WO2000014836A1

WO2000014836A1 - Systeme de mise en forme d'un faisceau optique

Info

Publication number: WO2000014836A1
Application number: PCT/FR1999/002110
Authority: WO
Inventors: Christian Larat; Gilles Feugnet; Muriel Schwarz; Jean-Paul Pocholle
Original assignee: Thomson-Csf
Priority date: 1998-09-04
Filing date: 1999-09-03
Publication date: 2000-03-16
Also published as: FR2783056B1; FR2783056A1

Abstract

Ce système de mise en forme de faisceau optique comporte: une première lame à faces parallèles (L1) dont les faces (10 et 11) sont réfléchissantes vers l'intérieur de la lame de façon que différentes portions d'un faisceau optique (F1) incident dans une première zone d'entrée effectuent des nombres différents de réflexions entre les deux faces et que ces différentes portions de faisceau soient décalées dans des plans parallèles entre eux dans des premières zones de sortie; une deuxième lame à faces parallèles (L2) dont les faces sont également réfléchissantes vers l'intérieur de la lame de façon que recevant dans les deuxièmes zones d'entrée les différentes portions de faisceau transmises par la première lame, ces différentes portions effectuent des nombres différents de réflexion entre les deux faces et soient décalées dans des deuxièmes zones de sortie, parallèlement auxdits plans de façon à se trouver alignées selon une direction perpendiculaire auxdits plans. Application: Couplage d'une source laser à une fibre optique.

Description

SYSTEME DE MISE EN FORME D'UN FAISCEAU OPTIQUE

L'invention concerne un dispositif de mise en forme de faisceaux optiques et notamment de faisceaux émis par une barrette de diodes laser.

Les barrettes de diodes laser sont des assemblages monolithiques de diodes permettant de délivrer des puissances optiques élevées. Généralement de un cm de large dans la direction parallèle au plan de la jonction (D_//), leur surface émissive est d'environ 1 μm de haut dans la direction perpendiculaire (D ). Une barrette est ainsi une source fortement dissymétrique, étant environ 10.000 fois plus large que haute. De même, la divergence du rayonnement est non symétrique : supérieure à 25° (30° à 50°) selon Dj_, elle est d'environ 10° suivant D_/ La combinaison de ces deux caractéristiques conduit à une étendue géométrique environ 2000 fois plus grande selon D„ que selon Dj_. Cette forte dissymétrie est tout à fait préjudiciable à l'emploi efficace de ces composants pour de nombreuses applications. En effet, outre la difficulté de manipulation, il est en général intéressant de disposer d'un faisceau d'étendue géométrique proche de la symétrie de révolution, par exemple, pour l'injection dans une fibre optique ou pour le pompage optique longitudinal de lasers solides.

Différentes techniques telles que celles décrites dans les brevets français n° 2 741 726 et 2 748 127 ainsi que dans les documents : - J.R. LEGER et al, IEEE Journal of Quantum Electronics, vol.

18, n° 4, April 92 ;

- R.P. EDWIN, Optics Letters, Vol. 20, n° 2, January 15, 1995 ;

- W.A. CLARKSON and D.C. HANNA, Optics Letters, March 15, 1996, vol. 21 , n° 6 ; - J. LEWIS, WO 96/04584 ;

- CLARKSON et al, WO 95/15510. ont pour objet de répartir optiquement l'étendue géométrique d'une telle source selon les deux directions, tout en conservant au mieux sa valeur globale. Cependant, ces systèmes sont délicats à mettre en oeuvre. L'invention a pour but de réaliser cette fonction en utilisant trois optiques simples : une lentille cylindrique de collimation et deux lames à faces parallèles formant un angle entre elles. Ces deux lames ont subi un traitement particulier qui donne à leurs faces un coefficient de réflexion pouvant dépendre de la position sur la face. L'intérêt d'un tel système est l'obtention d'une source dont l'étendue géométrique est répartie plus uniformément selon les deux directions que la source initiale.

L'invention concerne donc un système de mise en forme d'un faisceau optique plat, caractérisé en ce qu'il comporte : - une première lame à faces parallèles dont les faces sont réfléchissantes vers l'intérieur de la lame de façon que différentes portions d'un faisceau optique incident effectuent des nombres différents de réflexions entre les deux faces et que ces différentes portions de faisceau soient décalées après sortie de la lame dans des plans parallèles entre eux ;

- une deuxième lame à faces parallèles dont les faces sont également réfléchissantes vers l'intérieur de la lame de façon que recevant les différentes portions de faisceau transmises par la première lame, ces différentes portions effectuent des nombres différents de réflexion entre les deux faces et soient décalées parallèlement auxdits plans de façon à se trouver alignées selon une direction perpendiculaire auxdits plans.

Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre faite à titre d'exemple non limitatif et dans les figures annexées qui représentent :

- les figures 1a et 1b, un mode de réalisation d'une des lames du système selon l'invention ;

- la figure 2, un exemple de réalisation du système ;

- la figure 3, un schéma explicatif de l'arrangement des faisceaux optiques ;

- les figures 4a et 4b, les sections des faisceaux avant et après arrangement ;

- la figure 5, un schéma permettant de calculer le décalage dans une lame entre deux sous-faisceaux adjacents ; - la figure 6, un schéma permettant de concevoir le dessin de la zone à haut coefficient de réflexion ;

- la figure 7, une organisation du système permettant d'égaliser les longueurs des trajets optiques des différents sous- faisceaux ; - la figure 8, un schéma permettant de calculer la différence de longueurs de trajets entre deux sous-faisceaux adjacents ;

- la figure 9, un système compact selon l'invention ;

- les figures 10a, 10b et 10c, des vues d'une lame fonctionnant en transmission ;

- les figures 11a et 11b, des schémas d'organisation du système permettant d'avoir une source virtuelle planaire pour tous les sous-faisceaux ;

- la figure 12, un schéma explicatif du système de la figure 11b ; - les figures 13 à 15, des variantes de réalisation de l'invention.

L'invention repose sur l'utilisation de deux lames à faces parallèles et dont les faces présentent des zones à fort coefficient de réflexion (HR) et des zones à faible coefficient de réflexion (AR), les deux lames forment un angle non nul. La première lame à faces parallèles (L1 ) découpe un faisceau planaire en sous faisceaux décalés les uns par rapport aux autres

Cette lame est représentée en figures 1a et 1 b. Comme on peut le voir sur ces figures, le faisceau incident F1 est parallèle à un plan xOz. La lame L1 est inclinée par rapport à ce plan. Selon le mode de réalisation des figures 1a-1b, la face 11 est de préférence traitée entièrement pour présenter un fort coefficient de réflexion. Par contre, la face 10 ne présente qu'une zone traitée à fort coefficient de réflexion. Cette zone présente une forme d'escalier de telle façon qu'une première portion de faisceau ou sous- faisceau f1.1 , après réflexion sur la face 11 , ne soit pas réfléchie par la face 10 et sorte de la lame L1. Une deuxième portion de faisceau f1.2 après réflexions sur la face 11 , la face 10 puis la face 11 , sort de la lame L1. Une troisième portion de faisceau au sous-faisceau f1.3 après réflexions successives sur la face 11 , la face 10, la face 11 , la face 10 et enfin la face 11 , sort de la lame L1 , etc. Le faisceau F1 est ainsi découpé en portions de faisceaux ayant subi des nombres de réflexion différents dans la lame. En raison de l'inclinaison de la lame, ces différentes portions de faisceau ne sont plus dans un même plan mais dans des plans parallèles décalés les uns par rapport aux autres. Si le plan de la lame fait un angle de 45° avec le plan xOz ou plan D_// du faisceau incident F1 , les plans des sous-faisceaux f1.1 à f1.4 sont perpendiculaires à ce plan xOz. Ces différents plans sont décalés les uns par rapport aux autres selon la direction Ox.

De préférence, le faisceau F1 entre dans la lame dans une zone qui est traitée antireflet (notée AR sur la figure 2b) pour minimiser les pertes. Les zones de sortie des sous-faisceaux fi .1 à f1.4 sont également traitées antireflet. Donc, plus simplement, la face 10 de la lame L1 possède une zone traitée à haut coefficient de réflexion et le reste de la face 10 est traité antireflet.

Ainsi selon l'invention, la face 10 est traitée HR sur une zone bien définie comme indiquée sur la figure 1b et la face 11 est traitée HR quasiment sur toute sa surface. Le faisceau incident se trouve découpé en plusieurs sous faisceaux, chacun faisant un nombre d'aller-retour différent dans la lame. Ainsi, le sous-faisceau f 1.1 subit une seule réflexion sur la face 11 alors que le sous-faisceau F1.4 en subit trois sur la face 10 et quatre sur la face 11. Le point clef est que d'un sous-faisceau à l'autre, le nombre de réflexion sur la face 10 augmente par exemple de 1. On peut ainsi remarquer que, contrairement à la figure 1a, le premier sous faisceau à sortir peut subir un nombre non nul de réflexions sur la face 10.

La deuxième lame L2 fonctionne de la même manière que la lame L1 mais est utilisée à rebours (figure 2). La figure 2 représente l'ensemble du système de l'invention. Pour simplifier, on n'a représenté pour chaque lame que la face (10, 20) comportant une zone en forme d'escalier traitée HR. Dans ce système, la deuxième L2 réarrange ces sous faisceaux en les décalant suivant une direction D_// c'est-à-dire une direction parallèle aux plans des sous-faisceaux et perpendiculaire à la direction de propagation de ces sous-faisceaux. Le faisceau ainsi obtenu présentera, par exemple, une étendue géométrique de même valeur suivant les directions Dj_et D_// pour une valeur globale quasiment inchangée.

Pour obtenir cela, la lame L2 est inclinée par rapport à la direction de propagation des sous-faisceaux f1.1 à f 1.4. Elle est par exemple inclinée à 45°. La face d'entrée 20 des sous-faisceaux de la lame L2 possède une zone en forme d'escalier traitée à haut coefficient de réflexion. Le reste de la face est traité antireflet. La face opposée L1 est entièrement traitée à haut coefficient de réflexion. Sur la figure 2, on a indiqué les traces de section des différents faisceaux et sous-faisceaux sur les faces des lames L1 et L2.

Le faisceau F1 forme une trace T1 sur la face d'entrée de la lame L1. En sortie de la lame L1 , les différents sous-faisceaux f 1.1 à f1.4 forment des traces t1.1 à t1.4.

En entrant dans la lame L2, les sous-faisceaux f 1.1 à f1.4 forment des traces te2.1 à te2.4. En sortie de la lame L2, ils forment des traces ts2.1 à ts2.4.

Précédemment, on a vu le fonctionnement de la lame L1. La lame L2 reçoit donc des sous-faisceaux décalés comme cela est représenté sur la figure 2. Le sous-faisceau f1.4 n'est pas réfléchi par la zone réfléchissante de la face 20. Après une réflexion par la face 21 , il sort de la lame L2 en donnant lieu à la trace ts2.4. Le sous-faisceau fi .3 subit les réflexions successives sur la face 21 , sur la face 20 et sur la face 21. Le sous-faisceau f 1.2 effectue deux réflexions sur la face 20 et le sous-faisceau f1.1 effectue trois réflexions. Ces nombres de réflexions différents ont pour effet de décaler les sous-faisceaux de façon à les aligner selon une direction perpendiculaire à la direction de propagation. En sortie de la lame L2, on obtient les traces des sous-faisceaux ts2.1 à ts2.4. Le système des deux lames L1 et L2 permet ainsi de réaliser un arrangement des sous-faisceaux comme représenté en figure 3. Dans le plan π1 on a représenté la section T du faisceau incident F1. Dans le plan π2, les sections t1.1 à t1.4 des sous-faisceaux f1.1 à fi , 4 et dans le plan π3 les sections ts2.1 à ts2.4 des sous-faisceaux f2.1 à f2.4. Le faisceau issu d'une barrette de diodes de diodes laser doit préalablement être collimaté dans la direction D (direction perpendiculaire au plan du faisceau) du fait de la grande divergence dans cette direction. Cela peut être réalisé par l'emploi d'une lentille cylindrique à une valeur de quelques degrés ou moins. On peut utiliser par exemple une fibre optique classique ou une lentille corrigée des aberrations ou toute autre lentille cylindrique. Le faisceau se présente alors sous la forme d'une « nappe » lumineuse beaucoup plus large (selon la direction D_// contenue dans le plan du faisceau et perpendiculaire à la direction de propagation) que haute (suivant D_j_). La direction D_// reste inchangée sauf si on utilise un réseau de lentille au pas des diodes laser unitaires pour réduire leur divergence propre dans cette direction. Quoi qu'il en soit, l'invention concerne le réarrangement d'une « nappe » lumineuse quel que soit le moyen utilisé pour la créer.

Pour notre exemple, on supposera que la « nappe » lumineuse a les caractéristiques présentées sur la figure 4a : largeur x _/ et divergence Q_f/ suivant D_// ; hauteur yj_ et divergence θ_± suivant O±. La figure 4b présente les caractéristiques du faisceau réarrangé après avoir été découpé en N sous-nappes par les lames L1 et L2. La valeur de N est imposée par le résultat final recherché. Par exemple, si l'on veut que le faisceau réarrangé ait une étendue géométrique identique dans les deux directions D/ et Dj_, le nombre N doit vérifier : — N — — = N y -n , sin( vθ ⁱ , )' d'où

i y_± sinCΘ ^'

Connaissant la valeur de N, on en déduit la valeur des décalages

(δ) entre sous faisceaux que doivent réaliser les lames L1 et L2 :

L1 : décalage δi = y dans la direction D ^χ// L2 : décalage δ₂ = — — dans la direction D_//

N Les décalages δi et δ₂ correspondent en fait aux dimensions latérales d'un sous-faisceau. La valeur du décalage (δ) produit par une lame dépend de trois paramètres : l'épaisseur (e) et l'indice (n) de la lame et l'angle d'incidence (i) du faisceau sur la lame (figure 5) ; suivant la relation : δ = 2e cos(i) tg(r), avec sin(i) = n sin(r) (1 )

On peut envisager un décalage plus grand, mais au détriment de l'étendue géométrique du faisceau réarrangé.

Pour un décalage donné, il est ainsi en général possible de fixer arbitrairement deux paramètres. Une fois ces valeurs définies, on en déduit la répartition des zones à fort coefficient de réflexion sur la face d'entrée des lames (figure 6). On a également représenté les zones d'entrée et sortie du faisceau, elles peuvent être traitées AR (ainsi que le reste de la face à l'exclusion de la zone HR). La face arrière de la lame est entièrement traitée HR. II est bien évident pour l'homme de l'art que les deux grandes faces des lames (L1) et (L2) doivent être de bonnes qualités optiques. De plus, elles doivent de préférence être parallèles à mieux que _{α =} -^L :^{, ij} _ rf_{n e}ff_e^ chaque sous-faisceau subit à peu près N aller-

4N retours, ce qui correspond à 2N réflexions, et chaque réflexion induit une variation d'angle double de l'angle d'incidence. Par exemple, pour θ_min = 1° et N = 10, on obtient α = 1 ,5', d'où un parallélisme meilleur que 20λ pour une lame de 25 mm de côté.

La réalisation des zones HR et AR sur la face (10) des lames peut être réalisées de différentes manières, par exemple :

1. dépôt du revêtement hautement réfléchissant (coefficient de réflexion supérieur à 99,5 %) sur toute la surface 10 2. masquage par photolithographie des zones ne devant pas être traitées HR

3. gravure de la zone devant être traitée AR

4. retrait du masque (éventuellement)

5. dépôt du traitement anti-réfléchissant (coefficient de réflexion inférieur à 0,05 %) sur toute la surface.

Les valeurs typiques de ces paramètres pour une barrette de diodes laser collimatée sont : x_// = 10 mm, θ _/ = 10°, yj_. = 1 mm et θ_± = 1 °. On constate que l'étendue géométrique globale est bien fortement dissymétrique puisque le produit y sin(θj_) (lié à l'étendue géométrique selon Dj_.) est beaucoup plus faible que le produit x₇ sin(θ_//) (lié à l'étendue géométrique selon D_//). Pour obtenir un faisceau réarrangé ayant une étendue géométrique identique dans les deux directions D/_/ et Di, il faut réaliser : N = 10. On obtient ainsi : δi = δ₂ = 1 mm. Dans ce cas, on peut choisir que (L1 ) et (L2) soient identiques. Par exemple, avec un matériau d'indice n = 1 ,5 et une incidence du faisceau i = 45°, il faut une épaisseur e = 1 ,32 mm pour les deux lames.

II faut noter que le faisceau réarrangé issu des deux lames présente une étendue géométrique symétrique (si on les a calculées pour) mais a priori divergence et dimensions ne sont pas identiques dans les deux directions. II faut bien sûr en tenir compte pour le collimater et/ou le focaliser.

Dans l'exemple de réalisation qui précède, on a considéré que les largeurs δ des différents sous-faisceaux sont égales. On obtient cela en prévoyant des largeurs de marches de la zone HR de la face 10 de la lame 1 égales (voir δ' sur la figure 5). Cependant, cela n'est pas obligatoire, on pourrait prévoir des largeurs différentes, par exemple des marches plus larges au milieu de l'escalier et plus étroites aux extrémités.

Le faisceau réarrangé peut être considéré comme étant issu d'une source virtuelle (composée de sous-sources), image de la source initiale (cf. figure 7). Si aucune précaution n'est prise, les sous-sources virtuelles n'ont aucune raison d'être dans le même plan, ce qui est particulièrement dommageable au bon emploi du faisceau. La figure 8 montre l'origine du décalage Δz introduit par une lame entre deux sous faisceaux le long de leur direction de propagation. On considère un faisceau (1 ) issu de la source S₀. Un premier sous-faisceau (2) ressort de la lame en C et il semble provenir du point Su. De même, le sous-faisceau suivant (3) sort en E et semble provenir du point S₂₁. On retrouve que ces deux points sont décalés latéralement de δ, mais également longitudinalement d'une distance Δz :

Δz = 2e cos(i) tg(r)

(2) tg( tg(

Cette valeur de Δz ne peut pas s'annuler (sauf dans le cas sans intérêt ici de i = 90°). Aussi, pour que les sous-sources virtuelles soient toutes dans le même plan (comme représenté sur la figure 7), deux solutions sont envisageables :

(i) compenser le décalage en rajoutant un empilement de lames d'épaisseurs optique différente, chaque sous faisceau traversant une lame particulière (cet empilement de lames peut être placer avant, entre ou après les lames L1 et L2 ;

(ii) calculer les lames L1 et L2 et les positionner pour que, à la sortie de la lame L2, tous les sous-faisceaux aient, de préférence, subi globalement le même décalage. Un moyen pour réaliser cette deuxième méthode consiste à vérifier que : 1. le sous-faisceau ayant subi le plus de réflexion dans la lame L1 est celui qui en subit le moins dans la lame L2. Dans ce cas, les sous- faisceaux subissent tous le même nombre total de réflexions. 2. les lames L1 et L2 sont calculées (i, n et e) pour qu'elles présentent le même décalage Δz, ce qui revient à rajouter une contrainte à celle définie par la formule (1) :

Dans l'exemple de réalisation décrit précédemment, il suffit de positionner les lames comme indiqué sur la figure 7 pour remplir la formule (1) précédente et la relation (2) est également vérifiée car les deux lames et les angles d'incidence sont identiques.

Dans le cas général, la formule (1) est remplie par la même disposition relative des lames. Puis on calcule les lames, par exemple en suivant la procédure :

- δi et δ2 ont été définis par l'analyse de l'étendue géométrique de la source et de celle souhaitée en final (par exemple δi = 1 ,0 mm et δ2 = 1 ,4 mm), - on choisit deux des trois paramètres de la lame L1 (H = 45°, ni

= 1 ,5),

- on en déduit le troisième paramètre de la lame L1 par la formule (1 ) (e = 1 ,32 mm),

- on en déduit la valeur de Δzi par la formule (2) (Δzi = 1 ,0 mm), - on en déduit la valeur de ^'12 par les formules (2) et (3) (i2 =

54,5°),

- on choisit un des deux paramètres restant de la lame L2 (n = 1,5),

- on en déduit le troisième paramètre de la lame L2 par la formule (1 ) (e2 = 1 ,86 mm).

D'autres procédures sont possibles car il y a plus de degrés de liberté que de contraintes.

Pour minimiser les pertes dues à la divergence des faisceaux entre les deux lames, il est intéressant que le système soit le plus compact possible. La figure 9 présente une méthode pour compacifier le montage de la figure 7 en supprimant une partie des lames où le faisceau ne passe pas. L'arrangement le plus compact est obtenu quand les droites s'appuyant sur l'extrémité des zones HR de chaque lame sont parallèles entre elles. La figure 9 représente un tel cas, illustratif de l'exemple de réalisation précédent. En fait, pour réaliser l'arrangement compact des lames, il est seulement nécessaire qu'une seule des lames soit réduite en surface comme indiqué. Chaque lame comportant une zone en forme d'escalier comme cela est décrit précédemment. Les deux lames L1 et L2 sont associées l'une à l'autre pour former un dièdre dont l'arête est parallèle aux pentes des deux « escaliers ». De préférence, le dièdre est un dièdre rectangle.

Variantes de réalisation

• Contrairement à ce qui a été décrit précédemment, on peut envisager que l'entrée et la sortie du faisceau de la lame se fassent par les deux faces opposées et non par la même face comme exposé précédemment (voir figures 10a à 10c). On parlera alors de lames en transmission, par opposition au cas précédent, appelé lames en réflexion. Pour la lame en transmission, il faut positionner précisément les zones HR et AR des deux faces en regard si on considère la lame L1 , la face 11 comporte une zone traitée antireflet (AR) uniquement dans la zone d'incidence du faisceau F1. On peut envisager utiliser un système composé soit de deux lames en réflexion comme exposé précédemment, soit de deux lames en transmission, soit d'une lame de chaque sorte.

• Dans le cas où le faisceau est polarisé linéairement, on peut calculer les lames pour qu'il soit à l'incidence de Brewster sur une des deux lames. Dans ce cas le traitement AR défini précédemment n'a pas de raison d'être pour cette lame. On peut également envisager de faire tourner la polarisation d'un tel faisceau, par exemple avec une ou des lames λ/2, pour utiliser l'incidence de Brewster sur les deux lames. • On peut envisager que les sous-faisceaux subissent tous une ou plusieurs réflexion(s) dans la lame avant que le premier sous-faisceau sorte. Cela ne produit qu'un décalage global de l'ensemble des sous-faisceaux.

• On peut envisager d'autres définitions pour la source virtuelle. Par exemple, on peut considérer la source virtuelle (créée par la lame L2) correspondant au réarrangement de la source formée par les sous faisceaux en sortie de la lame L1 (figures 11a et 11b). L'intérêt réside dans une sensibilité très réduite aux défauts pouvant être engendrés par la divergence θ_/ dans la lame L1.

Dans ce cas, les sous-sources sont décalées (cf. figure 5) de :

II faut dans ce cas, pour que les sources virtuelles derrière L2 paraissent coplanaires, que la lame L2 soit calculée pour compenser ce décalage. La figure 12 montre comment calculer le décalage longitudinal Δ'z que doivent avoir les sources de deux sous-faisceaux adjacents (1 ) et (2) pour qu'elles paraissent, en sortie de lame, dans un même plan :

Δ'z = 2 e cos(i)

De plus, les deux lames doivent être disposée comme présenté sur la figure 11 b.

Le choix des lames se fait comme précédemment, sauf qu'il faut remplacer la relation (3) par la relation Δ'z₂ = h-i.

• Une source virtuelle planaire n'est pas forcément une condition nécessaire pour exploiter ce montage. Des applications peuvent ne pas y être sensible (pompage optique transversal, reprise du faisceau par des concentrateurs optiques non- imageants, éclairage d'un diffuseur...).

• La source virtuelle peut également être considérée en sortie de la lame L2. Dans ce cas, elle est par construction planaire. Un autre intérêt réside alors dans une sensibilité réduite aux défauts engendrés par les deux divergences dans les deux directions du faisceau.

• II est possible d'utiliser non pas une barrette simple mais un empilement de barrettes, chacune étant collimatée individuellement. Cela revient à considérer une « nappe » lumineuse de plus grande épaisseur.

• II est possible d'utiliser ce montage pour focaliser la lumière émise par une barrette dans une fibre optique.

• On peut réaliser la fonction de l'une ou des deux lames en assemblant deux réflecteurs parallèles, réalisant ainsi l'équivalent d'une lame creuse (lame en réflexion ou en transmission).

• On peut réaliser les zones HR en utilisant la réflexion totale interne (RTl) sur les faces parallèles de plusieurs lames 11 à 14 (voir figures 13a et 13b) (lame en réflexion ou en transmission) à condition de ménager des moyens d'entrée (me) et de sortie (m1 à m4) du faisceau (faces inclinées, prismes...). Un tel composant peut être réalisé par assemblage des lames 11 à 14, (ou par usinage ou moulage,...). « Il peut être intéressant de faire l'image de la source initiale au niveau du système de lames (entrée, milieu, sortie...), éventuellement avec un grandissement pouvant être non identique dans les deux directions.

• A priori, le système est indépendant de la structure éventuelle de la source (par exemple, barrette de diodes laser présentant des émetteurs disjoints). II est possible d'en profiter pour diminuer les pertes introduites par la découpe du faisceau incident, par exemple en imageant les émetteurs au niveau de la sortie de la lame L1 et en « découpant » entre certains des (ou tous les) émetteurs.

• On peut envisager une version « semi-monolithique » dont une illustration est présentée sur les figures 14a et 14b. Dans ce cas particulier, le faisceau F1 entre dans un prisme P par la face 20 (éventuellement traitée AR). II devrait être en réflexion totale interne (RTl) sur la face 21 mais celle-ci est frustrée par la présence de la lame L1 (fixée avec une colle iso-indice ou par adhésion moléculaire). Le faisceau entre donc dans la lame L1 et est réfléchi par RTl sur la face 22. Le sous-faisceau 1 traverse de nouveau la surface 21 (RTl frustrée) alors que les autres sont réfléchis par RTl car la face 21 du prisme P est gravée sur une profondeur suffisante, par exemple par le procédé CAIBE. La zone Z1 de gravure correspond à la zone HR précédemment décrite. On a ainsi bien réalisé la fonction de la figure 1. II en va de même pour la lame L2, avec une zone Z2 gravée sur la face 23 du prisme P. Le faisceau réarrangé sort par la face 25 du prisme P (éventuellement traitée AR). Les zones Z1 et Z2 à haut coefficient de réflexion sont situées, l'une (Z1 ) sur la face hypoténuse du prisme, l'autre (Z2) sur une face d'extrémité correspondant à une section droite du prisme. A titre d'exemple, les deux lames L1 et L2 forment un angle de 60° et donc dans la version monolithique des figures 14a, 14b les faces du prisme, auxquelles ces lames sont accolées, forment un angle de 60°.

• On peut envisager de ne pas utiliser la réflexion totale interne, mais de déposer des traitements sur les faces considérées des lames ou sur les faces du prisme.

• On peut envisager de réaliser le réarrangement avec des zones HR variant non pas par « marches » successives mais continûment comme illustré sur la figure 15a. Les zones HR peuvent être ainsi plus faciles à réaliser mais il y a plus de pertes car le faisceau initial sera découpé en « biais » et la source réarrangée est un peu plus grande qu'avec les lames à « marches » (un sous-faisceau supplémentaire en hauteur, cf. figure 15b). On peut également utiliser l'approche RTl. • On peut envisager de superposer plusieurs faisceaux ainsi réarrangés par multiplexage en polarisation et/ou multiplexage en longueur d'onde.

• Le système de l'invention pourra trouver une application à une fibre optique. La source laser et le faisceau F1 qu'il émet est alors couplée à la zone d'entrée de la première lame tandis que les zones de sortie des portions de faisceaux de la deuxième lame sont couplées à l'entrée d'une fibre optique.

Claims

REVENDICATIONS

1. Système de mise en forme d'un faisceau optique plat (F1 ), caractérisé en ce qu'il comporte :

- une première lame à faces parallèles (L1 ) dont les faces sont réfléchissantes vers l'intérieur de la lame de façon que différentes portions d'un faisceau optique (F1 ) incident dans une première zone d'entrée effectuent des nombres différents de réflexions entre les deux faces et que ces différentes portions de faisceau soient décalées dans des plans parallèles entre eux dans des premières zones de sortie ; - une deuxième lame à faces parallèles (L2) dont les faces sont également réfléchissantes vers l'intérieur de la lame de façon que recevant dans des deuxièmes zones d'entrée les différentes portions de faisceau transmises par la première lame, ces différentes portions effectuent des nombres différents de réflexion entre les deux faces et soient décalées dans des deuxièmes zones de sortie, parallèlement auxdits plans de façon à se trouver alignées selon une direction perpendiculaire auxdits plans.

2. Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce que chaque lame possède une première face (11 ) réfléchissante sur toute sa surface ou quasiment toute sa surface et une deuxième face (10) possédant différentes zones réfléchissantes correspondant chacune à une portion de la largeur du faisceau, ces zones ayant des longueurs différentes mesurées selon la direction de propagation du ou des faisceaux incidents dans la lame.

3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que la zone réfléchissante de la deuxième face (10) de chaque lame a une forme en escalier, la base de l'escalier étant parallèle au plan du faisceau incident et les plans des marches étant parallèles à la base de l'escalier.

4. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que la zone réfléchissante de la deuxième face de chaque lame a la forme d'un triangle-rectangle, l'un des côtés de l'angle droit du rectangle étant parallèle aux plans des faisceaux incidents sur la lame et la direction de propagation étant perpendiculaire audit côté de l'angle droit.

5. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que la direction de propagation de chaque faisceau incident sur chaque lame est perpendiculaire à la base de l'escalier.

6. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que la largeur de chaque zone réfléchissante de la deuxième face de la première lame correspond à une portion de la largeur du faisceau.

7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que les largeurs des différentes zones sont égales.

8. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que les largeurs des zones situées au centre du faisceau sont plus grandes que les largeurs des zones situées sur les bords du faisceau.

9. Système selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le plan de la première lame forme un premier angle différent de 0 et de 90° avec le plan du faisceau incident (F1 ), ledit premier angle étant tel, qu'en fonction de l'indice de réfraction et de l'épaisseur de la première lame, les portions de faisceaux soient décalées, dans lesdits plans parallèles distants les uns des autres d'une distance déterminée (δ1 ) au moins égale à l'épaisseur du faisceau incident (F1 ).

10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que le pian de la deuxième lame est orthogonal auxdits plans parallèles et forme un deuxième angle différent de 0 et 90° avec la direction de propagation de chaque portion de faisceau, ledit angle étant déterminé en fonction de l'indice de réfraction et de l'épaisseur de la deuxième lame de façon à obtenir un décalage (δ2) entre portions de faisceaux successives.

11. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce que le premier angle et le deuxième angle sont égaux à 45°.

12. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce que les largeurs des portions de faisceau sont égales et en ce que ledit deuxième angle est tel que la deuxième lame induise sur chaque portion de faisceau un décalage au moins égal à la largeur d'une portion de faisceau.

13. Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce que lesdites zones d'entrée et de sortie de chaque lame sont situées sur la même face.

14. Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce que pour chaque lame, lesdites zones d'entrée sont situées sur une face de la lame et lesdites zones sont situées sur la face opposée.

15. Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce que chaque lame est constituée par des portions accolées de sous-lames de longueurs différentes.

16. Système selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les deux lames sont assemblées pour former un angle dièdre dont l'arête est parallèle aux pentes des deux escaliers ou aux hypoténuses des triangles rectangles.

17. Système selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'angle dièdre est un angle de 60°.

18. Système selon la revendication 17, caractérisé en ce que les deux lames sont accolées à deux faces d'un prisme compris entre les deux lames.

19. Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte des lames pouvant être différentes, situées sur les trajets des portions de faisceaux de façon à obtenir des sources virtuelles dans le même plan.

20. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une source laser émettant ledit faisceau optique (F1 ) et couplée à la première zone d'entrée ainsi qu'une fibre optique couplée auxdites deuxièmes zones de sortie.