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La présente invention concerne les procédés pour augmenter
l'éclaire~ent produit par un faisceau laser et plu5 particulièrement
les procédés pour augmenter l'éclairement produit par un faisceau
sur une cible. Par cible, il est entendu dans ce qui suit tout
récepteur d'énergie lumineu~e capable de diffuser une partie
de la lumière qu'il reçoit.
On sait que le front d'onde d'un faisceau laser présente
souvent en pratique des défauts de planéité statiques ou dynamiques.
De plus un faisceau laser se propageant vers une cible peut être
affecté de distorsions de phase provoquées par exemple par des
turbulences atmosphériques. Ces défauts réduisent l'intensité
lumineuse reçue par la cible.
Des procédés ont été imaginés pour augmenter l'intensité
utile de ces faisceaux en corrigeant en temps réel les déformations
de front d'onde. Ces procédés utilisent généralement une réflexion
du faiQceau sur un miroir à surface réfléchi~sante déformable,
¢e miroir oomprenant une pluralité de réflecteurs ~uxtaposés,
solidaires d'éléments piézoélectriques fixés sur une plaque rigide.
En polarisant de façon convenable les électrodes de commande i~
de ces éléments, on déforme la surface réfléchissante du miroir -
de façon a corriger le front d'onde du faisceau réfléchi sur
ce miroir.
Un premier procédé connu consi~te à diviser le faisceau
en faisceaux élémentaires dont les phases sont commandées par
les éléments piézoélectriques, à appliquer successivement un
ohangement de phase à un groupe de faisceaux élémentaires et
un autre changement de phase à un autre groupe de faisceaux élémen-
taires, à mesurer les inten~ités réfléchies successivement par
la cible après application de ces changements de phase, puis
à calculer, en fonction de la diff~rence de ces intensités, les
modifications à appliquer à ces changements de phase pour compenser
les differences de pha~e entre les faisceaux élémentaires, ce
_ 1 _
' . ' ' ,"' ' . ' ' '
'.' ~' ',. ' , ., , '
~.......... ~ , ,, ., ,', ' , '
U7~6
procedé étant répété avec des changements de pha~e ain.~i modifiés
~u~qu'à l'obtention d'un résultat satisraisa~t. Ce procédé pré~ente
l'inconvénient d'être compliqué et de nécessiter l'utilisation
d'une machine calculatrice.
Vn autre procédé connu consiste à appliquer des tensions
de modulation à différentes fréquences sur les éléments piézoélec-
- triques du miroir déformable, puis à détecter l'énergie réfléchie
; à l'aide d'un récepteur photoélectrique pointé sur la cible. Un
~ystème électronique comportant de~ détecteurs synchrones accordés
sur les différentes fréquences de modulation permet de déterminer
les corrections à effectuer sur chacun des réflecteur~ du miroir
dérormable. Ces corrections sont effectuées automatiquement par
des amplificateurs d'asservisseMent associés aux éléments piézoélec-
triques. Ce procédé présente l'inconvénient de conduire à une
limitation du nombre de réflecteurs élémentaires (30 environ)
du miroir déformable pour éviter les phénomènes d'intermodulation.
La présente invention a pour but de pallier les inconvénients
des procédés connus et de mettre en oeuvre un procédé plus simple
pour augmenter l'éclairement produit par un faisceau laser sur
2~ une cible, ce procédé utilisant un miroir déformable pouvant avoir
un grand nombre de réflecteurs, et permettant de corriger les
distorsions de phase provenant du laser lui-même comme celles
résultant des turbulences atmosphérique~.
La présente invention a pour objet un procédé pour augmen-
ter l'éolairement produit par un faisceau laser sur une cible,
; ce procédé consistant :
- à diriger ledit faisceau sur ladite cible après réflexion sur
une surface réfléchissante formée de n réflecteurs juxtaposés,
ces réflecteurs étant solidaires respectivement de n éléments
30 piézoélectriques fixés sur une plaque et munis chacun de deux
électrodes,
.. , ~ ,
"'~
- à mesurer l'inten3ité de la lumière dudit faisceau diffusée
par ladite cible,
- à appliquer des tensionq électriques de polarisation auxdites
électrodeQ
- puis à af~ecter ces tensions d'abord d'accroissement~ prédéter-
minés de signe quelconque et ensuite d'autres accroissements déter-
minés en ~onction de l'intensité mesurée de la lumière du faisceau
réfléchie par la cible, de manière à diminuer, au cours d'étapes
: successives, les écarts de phase entre les faisceaux réfléchis
par les n réflecteurs vers la cible,
caractérisé par le fait que lesdites étapes successives sont les
suivantes :
- la première étape dans laquelle, aprè~ polarisation initiale
des n éléments (,, 6-,-7) respectiYement par des tensions continues .
Y1, V2... Vn,
. la tension V1 est affectée d'un accroissement ~V, ~V étant
une tension continue prédéterminée de signe quelconque, la polari-
sation de l'élément de rang 1 étant maintenue à la tension résul-
tante V1 + ~5V lorsque l'accroissement + ~V provoque une augmen-
tation de ladite inten~ité lumineuse mesurée, l'accroissement+~V étant alors mis en mémoire, la tension V1 + ~V étant de plus
affectée d'un accroissement - ~V lorsque l'accroissement + ~V
provoque une diminution de ladite intensité lumineuse mesurée,
la polarisation de l'élément de rang 1 étant alors maintenue à
la tension résultante V1, et l'accroissement - ~V étant mis en
mémoire,
. la tension Vi est affectée d'un accroissement + ~V, la polarisa-
tion de l'élément de rang i à la tension résultante Vi + ~V étant
maintenue lorsque l'accroissement ~ ~V appliqué à cet élément
provoque une augmentation de l'intensité lumineuse mesurée, l'accrois-
sement f ~V étant alors mis en mémoire, la tension Vi + ~V étant
--3--
lVI~(~7~
arfectée de plus d'un accroiss~ment - ~V lorsque l'accrois3ement
+ av appliqué à cet élément provoque une diminution de l'intensité
lumineuse ~esurée, la polarisation de l'élément de rang i étant
alors maintenue à la tension résutante Vi, l'accroissement - ~V
étant alors mis en mémoire, i étant un nombre entier prenant
:~ ~uocessivement les valeurs 2, 3 ... n,
- puis des étapes successives de rang 2, 3 ... N dans lesquelles
¢hacune de~ tensions résultantes des n éléments ~5, G, 7) sont
affectée successivement d'un accroissement initial identique en
s~gne à l'accrois~ement mis en mémoire au cours de l'étape précé-
:~ dente, cette ten ion étant affectée ensuite d'un accroissement8upplémentaire de même valeur absolue mais de signe opposé à celui
mis en mémoire lorsque l'accroissement initial provoque une dimi-
nution de l'intensité lumineuse mesurée, la valeur de l'accroisse-
ment pré¢édemment mis en mémoire étant remplacée dans ce cas par
~ celle du dernier accroissement,
"'i
N étant choisi suPfisamment grand pour que les intensités lumlneuses
mesurées à la fin des étapes de rang N et N-1 aient sensiblement
,. la même valeur,
L'invention e9t décrite ci-des~ous à titre illustratif
mais nullement limitatif, en regard du dessin annexé dans lequel
la figure unique représente schématiquement un dispositif à l'aide
,
:~ duquel il est possible de mettre en oeuvre le procédé selon l'in-
vention.
Cette figure montre notamment un dispositif optique
. 1 représenté en coupe qui comporte trois réflecteurs ~uxtapo~és
2,3, 4 fixés respectivement sur des éléments piézoélectriques
5, 6, 7 solidaires d'une plaque rigide 8, le nombre des éléments
; étant beaucoup plus grand en pratique. Ces éléments piézoélectriques
3o peuvent être constitués de quartz par exemple et sont munis chacun
de deux électrodes. L'élément 7 comporte ainsi deux électrodes
':
,:
, --4-
.
~ - . : :
7~
9 et 10 connectées à deux borne~ d'une o.ortie 13 d'un générateur
éleotrique 18 qui comporte deux autres 30rties 11 et 12 dont les
bornes sont rellées respectivement aux él0ctrodes des éléments
5 et 6. Le générateur 18 est capable de délivrer des tensions
continues réglables indépendantes les unes des autres ~ur les
sorties 11, 12 et 13.
Vn faisceau laser 14 est ré~léchi sur leq réflecteurs
2, 3 et 4 et concentré sur une oible 15. Contrairement à ce qui
eqt représenté sur la figure, la cible est, dans la pratique,
située à grande distanoe, les faisceaux réfléchis par les réflec-
teur~ étant sensiblement parallèles entre eux. Un récepteur photo-
électrique 16 est disposé à proximité du dispositif 1 et orienté
de facon à recevoir une fraction de la lumière diffusée par la
clble 15. Ce récepteur comporte deux sorties électriques reliées
à un appareil de mesure 17 dont les indications sont représentatives
de l'intensité de la lumière laqer difrusée par la cible 15.
:: Un système logique de commande 19 relié à l'appareil
de mesure 17 et au générateur 18 permet de faire varier les tensions
appliquées par le générateur 18 aux élémentq piézoélectriques
5, 6, 7. Enfin une mémoire 20 est reliée au système 19.
Lorsqu'on applique une tension électrique aux bornes
des deux électrodes d'un élément piézoéleotrique du dispoqitif
: 1, on provoque une déformation (dilatation ou contraction) de
.. l'élément considéré qui entraîne un déplacement du réflecteur~ 25 fixé sur lui. Ce déplacement modifie légèrement le chemin optique
; . des ondes lumineuses qui se réfléchissent sur ce réflecteur.
On comprend donc qu'il est possible, en polarisant conve-
nablement les différents éléments du dispositif 1, d'annuler les
. . différences de phases pouvant exister entre les parties du faisceau
14 qui se ré~léchissent respectivement sur les différents réflecteurs
~; du dispositif 1. Ces différences de phase peuvent provenir soit
, :
'
. :. ~ . . .
d'un manque de cohérence du faisceau 14, soit d'inhomogénéités
de l'indice de réfraction de l'atmosphère traversée par le faisceau
entre la source d'émi9~ion et la 3urface réfléchissante du di~po-
3itif 1 et la cible 15.
La polarisation des différent~ éléments du dispositif
1 est effectuée de la manière suivante :
Au départ les éléments piéæoélectriques 5, 6 et 7 du
dispositif 1 sont polarisés respectivement par des tensions élec-
triques continues V5, V6 et V7 quelconques, ces tensions étant
souvent nulle~ en pratique.
On fait d'abord subir à la tension V5 une variation
en lui appliquant une valeur élémentaire d'accroissement ~V, de
facon à porter la tension de polarisation de l'élément 5 à V5 + ~V
les tensions V6 et V7 restant inchangées. L'accroissement ~V est
une tension continue prédéterminée positive ou négative.
Cet accrois~ement AV provoque une modification de l'état
d'interférence des faisceaux envoyés par les différents réflecteurs
qur la cible. Si cette modification se traduit par une augmentation
de l'éclairement de la oible (les interférences étant alors cons-
tructives), le récepteur 16 et l'appareil de mesure 17 détectent
une augmentation de l'intensité lumineuse diffusée par cette cible.
La tensior V5 + ~V est alors maintenue et la valeur ~V de l'accroi~-
3ement estgardée dan9 la mémoire 20. Si cette modification de
l'état d'interférence produit au contraire une diminution de l'éclai-
rement de la cible (interférences destructives), le récepteur
16 et l'appareil de mesure 17 détectent une diminution de l'intensi-
té diffusée par cette cible. On change alors la polarité de l'accrois-
3ement ~V et on applique à la tension V5 + ~V un accroissement
- ~V de signe opposé au précédent. La tension de l'élément 5 est
3 donc portée à la valeur : V5 + ~V - av = V5
et la nouvelle valeur - ~V de l'accroi3sement est gardée dans
i la mémoire 20.
-6-
: :- ;. : ~ ~ :
~07~
Puis on effectue la même opération sur l'élément 6,
en portant sa tension de polari~ation à V6 + ~V ; cette tension
est maintenue si l'inten~ité lue sur l'appareil 17 croit, mais
elle est ramenée à V6 si l'intensité lue décroIt.
On agit de même ensuite sur l'élément 7. Cette opération
est donc effectuée successivement, dans une première étape, sur
tou~ les éléments du système.
Dans une deuxième étape, on fait subir successivement
-~ aux tensions maintenues sur les différents éléments du dispositif,
de~ variations identiques à celles de la première étape. On applique
; donc à chaque élément piézoélectrique un accroissement de tension
dont la valeur absolue est égale à ~V et dont le ~igne correspond
au signe de l'accroissement mis en mémoire à l'étape précédente.
Un accroissement supplémentaire de signe opposé est éventuellement
appliqué ~i le premier accroissement conduit à une diminution
de l'intensité réfléchie par la cible, le dernier accroissement
appliqué étant mis en mémoire avec son signe, remplagant ainsi
l'accroissement précédemment mis en mémoire.
Si cela est nécessaire, on effectue une troisième étape
identique, et ainsi de suite. Le nombre des étapes est tel que
l'intensité mesurée sur l'appareil 17 qoit sensiblement la même
à l'issue de la dernière et de l'avant dernière étape. En fait,
... ,.,~, .
les séquences de variation de tensions peuvent théoriquement se
poursuivre indéfiniment. Mais on remarque que lorsque le réglage
- 25 optimum est atteint, les tensionq appliquées aux éléments piézo-
électriques ne sont plus modifiées, chaque élément subi~sant deux
accroissement~ successifs de signes opposés dont la valeur totale
est nulle.
La tension prédéterminée ~V, qui est la même dans toutes
les opérations du procédé, est choisie en pratique de manière
qu'elle corresponde à un déplacament du miroir de l'ordre d'une
; fraction de la longueur d'onde de la lutlière laser. Cette tension
:~
. -7-
^ ~. ,. ,: .................................... ,. :
: ~. . .: . . - ,
~38~7~6
~ provoque une variation de phase de l'onde lumineu~e réfléchie
sur le miroir ~olidaire de l'élément piézoélectrique auquel la
varlation de tension a été appliquée. La variation de phase qui
correspond à la tens~on prédéterminée ~V est appelée pa~ de cor-
reotion.
Il est évident que lorsque le paq de correction est
choisi grand, le nombre des étapes du procédé est relativement
faible, mais l'intensité finale du faisceau éclairant la cible
peut être sensiblement inférieure à la valeur maximale possible
(qui corre~pond à un déphasage nul entre les partie~ du faisceau
qui ~e réfléchis3ent sur les différents réflecteurs du dispositif
optique 1).
A titre d'exemple, pour un dispositif optique comprenant
100 éléments, on obtient une intenslté égale à 90 ~ de l'intensité
maximale du faisceau, en adoptant un pas de correction de 1,2
radian, ce qui conduit à prévoir 4 étapes dans le procédé. Pour
un pas de correction de 0,8 radian, il faut pr~voir 5 étapes,
l'intensité finale étant égale sensiblement à 95 % de sa valeur
maximale. Enfin pour un pas de correction de 0,4 radian, on obtient
99 ~ de l'intensité maximale avec 8 étapes.
Bien entendu, la succe~sion des opérations des différentes
- etapes du procédé peut être avantageusement réalisée automatiquement
à l'aide de dispositifs électroniques. Si l'on admet qu'une des
opérations décrites ci-dessus, affectant un élément, peut être
.,: . .
réalisée en 5 microqecondes, ce qui semble compatible des pos~ibi-
lités de la technique actuelle, il apparaIt que la durée totale
de mise en oeuvre du procédé, ou temps de convergence, est comprise
..~
- entre 2 et 4 millisecondes pour les exemples cités ci-dessu~,
cette durée étant sufPisamment faible pour obtenir en pratique
une correction de phaqe efficace.
On peut perfectionner le procédé décrit ci-deqsus en
diminuant progressivement la valeur absolue de l'accroissement
.
-8-
37~i
l~V. C'est ainsi qu'on peut choi~ir au départ pour les premières
étapes un accroissement relativement élevé afin de conver~er rapi-
dement vers une valeur assez près de l'lntensité maximale possible
de l'éclairement de la cible, puis réduire d'une étape à l'autre
la valeur absolue de l'accroissement afin d'obtenir une valeur
d'éclairement plus proche de la valeur maximale. On ajoute ainsi
aux avantages des grands accroi~sements qul permettent une conver-
gence rapide, ceux des petits accroissements qui permettent de
se rapprocher bien plu9 de la valeur optimale de l'éclairement
de la cible.
Le procédé selon la présente invention peut être appliqué
lorsqu'on désire concentrer un faisceau lumineux qur une cible
éloignée, et en particulier, dans le domaine des télécommunications,
pour focaliser sur une antenne de réception l'énergie d'un faisceau
laser transmettant des informations.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux
modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés
qu'à titre d'exemple. En particulier, le dispositif optique à
surface réfléchissante déformable peut comporter des éléments
piézoélectriques formés d'une pile de disques constitués d'un
matériau piézoélectrique, chaque disque étant muni de deux élec-
trodes, les électrode~ de chaque élément étant connectées en paral-
lèle par exemple. De plus, la surface réfléchissante déformable
du dispositif optique peut être formée d'un seul réflecteur au
lieu de comporter une pluralité de réflecteurs.
., ~ .
,~
.
.
