées dans de multiples positions de réflexion sur le miroir de qualification afin de prendre en compte l'angle et la position relatifs entre l'étage de sortie et le miroir de cavité, en même temps que tous les autres paramètres associés à l'étage de sortie.
[00053] Ensuite, les répartitions de la phase et de l'intensité sont récupérées, par exemple en utilisant un algorithme de récupération de phase pour le sous-ensemble composé de l'étage d'entrée 10, du miroir 102 et de l'étage de sortie 20.
[00054] Le profil de phase déterminé de l'élément de manipulation de phase 103 est conçu et fabriqué de la même manière que dans les exemples précédents, en se fondant sur les procédures de qualification pour déterminer les paramètres Q des rayonnements lumineux. Ensuite, pendant la phase d'assemblage, la plaque de phase 103 fabriquée est fixée sur le support commun 110. Ensuite, si cela n'est pas déjà le cas, l'ensemble complet est ajusté et fixé sur le support commun 110 dans une position fonctionnelle par rapport à la plaque de phase 103 fabriquée de telle sorte que le rayonnement lumineux d'entrée peut être réfléchi dans les positions de réflexion attendues. Dans chaque position de réflexion, un changement de phase est imposé sur le rayonnement lumineux. Après les transformations de phase et les propagations libres successives, le rayonnement lumineux est couplé en l'étage de sortie 20.
[00055] Les figures 8a-8b sont des représentations schématiques d'un sixième procédé donné à titre d'exemple non limitatif selon l'invention. Dans ce procédé, le dispositif optique MPLC comprend un étage d'entrée-sortie, c'est-à-dire que cet étage présente une entrée et une sortie fonctionnellement interchangeables, qui peuvent être utilisées à la fois pour 1' Injection et pour l'extraction du rayonnement lumineux dans le/hors du dispositif optique. La lumière est injectée dans le dispositif par l'étage d'entrée-sortie, réfléchie plusieurs fois à l'intérieur du dispositif, puis extraite de ce même étage d'entrée-sortie. Le rayonnement lumineux injecté est un premier type de mode acceptable par l'étage d'entrée-sortie, qui est transformé par la plaque de phase en un second type de mode acceptable par l'étage d'entrée-sortie.
[00056] L'étape de qualification de ce composant optique d'entrée-sortie est similaire à celle exposée en liaison avec le deuxième exemple. La répartition de la phase et de l'intensité de l'étage d'entrée-sortie utilisé comme l'étage d'entrée et de sortie est récupérée grâce à une technique de récupération de phase.
[00057] La conception du profil de phase spatiale de l'élément de manipulation de phase 103 prend en compte la qualification optique de l'étage d'entrée-sortie. Le profil de phase conçu a également besoin d'appliquer la transformation souhaitée du rayonnement lumineux d'entrée (dans le premier type de mode) au rayonnement lumineux de sortie (dans le second type de mode) et de réfléchir et de guider en retour le rayonnement lumineux qui doit être couplé en l'étage d'entrée-sortie.
[00058] Pendant l'étape d'assemblage, la plaque de phase 103 fabriquée est fixée sur le support commun, qui sert de position de référence pour tous les autres composants. Ensuite l'étage d'entrée-sortie est ajusté et fixé sur le support commun dans une position fonctionnelle par rapport à la plaque de phase 103 fabriquée de telle sorte que le rayonnement lumineux d'entrée est réfléchi dans les positions de réflexion attendues. Après plusieurs réflexions, le rayonnement lumineux qui se propage est couplé en retour en l'étage d'entrée-sortie.
[00059] Les figures 9a-9b sont des représentations schématiques d'un septième procédé donné à titre d'exemple non limitatif selon l'invention. Dans ce procédé, un sousensemble est formé en définissant une position relative fixe entre un étage d'entrée-sortie et un miroir.
[00060] La qualification du sous-ensemble signifie la prise en compte des angles et des positions relatifs entre l'étage d'entrée-sortie et le miroir de cavité, en plus des paramètres de mode et de la géométrie relative associés à l'étage d'entrée-sortie et au miroir 102 lui-même.
[00061] L'étape de qualification est similaire à celle exposée en liaison avec le cinquième exemple. Le profil de phase déterminé de l'élément de manipulation de phase 103 est conçu, fabriqué de la même manière, et assemblé sur le support 100 avec tous les autres composants optiques en se fondant sur ces procédures de qualification, comme cela a déjà été décrit en détail dans les exemples précédents.
[00062] De nombreuses variantes des modes de réalisation décrits peuvent être comprises et effectuées par les spécialistes de la technique lors de la mise en pratique de l'invention telle que revendiquée, grâce à une étude des dessins, de la description et des revendications jointes.
[00063] Plus particulièrement, bien que les principes de présentés pour un dispositif optique cavité composée d'un miroir 102 et l'invention aient été
MPLC comprenant une d'une plaque de phase être appliquée c'est-à-dire réfléchissante 103, l'invention peut à n'importe quel type de dispositif MPLC, tout dispositif d'optique comprenant un élément de manipulation de phase 103 pour modifier spatialement la phase d'un rayonnement lumineux d'entrée selon un profil de phase déterminé et pour former, par
1'intermédiaire d'une pluralité de transmissions et de réflexions, un rayonnement lumineux de sortie et comprenant optiques pour guider également une pluralité de composants la propagation du rayonnement lumineux d'entrée et/ou du rayonnement lumineux de sortie.
[00064] Lorsque le dispositif optique comprend un miroir, il peut être choisi sous la forme d'un miroir plan ou d'un miroir sphérique. Il est également possible de fabriquer la surface du miroir pour former une seconde plaque de phase pour également manipuler le rayonnement lumineux. De même, l'élément de manipulation de phase n'est pas nécessairement une plaque de phase, et le dispositif optique MPLC peut également comprendre un miroir déformable, un modulateur de lumière spatial ou tout autre moyen pour imposer une transformation de phase contrôlée d'un rayonnement lumineux.
Claims (11)
- REVENDICATIONS1. Dispositif optique pour appliquer une transformation déterminée à un rayonnement lumineux, le dispositif comprenant :- un élément de manipulation de phase (103) pour modifier spatialement la phase d'un rayonnement lumineux d'entrée selon un profil de phase déterminé et pour former, par l'intermédiaire d'une pluralité de transmissions ou de réflexions, un rayonnement lumineux de sortie ;- une pluralité de composants optiques (10, 20, 102) pour guider la propagation du rayonnement lumineux d'entrée et/ou du rayonnement lumineux de sortie, la pluralité de composants optiques (10, 20, 102) ayant des qualifications optiques déterminées ;le dispositif optique étant caractérisé en ce que le profil de phase déterminé de l'élément de manipulation de phase (103) est configuré pour imposer la transformation déterminée réglée sur les qualifications optiques déterminées d'au moins l'un de la pluralité de composants optiques (10, 20, 102) .
- 2. Dispositif optique selon la revendication 1, dans lequel la pluralité de composants optiques comprend un étage d'entrée (10) pour injecter le rayonnement lumineux d'entrée dans le dispositif optique.
- 3. Dispositif optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pluralité de composants optiques comprend un étage de sortie (20) pour guider le rayonnement lumineux de sortie hors du dispositif optique.
- 4. Dispositif optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pluralité de composants optiques comprend un miroir (102) disposés par rapport à l'élément de manipulation de phase (103) et forme une cavité multipassage.
- 5. Procédé de fabrication d'un dispositif optique pour appliquer une transformation déterminée à un rayonnement lumineux, ledit dispositif optique comprenant :- un élément de manipulation de phase (103) pour modifier spatialement la phase d'un rayonnement lumineux d'entrée selon un profil de phase déterminé et pour former, par l'intermédiaire d'une pluralité de transmissions ou de réflexions, un rayonnement lumineux de sortie ;- une pluralité de composants optiques (10, 20, 102) pour guider la propagation du rayonnement lumineux d'entrée et/ou du rayonnement lumineux de sortie ; ledit procédé comprenant :- une étape de qualification pour qualifier, sur le plan optique, au moins un composant optique de la pluralité de composants optiques (10, 20, 102) ;- une étape de conception pour concevoir le profil de phase spatial déterminé de l'élément de manipulation de phase (103) en prenant en compte la qualification optique du au moins un composant optique ;- une étape de fabrication pour fabriquer l'élément de manipulation de phase (103) de telle sorte qu'il présente le profil de phase spatiale déterminé ; et- une étape d'assemblage pour assembler l'élément de manipulation de phase (103) fabriqué et les composants optiques (10, 20, 102) pour former le dispositif optique.
- 6. Procédé de fabrication selon la revendication 5, dans lequel la pluralité de composants optiques (10, 20,102) comprend un étage d'entrée (10) pour injecter le rayonnement lumineux d'entrée dans le dispositif optique, et l'étape de qualification comprend la qualification optique de l'étage d'entrée (10) en déterminant les paramètres (Q) d'un rayonnement lumineux fourni par l'étage d'entrée (10).
- 7. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 5 à 6, dans lequel la pluralité de composants optiques (10, 20, 102) comprend un étage de sortie (20) pour guider le rayonnement lumineux de sortie, et l'étape de qualification comprend la qualification optique de l'étage de sortie (20) en déterminant les paramètres (Q) d'un rayonnement fourni par l'étage de sortie (20).
- 8. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, ledit procédé comprenant une étape de positionnement consistant à positionner, les uns par rapport aux autres, certains de la pluralité des composants optiques (10, 20, 102) pour former un sous-ensemble, et l'étape de qualification comprend la qualification optique du sous-ensemble en déterminant les paramètres (Q) d'un rayonnement lumineux qui se propage dans le sous-ensemble.
- 9. Procédé de fabrication selon la revendication 8, dans lequel la pluralité de composants optiques (10, 20,102) comprend un miroir (102) et dans lequel le sousensemble comprend le miroir (102) .
- 10. Procédé de fabrication selon la revendication 8 ou 9, dans lequel l'étape de positionnement comprend le positionnement des composants optiques (10, 20, 102) sur un support commun (110).
- 11. Procédé de fabrication selon la revendication 10, dans lequel l'étape de qualification comprend le placement d'un miroir de qualification dans la position attendue de la plaque de phase (103) sur le support (110) .
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| K. LENGLÉ ET AL: "4x10 Gbit/s bidirectional transmission over 2 km of conventional graded-index OM1 multimode fiber using mode group division multiplexing", OPTICS EXPRESS, vol. 24, no. 25, 12 December 2016 (2016-12-12), US, pages 28594, XP055515919, ISSN: 2161-2072, DOI: 10.1364/OE.24.028594 * |
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