FR2674035A1 - Dispositif a reseau de phase, pour l'orientation d'un faisceau optique suivant deux directions et systeme radar le comportant. - Google Patents

Abstract

Ce dispositif comprend quatre déflecteurs (10c, 10d, 10e, 10g) de faisceau à une dimension, deux pour chaque polarisation linéaire orthogonale de deux canaux émetteur-récepteur, l'un de ceux-ci pour chaque axe d'orientation, ainsi qu'un "rotateur" (40) de polarisation à 90degré et une lame quart-d'onde (42). De préférence, les déflecteurs (10) sont des cellules à cristal liquide fonctionnant comme des retardateurs de phase variable, qui comprennent chacune une première fenêtre ayant une électrode commune, une deuxième fenêtre ayant une collection d'électrodes en forme de bandes parallèles, isolées électriquement, et une couche de molécules de cristal liquide intermédiaire entre la première et la seconde fenêtres. Des moyens couplent individuellement une série de signaux de commande entre la collection d'électrodes en bande et l'électrode commune, pour créer sélectivement des variations locales, de l'indice de réfraction dans la couche de cristal liquide. Application au radar à laser à ouverture unique.

Description

i La présente invention se rapporte, de façon générale, à des systèmes

pour orienter ou dévier un

faisceau optique et, plus particulièrement, à un dis-

positif à réseau de phase pour l'orientation de fals-

ceau optique utilisable dans un système de radar à la-

ser. Actuellement, il est nécessaire de pouvoir assurer le pointage et le balayage de faisceaux laser

de toutes longueurs d'onde depuis l'infra-rouge jus-

qu'à l'ultraviolet et cela pour des angles importants.

Ces besoins se font sentir pour des applications stric-

tement militaires telles que des armes à laser, qui né-

cessitent un pointage rapide de lasers à haute énergie,

et de radars à laser qui sont utilisés pour la recher-

che, la reconnaissance, la poursuite et la surveillance de cibles Ces besoins se font aussi sentir pour des

applications purement industrielles tels que des spec-

tacles avec éclairage par lumière laser et l'impression par laser, qui nécessitent une orientation de faisceau

rapide, programmable De plus, il existe aussi de nom-

breux domaines communs à la fois commerciaux et mili-

taires tels que le traitement optique de données et le traitement d'images, qui nécessitent un balayage rapide

de modulateurs spéciaux de lumière et le stockage opti-

que de données nécessitant un "adressage" optique rapi-

de Dans la plupart de ces cas, l'obstacle pour obtenir

de bonnes performances du système optique relève du do-

maine de l'orientation du faisceau.

Les techniques contemporaines appropriées

ne sont généralement pas suffisamment au point pour ré-

pondre aux besoins d'un pointage et d'un balayage rapi-

des de faisceaux optiques et cela dans un grand angle,

en particulier, dans le cas de faisceaux de radar à la-

ser à dioxyde de carbone (C 02) à diffraction limitée, et de grand diamètre Dans beaucoup de systèmes, l'orientation ou la déflexion d'un faisceau optique est couramment effectuée en utilisant des composants

optiques tournant De tels systèmes comprennent ty-

piquement des miroirs de galvanomètre et des téles-

copes afocaux, dont la performance est limitée à des diamètres de faisceau de l'ordre de 150 mm de six inches, à un champ embrassé approximativement de cinq degrés dans chaque direction, et à une durée d'exploration d'une seconde environ avec quelques milliers de cellules de résolution, et à un temps d'accès aléatoire, en boucle ouverte, de l'ordre de dix millisecondes Une aptitude à opérer sur des

faisceaux plus grands est nécessaire pour des systè-

mes de puissance plus élevée, en particulier pour de nombreuses applications militaires portant sur des systèmes de radar à laser Des champs embrassés plus grands et des ouvertures plus importantes, de l'ordre de un demi à un mètre de diamètre, sont d'un grand intérêt, et des durées de balayage plus brèves sont souhaitées pour beaucoup d'applications En bref, il

existe un besoin avéré d'une version optique d'anten-

nes à réseau de phase, polyvalentes, couramment utili-

sées actuellement dans les systèmes de radar hyperfré-

quence.

Un déflecteur ordinateur statique pour dé-

fléchir un faisceau infra-rouge polarisé est proposé dans le brevet U S 4 639 091 délivré le 27 janvier, 1987, aux noms de J P Huignard et al Ce déflecteur comprend une plaque carrée multistrate ayant comme

couche antérieure une fenêtre sur laquelle sont dis-

posées des électrodes en bande La fenêtre et les électrodes en bandes sont toutes deux transparentes

à un faisceau infrarouge incident Une couche inter-

médiaire du déflecteur est constituée d'une couche

de cristal liquide électro-optique La couche posté-

rieure comprend un substrat ayant une électrode com-

mune adjacente à la couche de cristal liquide, L'élec-

trode commune est, de préférence, réfléchissante pour la longueur d'onde du faisceau; à titre d'exemple,

c'est un film d'or Une autre solution, pour un dé-

flecteur opérant par transmission, consiste à utilser une plaque arrière transparente,

Huignard et al, et d'autres, dans la tech-

nique des antennes à réseau de phase hyperfréquence, ont proposé une onde en forme d'escalier, périodique,

comprenant N marches ou paliers de tensions électri-

ques qui sont appliquées aux électrodes en b Andes, créant de ce fait des variations locales d'indice de

réfraction dans la couche de cristal liquide de maniè-

re a former un réseau de diffraction du faisceau, à

pas ajustable.

L'application spécifique que vise l'inven-

tion est celle des systèmes de radar à laser, Un tel système nécessaire des dispositifs d'orientation ou

de déflexion de faisceau optique qui assurent un poin-

tage d'accès aléatoire, non mécanique et rapide de faisceaux optiques importants, de l'ordre d'un mètre

de diamètre La nécessité d'un pointage d'accès aléa-

toire exige une déflexion du faisceau suivant deux di-

rections Huignard et al émettent l'idée d'une dé-

flexion bi-directionnelle X-Y d'un faisceau en propo-

sant que deux déflecteurs statiques soient assemblés en ayant leurs électrodes de commande en quadrature,

Huignard et al proposent aussi d'utiliser une matri-

ce de points adressables individuellement plutôt que

des électrodes en bandes.

Cependant, étant donné l'importance des

surfaces d'ouverture pour les engins équipés de ra-

dars (avions, missiles, satellites, chars, etc),

les émetteurs-récepteurs radar à laser existants ty-

piquement "multiplexent" une ouverture de sortie uni-

que entre l'émetteur et le récepteur en utilisant des polarisations circulaires orthogonages sur des canaux

séparés Une difficulté survient alors, lorsqu'on em-

ploie un ou plusieurs réseaux à cristal liquide pour pointer le faisceau, car le fonctionnement des réseaux

de phase à cristal liquide actuellement connus, néces-

site une polarisation linéaire.

L'invention a pour objet un dispositif à réseau de phase, pour l'orientation de faiseau, selon deux directions, utilisable dans un émetteur-récepteur optique. L'invention a aussi pour but de fournir un

dispositif du type en question utilisable dans un émet-

teur-récepteur optique à ouverture unique.

L'invention a encore pour but de fournir un dispositif du type en question qui convient aux besoins de polarisation linéaire des éléments de déphasage à cristal liquide, alignés parallèlement, aussi bien

qu'aux besoins de polarisation des canaux de l'émet-

teur-récepteur d'un système de radar à laser à ouvertu-

re unique.

Le dispositif à réseau de phase pour l'orien-

tation de faisceau optique selon deux directions com-

prend un premier moyen de déflexion sensible aux fais-

ceaux d'un rayonnement optique avec une première et une

seconde polarisations linéaires orthogonales entre el-

les, pour défléchir les faisceaux dans une première et seconde directions orthogonales entre elles, et un

moyen pour modifier la direction de la polarisation li-

néaire d'un faisceau de rayonnement optique de quatre vinjtdix degrés Ce dispositif comprend, en outre, un second moyen de déflexion identique au premier moyen de

déflexion, et des moyens pour transformer la polarisa-

tion d'un faisceau de rayonnement optique, entre des

polarisations linéaire et circulaire Tous ces élé-

ments sont disposés dans l'ordre indiqué suivant un

axe optique commun.

Selon un mode de réalisation préféré de

l'invention, les premier et second moyens de dés-

flexion comprennent chacun un premier déflecteur de faisceau optique, sensible à un premier faisceau de rayonnement optique avec une première polarisation linéaire, pour défléchir le premier faisceau dans une première surface plane, et un second déflecteur de faisceau optique, sensible à un second faisceau de rayonnement optique avec une seconde polarisation

linéaire orthogonale à la première polarisation li-

néaire, pour défléchir le second faisceau dans une

seconde surface plane, orthogonale à la première sur-

face plane.

En outre, selon un mode de réalisation

préféré de l'invention, le moyen de modifier la pola-

risation comprend un "trotateur" de polarisation, ty-

piquement une lame demi-onde; le moyen transformant la polarisation comprend une lame quart-d'onde; et

chacun des déflecteurs de faisceau comprend un élé-

ment de cellule à cristal liquide avec une première

fenêtre ayant une électrode commune, une seconde fe-

nêtre ayant une collection d'électrodes en forme de bandes parallèles isolées électriquement, et une

couche de molécules de cristal liquide entre la pre-

mière et la seconde fenêtre, et des moyens pour cou-

pler des signaux de commande distincts aux électro-

des en bandes et à l'électrode commune, créant ainsi sélectivement des variations locales, de l'indice de réfraction dans la couche de cristal liquide, Avec une telle structure, on obtient un dispositif d'orientation de faisceau optique à deux directions qui satisfait à la polarisation linéaire d'éléments de déphasage à cristal liquidel alignés parallèlement, aussi bien qu'à la polarisation cire culaire des canaux émetteur-récepteur d'un système de radar à laser à ouverture unique, D'autres caractéristiques et avantages

de l'invention ressortiront de la description dét Ail-

lée qui suit du mode de réalisation préféré, des re-

vendications annexées et des dessins, dans lesquels; la Fig 1 est une vue schématique en coupe transversale d'un déflecteur de faisceau à cristal liquide assurant l'orientation du faisceau selon une direction;

la Fig 2 représente un dispositif d'orienta-

tion de faisceau dans un plan utilisant le déflec-

teur de faisceau à cristal liquide de la Fig 1;

la Fig 3 représente un dispositif d'orienta-

tion de faisceau selon deux directions qui satisfait

les besoins en polarisation du canal d'un émetteur-

récepteur, selon l'invention; et la Fig 4 est un diagramme général d'un systè- me de radar à laser avec le dispositif d'orientation

de faisceau de la Fig 3. L'invention exposée dans les modes de réa-

lisation représentés se rapporte à un sous-système op-

tique pour utilisation dans un système de radar à la-

ser à ouverture unique Le sous-système optique pro-

duit la déflexion des faisceaux émis et reçus dans

deux plans, tout en maintenant les identités distinc-

tives de chaque canal quant à leurs polarisations.

L'invention utilise quatre dispositifs déflecteurs de faisceau à une direction ou dimension, deux pour

chaque polarisation linéaire orthogonale des deux ca-

naux émetteur-récepteur, un pour chaque axe d'orien-

tation De plus, un "rotateur" de polarisation à 90

et une lame quart-d'onde sont compris dans l'arrange-

gement des dispositifs déflecteurs de faisceau pour

satisfaire aux exigences de polarisation de ces dis-

positifs et des canaux de l'émetteur-récepteur.

A titre d'exemple, l'invention utilise des dispositifs à cristal liquide comme éléments de déphasage, qui peuvent être du type proposé dans le brevet de Huignard et al mentionné auparavant, mais qui sont plus spécialement similaires aux éléments de déphasage exposes dans le brevet U S N 4 964 701,

"Deflector for an Optical Beam", délivré le 23 octo-

bre 1990 à Terry A Dorschner et al, et cédé au de-

mandeur de la présente invention, auquel on se réfé-

rera. En se référant à la Fig 1, on voit, sur

une vue en coupe transversale schématique, un disposi-

tif d'orientation de faisceau à cristal liquide 10 du

type utilisé dans l'invention, et qui est une repre-

sentation simplifiée du dispositif d'orientation de faisceau du brevet Dorschner et al Le dispositif 10

comprend une cellule à cristal liquide ayant deux fe-

nêtres 12 et 14 qui sont optiquement transparentes dans le domaine de fréquences utilisé Une électrode

16 commune, apposée sur la fenêtre 12, est électri-

quement conductrice et optiquement transparente Des

électrodes 181, 182, 183,, désignées collective-

ment comme électrodes 18, apposées sur la fenêtre 14,

sont constituées d'une collection de bandes électri-

quement conductrices et optiquement transparentes.

L'intervalle entre les fenêtres 12 et 14 est empli d'une couche de molécules de cristal liquide 20, par

exemple des molécules organiques du type en b Rton-

nets, minces et allongées, en phase dite "nématique".

Le brevet Dorschner et al, enseigne l'uti-

lisation de couches d'alignement sur les surfaces in-

térieures des fenêtres 12 et 14 pour aligner correcte-

ment les molécules de cristal liquide aux limites de la couche 20 L'alignement approprié des molécules

de cristal liquide, tel que la cellule de cristal li-

quide 10 puisse fonctionner correctement en tant que

retardateur de phase variable, est parallèle à la po-

larisation de la lumière incidente Il a été relevé

qu'un alignement préférentiel des molécules de cris-

tal liquide est orthogonal aux bords longitudinaux

des électrodes en bandes 18 On admettra que cet ali-

gnement préférable se produira, avec pour résultat

qu'un faisceau ayant une polarisation linéaire ortho-

gonale aux bords longitudinaux des électrodes en ban-

des 18, sera dêflêchi ou dévié en réponse aux ten-

sions de commandes appliquées sur celles-ci, alors

qu'un faisceau ayant une polarisation linéaire paral-

lèle aux bords longitudinaux des électrodes en bandes 18 traversera la cellule de cristal liquide 10 sans

être déflêchi.

Le déphaseur de faisceau optique 10 de la Fig 1 est sensible à une source de lumière et à un

faisceau formateur de réseau (non représenté) qui dé-

livre un faisceau de lumière polarisée 22, dans un

domaine allant du visible à l'infrarouge lointain.

Dans cet exemple, le faisceau 22 est dans la bande infrarouge ayant une longueur d'onde caractéristique

située dans la plage de 9 à 11,5 Fm, plus spéciale-

ment égale à 10,6 pm Le faisceau de lumière 22, re-

présenté en partie par les rayons 22 a 22 c, est di-

rigé vers la fenêtre 14 du dispositif optique 10 Le faisceau de lumière 22 peut arriver perpendiculaire- ment au plan formé par les électrodes en bande 18, ou bien il peut arriver obliquement, tel que, de préférence, sa projection sur le plan formé par les électrodes en bande 18 soit parallèle à la direction longitudinale des électrodes 18 En d'autres termes, les bords longitudinaux des électrodes en bande 18 sont

parallèles au plan d'incidence des rayons 22 a 22 c.

Il est propre aux molécules de cristal li-

quide dont l'orientation est bien définie par les cou-

ches d'alignement comme indiqué auparavant, que l'ap-

plication d'un champ électrique perpendiculaire à la couche d'alignement affecte la vitesse de la lumière,

dont la polarisation est parallèle aux couches d'ali-

gnement et qui s'y propage, et, par conséquent, affec-

te le "retard" Ainsi, dans l'exemple simplifié de la Fig 1, l'application de potentiels différents entre l'électrode commune 16 et les électrodes en bande 18 distinctes à partir d'un générateur de tension de

commande 26 se traduit par des champs électriques dif-

férentiels dans les interstices entre les électrodes en bandes 18 distinctes et l'électrode commune 16, créant de ce fait des variations locales d'indice de réfraction dans la couche de cristal liquide 20 Pour

faciliter la compréhension, un nombre limité d'élec-

trodes en bande 18 sont représentées sur la Fig 1,

alors que, dans un dispositif d'orientation de fais-

ceau réel selon l'invention, il peut y avoir plusieurs

milliers de telles électrodes.

Dans le présent exemple simplifié, les po-

tentiels appliqués aux électrodes 18 sur lesquelles

les rayons 22 a, 22 b, 22 c arrivent, représentés sché-

matiquement en forme d'onde en escalier 26 a, sont tels qu'ils produisent le plus grand retard de phase sur le rayon émergent 24 c, et le plus petit retard de phase sur le rayon émergent 24 a Ainsi, le front d'onde 17 du faisceau 24 qui émerge du déflecteur de faisceau optique 10 est défléchi par rapport au plan d'incidence Si un potentiel indentique est appliqué à toutes les électrodes 18, l'indice de réfraction de la couche de cristal liquide 20 est uniforme, et le faisceau 24 n'est pas déflêchi, On voit donc que le déflecteur de faisceau optique 10 de la Fig 1 donne une orientation de faisceau sélective selon les potentiels électriques appliqués aux électrodes

en bandes 18.

L'application des signaux de tension de commande aux électrodes en bande 18 distinctes pour le but d'orienter un faisceau, est analogue aux

techniques utilisées pour l'orientation d'un fais-

ceau radar hyperfréquence classique comme cité, par exemple, dans R 1 adar Handbook M I Skolnik, ed Mc

Graw-hill, New-York, 1970 au chapitre 11 Comme re-

présenté par la forme d'onde 26 a, une série de si-

gnaux de tensions de commande, qui sont spatialement périodiques et qui progressent de façon continue par pas de tension à l'intérieur de chaque période, entre une valeur minimale et une valeur maximale, peuvent être appliqués à la collection d'électrodes en bande 18 I 1 est clair que l'invention n'est pas limitée à

seulement des séries de signaux de tension de comman-

de qui sont périodiques.

Au lieu que le dispositif d'orientation de faisceau 10 illustré par la Fig 1 fonctionne en mode de transmission pour le faisceau de lumière 22 arrivant sur la fenêtre 14 avec les électrodes en

bande 18, ou peut le faire fonctionner autrement com-

me indiqué par les références citées Comme premier exemple de telles variantes, le faisceau de lumière

22 peut arriver sur la fenêtre 12 qui porte l'élec-

trode commune 16, et émerger déflêchi de la fenêtre 14 Comme deuxième exemple, l'électrode commune 16

peut être réfléchissante pour la longueur d'onde op-

tique en question, et le faisceau de lumière 22 l'ir-

radie et émerge déflêchi par la fenêtre 14 Comme troisième exemple, les électrodes en bande 18 peuvent être optiquement réfléchissantes, et le faisceau de

lumière 22 qui y arrive émerge défléchi de la fenê-

tre 12 (Dans ce dernier exemple, les interstices étroits entre les bandes 18 peuvent être minimisés afin de réduire l'existence de tout réseau parasite

qui autrement serait présent) Dans un autre exem-

ple, l'électrode commune 16 et/ou les électrodes en bande 18 peuvent être formées à l'extérieur de leurs fenêtres respectives 12, 14, à l'opposé de la couche de cristal liquide 20 Enfin, à la fois l'électrode commune 16 et les électrodes en bande 18 peuvent

être optiquement transparentes, et une couche opti-

quement réfléchissante supplémentaire (non représen-

tée) peut être ajoutée au dispositif 10 contre soit la fenêtre 12, soit la fenêtre 14, le dispositif 10 fonctionnant en mode de réflexion Il est entendu que ces variantes, aussi bien que d'autres connues

et manifestes, sont incluses dans le champ de l'in-

vention. Bien que les cellules à cristal liquide présentées ici utilisent des molécules de cristal liquide alignées de façon homogène qui s'alignent

parallèlement à un champ électrique appliqué (sem-

blables au cristal liquide BHD E 7 utilisé dans l'exemple présent), il existe d'autres types de cristaux liquides homéotropes d'anisotropie opposée,

qui s'alignent perpendiculairement à un champ appli-

qué Il est clair, pour l'homme du métier, que l'on peut substituer ces autres types de cristaux liquides

et faire les modifications appropriées sur les pola-

risations du faisceau et sur les couches d'alignement du cristal liquide afin de réaliser un dispositif

d'orientation de faisceau conforme à l'invention.

En se référant à la Fig 2, on a représen-

té un dispositif d'orientation de faisceau optique à

deux directions ou dimensions comprenant des disposi-

* tifs d'orientation de faisceau 1 i Qa et 10 b, qui peuvent

être du type de celui représenté sur la Fig 1, à sa-

voir le dispositif d'orientation de faisceau 10 Un "rotateur" de polarisation à 90 , 40 est situé sur le chemin optique entre les dispositifs d'orientation de faisceau l Oa et lob Dans cet exemple, le "rotateur" de polarisation 40 est décrit comme une lame demionde;

autr-ment, il peut comprendre une cellule à cristal li-

quide nématique vrillé.

Le dispositif 10 a est placé de telle maniè-

re qu'un faisceau de lumière incidente polarisée liné-

airement 32 est dirigé soit normalement à la surface

du dispositif l Oa qui comprend des électrodes en ban-

des verticales 18 a, soit obliquement par rapport à

cette surface du dispositif 1 Oa, de préférence de fa-

çon à ce que sa projection sur le plan formé par les électrodes en bande 18 a soit parallèle à la direction des bandes 18 a Si la polarisation du faisceau 32 est parallèle aux couches d'alignement, le dispositif 1 Oa dirige son faisceau de sortie suivant une direction linéaire qui est parallèle aux couches d'alignement, c'est-a-dire, perpendiculaire aux bandes verticales 18 a. Les faisceaux émergeant du dispositif

d'orientation de faisceau 1 Oa sont soit non-déflé-

chis (faisceau 34), soit défléchis à gauche (fais-

ceau 34 a) ou à droite (faisceau 34 b), suivant les tensions de commande appliquées aux électrodes en

3 Q bande verticales, 18 a distinctes à partir du généra-

teur de tension de commande 38 Si l'on considère

seulement le faisceau non-défléchi 34, celui-ci tra-

verse la lame demi-onde 40 qui a son axe "rapide" orienté de telle façon que la polarisation tourne d'un quart de tour Dans cet exemple particulier, il y a changement de la polarisation qui d'horizontale

devient verticale.

Le faisceau 34 arrive alors sur le dispo-

sitif d'orientation de faisceau lob, soit normalement

à la surface du dispositif 10 b comprenant les élec-

trodes en bande horizontales 18 b, soit obliquement sur cette surface du dispositif 10 b, de préférence de manière à ce que sa projection sur le plan formé par les électrodes en bande 18 b soit parallèle aux bandes 18 b Si la polarisation du faisceau 34 est parallèle aux couches d'alignement, le dispositif b défléchit son faisceau de sortie suivant une direction linéaire qui est parallèle aux couches d'alignement, c'est- à-dire, perpendiculaire aux

bandes horizontales 18 b.

Les faisceaux émergents du dispositif

b sont, soit non-défléchis (faisceau 36), soit dé-

fléchis vers le haut (faisceau 36 a) ou vers le bas (faisceau 36 b), en fonction des tensions de commande appliquées aux électrodes en bande horizontales 18 b

distinctes e partir du générateur de commnande 38.

Selon l'invention, la Fig 3 représente un arrangement de dispositif optiques qui donne une orientation de faisceau à deux dimensions ou plane pour utilisation dans un système émetteur-récepteur

optique à laser à ouverture unique.

Le dispositif d'orientation de faisceau représenté à la Fig 3 comprend quatre dispositifs d'orientation de faisceau à cristal liquide à une dimension 1 Oc, 10 d, 10 e, et 10 f, qui peuvent être du type du dispositif 10 représenté sur la Fig 1,

un "rotateur" de polarisation à 9 Q 0, qui peut typi-

quement comprendre la lame demi-onde 40, et une la-

me quart-d'onde 42 Ces six éléments optiques sont disposés comme représenté sur un axe optique commun,

Cet exemple illustre tous les éléments optiques 10 c-

f, 40, et 42 comme étant des éléments opérant par transmission; dans ce cas, l'axe optique commun à tous ces éléments est une ligne droite Autrement,

l'un quelconque ou plusieurs de ces éléments opti-

ques 10 c 10 f, 40, et 42 peuvent opérer par ré-

flexion; dans ce cas, l'axe optique commun à tous ces éléments est une série de segments rectilignes, Deux quelconques ou plus des six éléments

optiques en question peuvent être remis en un compo-

sant unique stratifié, Dans le cas o 1 tous les élé-

ments opérent par transmissions, les six éléments

optiques, peuvent être empilés regroupés tous ensem-

ble en une seule entité, Afin de faciliter la compréhension du fonctionnement d'un dispositif d'orientation de faisceau 50, l'illustration de la Fig 3 comprend les représentations des polarisations du faisceau

pour à la fois les canaux de transmission et de ré-

ception avant et après la traversée du faisceau de

chacun des éléments optiques du dispositif d'orien-

tation de faisceau 50 Dans la représentation sim-

plifiée de la Fig 3, on notera que seul le fais-

ceau cylindrique est représenté de façon continue à travers tout le système optique Au niveau de ceux des éléments ou la déflexion du faisceau peut

avoir lieu, on a dessiné de petits faisceaux déflé-

chis.

En considérant d'abord le canal de trans-

mission, un faisceau laser collimaté, polarisé hori-

zontalement, 44, arrive sur le dispositif d'orienta-

tion de faisceau 10 c d'axe X de transmission, et peut être défléchi horizontalement, en fonction des

tensions de commande appliquée à la collection d'é-

lectrodes en bande 18 c ci-dessus Le faisceau trans-

mis 44 non-défléchi traverse le dispositif d'orienta-

tion de faisceau l Od d'axe Y de réception, puisque

les électrodes en bandes 18 d sont orientées parallè-

lement à la polarisation du faisceau 44 en ce point

(avec un alignement du cristal liquide qui est ortho-

gonal à la polarisation d'entrée).

Le faisceau de transmission 44 traverse

ensuite la lame demi-onde 40 qui fait tourner sa po-

larisation de 90 , Le faisceau 44 arrive alors sur le dispositif d'orientation de faisceau 10 e d'axe Y de transmission, et peut être défléchi verticalement

suivant les tensions de commande appliquées à la col-

lection d'électrodes en bande 18 e Le faisceau de transmission 44 nondéefléchi traverse le dispositif d'orientation de faisceau 10 f d'axe X de réception, puisque les électrodes en bande 18 f sont orientées parallèlement à la polarisation du faisceau 44 en ce point. Finalement, le faisceau de transmission 44 traverse la lame quart d'onde 42 qui transforme sa polarisation linéaire en polarisation circulaire

avant d'irradier la cible.

Si l'on considère maintenant le canal de

réception, un faisceau de réception polarisé circu-

lairement 46 ( de symétrie opposée par rapport au faisceau incident irradiant polarisé circulairement

44) a été réfléchi par une cible et tranverse la la- me quart-d'onde 42, qui transforme sa polarisation en polarisation

linéaire Le faisceau 46 arrive alors sur le dispositif d'orientation de faisceau 10 f d'axe X de réception, et peut être défléchi horizontalement,

suivant les tensions de commande appliquées à la col-

lection d'électrodes en bande 18 ci-dessus, Le fais-

ceau de réception 46 non-défléchi traverse le dispo-

sitif d'orientation de faisceau 10 e d'axe Y de trans-

mission, puisque les électrodes en bande 18 e sont

orientées parallèlement à la polarisation du fais-

ceau 46 en ce point.

Le faisceau de réception 46 traverse alors la lame quart-d'onde 40 qui fait tourner sa polarisation de 90 Le faisceau 46 arrive ensuite sur le dispositif d'orientation de faisceau l Od

d'axe Y de réception, et peut être défléchi verti-

calement, suivant les tensions de commande appli-

quées à la collection d'électrodes en bande 18 d,

Le faisceau de réception 46 non-défléchi traverse-

le dispositif d'orientation de faisceau 10 c d'axe Y de transmission, puisque les électrodes en bandes 18 c sont orientées parallèlement à la polarisation du faisceau 46 en ce point,

On comprendra, cependant, qu'il e St aus-

si possible de travailler avec le dispositif d'orien-

tation de faisceau à cristal liquide 10 (Voir Fig 1)

dans lequel l'alignement des molécules de cristal li-

quide aux limites de la couche 20 est parallèle aux bords longitudinaux des électrodes en bande 18 Dans ce cas, un faisceau ayant une polarisation linéaire

en alignement avec les bords longitudinaux des élec-

trodes en bande 18, sera défléchi en réponse aux ten-

sions de commande qui leur sont appliquées, tandis

qu'un faisceau ayant une polarisation linéaire ortho-

gonale par rapport aux bords longitudinaux des élec-

trodes en bande 18 traversera la cellule de cristal

liquide 10 sans être défléchi En se référant mainte-

nant à la Fig 3, on peut voir que, pour ce mode de

réalisation, la lame demi-onde 40 n'est pas nécessai-

re Le déflecteur 10 c de transmission X et le déflec-

teur l Od de réception Y peuvent, par exemple, avoir

des couches d'alignement du cristal liquide, orthogo-

nales par rapport à leurs électrodes en bande 18 c, 18 d, tandis que le déflecteur 10 e de transmission Y et le déflecteur 10 f de réception X ont des couches d'alignement du cristal liquide parallèles à leurs

électrodes en bande respectives 18 e, 18 f La polari-

sation du faisceau du canal de transmission 44 de la Fig 3 sera alors par exemple, horizontale en tout point, et la polarisation du faisceau du canal de

réception 46 sera verticale en tout point Le systè-

me fonctionne, par ailleurs, comme décrit auparavant.

Ainsi, on voit que le dispositif d'orien-

tation de faisceau satisfait aux impératifs d'n dis-

positif d'orientation de faisceau à deux dimensions pour utilisation dans les canaux d'émetteur-récepteur d'un système optique à ouverture unique Le faisceau

de transmission 44 est défléchi en X-Y et sa polari-

sation linéaire transformée en polarisation circulai-

re Le dispositif d'orientation de faisceau est aussi

sensible au faisceau de réception polarisé circulaire-

ment (de symétrie opposée au faiscau transmis incident 44), fournissant une orientation X-Y et donnant en sortie un faisceau polarisé 46 qui est orthogonal par

rapport au faisceau d'entrée transmis 44.

On notera que pour une incidence de fais-

ceau non perpendiculaire, telle que l'incidence du

faisceau d'émission 44 sur le dispositif d'orienta-

tion de faisceau 10 e après déflexion par le disposi-

tif d'orientation de faisceau l Qc, ou bien l'inciden-

ce du faisceau de réception 46 sur le dispositif d'orientation de faisceau l Od après déflexion par le dispositif d'orientation de faisceau 10 f, les lieux géométriques des faisceaux défléchis à partir des derniers dispositifs 10 e et 10 d, sont, dans chaque cas, des surfaces peu incurvées, dans lesquelles le

degré de courbure de l'arc est une fonction de l'im-

portance de la déviation par rapport à la normale du

faisceau indicent Ainsi, pour une incidence de fais-

ceau non-normale, le "plan" de déflexion n'est pas

exactement une surface plane, mais une surface quel-

que peu courbe Toute distorsion de balayage intro-

duit par cette non-linéarité peut être compensée par

le générateur de tensions de commande.

En se référant maintenant à la Fig 4, on y voit un schéma montrant les constituants et les interconnexions d'une partie d'un système de radar à laser utilisant le dispositif d'orientation 50 de l'invention Le système de radar illustré comprend un laser 60 pour produire un faisceau d'énergie électromagnétique qui est ensuite transmis par un

interféromètre 62 Le laser 60 est un type quelcon-

que de laser connu qui correspond aux exigences re-

quises de l'application et dans le cas présent, qui émet une longueur d'onde choisie dans le domaine de l'infra-rouge; le type préféré est un laser à C 02 produisant un faisceau à diffraction limitée avec

une fréquence nominale de fonctionnement correspon-

dant à la transition 10,6 Pmètres Une partie du faisceau généré est réfléchie par l'interferomètre

62 et est utilisée comme faisceau oscillateur local.

La partie du faisceau émis qui est ren-

voyé par une cible présente dans le champ embrassé, est retournée à l'interféromètre 62 et est ensuite dirigée sur un détecteur homodyne 64, Le détecteur 64 est utilisé pour mélanger ou rendre homodynes les signaux de retour avec le signal oscillateur

local qui est dérivé à partir d'une partie du fais-

ceau instantané émis Pour l'exemple o le laser 60 est un laser à CO 2, le détecteur 64 peut être un

détecteur photovoltaïque à base de tellurure de cad-

mium et de mercure (Hg Cd Te) La sortie du détec-

teur 64 est un signal rendu homodyne qui est traité par un récepteur (non représenté) pour filtrer et amplifier le signal de battement de fréquences et détecter de cette façon la distance de la cible et sa vitesse par l'intermédiaire du décalage de

fréquence par effet Doppler.

Le faisceau du laser 60 traverse un di-

viseur de faisceau 70, o une petite partie est

réfléchie pour être utilisée comme faisceau oscil-

lateur local La partie transmise du faisceau est dirigée dans un polariseur à l'angle de Brewster 72 puis vers le dispositif d'orientation de faisceau

pour donner une déviation X-Y au faisceau émet-

teur 44 et pour changer la polarisation du faisceau,

par exemple parallèle, ou p-polarisée, en, par exem-

ple, une polarisation circulaire gauche Le faisceau

polarisé circulaire gauche, dévié en X-Y, 44 est zainte-

nant dirigé sur les cibles du champ embrassé Lors de la réflexion sur les cibles, la polarisation du faisceau réfléchi 46 a été notablement modifiée en, par exemple, une polarisation circulaire droite Le faisceau réfléchi 46 est alors dévié en X-Y dans l'interféromètre 62 par le dispositif d'orientation de faisceau 50, lequel modifie aussi la polarisation

du faisceau représenté, de circulaire droite à liné-

aire, par sa traversée de la lame quart-d'onde 42.

La polarisation linéaire du faisceau 46 qui émerge

du dispositif d'orientation de faisceau 50 est main-

tenant perpendiculaire au plan d'incidence du fais-

ceau sur le polariseur à l'angle de Brewster 72, et le faisceau est devenu un faisceau s-polarisé Le faisceau s-polarisé reçu est maintenant réfléchi par une surface 74 du polariseur à l'angle de Brewster 72 vers un mélangeur de faisceaux 76, d'o il est

réfléchi par une surface 78 vers un détecteur 64.

La partie du faisceau réfléchie par une surface 80 du diviseur de faisceau 70, c'est-à-dire, le faisceau oscillateur local, est dirigée par une surface spéculaire 82 à travers une lame demi-onde 84, qui est utilisée pour faire tourner le plan de polarisation du faisceau de référence p-polarisé et l'affairer à la s-polarisation du faisceau de retour réfléchi par la cible Le faisceau oscillateur local à polarisation corrigée est maintenant combiné au faisceau de retour par le mélangeur de faisceau 76

et le faisceau optiquement combiné peut être focali-

sé par un objectif (non représenté) sur la surface

photosensible 86 du détecteur 64.

On comprendra que, puisque les faisceaux

des canaux émetteur et récepteur sont polarisés ortho-

gonalement, les éléments d'orientation d'un canal doi- vent être neutres l'un par rapport à l'autre Ceci

permet une orientation indépendante des deux canaux de sorte que, par exemple, un angle de retard puisse20 être compensé.

L'invention a été exposée à propos de la

structure des figures, mais il est clair que des va-

riations diverses peuvent y être apportées, sans pour autant sortir du cadre de l'invention dont la portée

est définie par les revendications.

Claims (17)

REVENDICATIONS

1 Dispositif à réseau de phase pour l'orien-

tation d'un faisceau optique suivant deux directions, caractérisé en ce qu'il comprend: un premier moyen déflecteur ( 10), sensible à des faisceaux de rayonnement optique cohérent avec des

première et seconde polarisations linéaires, orthogona-

les entre elles, pour défléchir ces faisceaux dans une première et seconde directions orthogonales entre elles;

un moyen ( 40) pour modifier la polarisation li-

néaire d'un faisceau cohérent d'un rayonnement optique de quatre-vingt dix degrés; un second moyen déflecteur ( 10) identique au premier moyen déflecteur; et un moyen ( 42) pour transformer la polarisation d'un faisceau cohérent d'un rayonnement optique, d'une polarisation linéaire à une polarisation circulaire; tous les moyens étant disposés dans cet ordre sur un axe optique commun, 2, Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ces premier et second moyens déflecteurs ( 10) comprennent chacun: un premier déflecteur de faisceau optique, (i Qa) sensible à un premier faisceau cohérent de rayonnement optique avec une première polarisation linéaire, pour défléchir ce premier faisceau dans une première surface plane; et un second déflecteur de faisceau optique (lob) sensible à un second faisceau cohérent d'un rayonnement optique avec une seconde polarisation

linéaire orthogonale à la première polarisation li-

néaire, pour défléchir ce second faisceau dans une seconde surface plane orthogonale à cette première

surface plane.

3 Dispositif selon la revendication 1 r dans lequel ce moyen de modification ( 40) comprend un "rotateur" de polarisation de 90 Q, 4 Dispositif selon la revendication 3, dans lequel ce "rotateur" de polarisation comprend

une lame demi-onde.

Dispositif selon la reyendication 1, dans lequel ce moyen de transformation ( 42) comprend

une lame quart-d'onde.

6 Dispositif selon la revendication 2, dans lequel chacun des déflecteurs ( 10) de faisceau optique comprend: un élément de cellule à cristal liquide avec

une première fenêtre ( 12) ayant une électrode conmmu-

ne ( 16), une seconde fenêtre ( 14) ayant une collec-

tion d'électrodes ( 18) en forme de bandes parallèles

( 181, 182,), isolées électriquement, et une cou-

che ( 20) de molécule de cristal liquide intermédiaire entre ces première ( 12) et seconde ( 14) fenêtres; et un moyen ( 26) pour coupler individuellement

une série de signaux de commande entre cette collec-

tion d'électrodes ( 18) en bande et cette électrode commune ( 16), pour créer sélectivement des variations locales, de l'indice de réfraction dans cette couche

de cristal liquide ( 20).

7 Dispositif selon la revendication 6,

dans lequel cette électrode commune ( 16) est transpa-

rente à la lumière ayant la longueur d'onde de ces

faisceaux optiques.

8 Dispositif selon la revendication 6, dans lequel cette collection d'électrodes en bande

( 18) sont transparentes à la lumière ayant la lon-

gueur d'onde de ces faisceaux optiques, 9 Dispositif à réseau de phase pour

l'orientation d'un faisceau optique suivant deux di-

rections, caractérisé en ce qu'il comprend

un premier déflecteur (l Oc) de faisceau opti-

que, sensible à un premier faisceau cohérent d'un rayonnement optique avec une première polarisation linéaire, pour défléchir ce premier faisceau dans une première surface plane;

un second déflecteur (lad) de faisceau opti-

que, sensible à un second faisceau cohérent de rayonnement optique ayant une seconde polarisation linéaire orthogonale à cette première polarisation linéaire, pour défléchir ce second faisceau dans

une seconde surface plane orthogonale à cette surfa-

ce plane; un moyen ( 40) pour modifier la polarisation

linéaire d'un faisceau cohérent de rayonnement op-

tique de quatre-vingt dix degrés; un troisième déflecteur ( 10 e) de faisceau optique, sensible à un troisième faisceau cohérent

de rayonnement optique ayant cette seconde polari-

sation linéaire, pour défléchir ce troisième fais-

ceau dans cette seconde surface plane; un quatrième déflecteur ( 10 f), sensible à

un quatrième faisceau cohérent de rayonnement opti-

que avec cette première polarisation linéaire, pour défléchir ce quatrième faisceau dans cette première

surface plane; -

un moyen ( 42) pour transformer la polarisa-

tion du faisceau cohérent de rayonnement optique entre des polarisations linéaire et circulaire; tous ces constituants étant disposés dans cet ordre

suivant un axe optique commun.

Dispositif selon la revendication 9, dans lequel ce moyen de modification ( 40) comprend un "rotateur" de polarisation de 9 Co 11 Dispositif selon la revendication 10, dans lequel ce "rotateur" de polarisation comprend une lame demi-onde, 12 Dispositif selon la revendication 9, dans lequel ce moyen de transformation ( 42) comprend

une lame quart d'onde.

13 Dispositif selon la revendication 9, dans lequel chacun des moyens déflecteurs ( 10 c,,,) comprend: un élément de cellule à cristal liquide avec une première fenêtre ( 12) ayant une électrode commune ( 16), une seconde fenêtre ( 14) ayant une collection d'électrodes ( 18) en forme de bandes ( 181, 182, Q) parallèles, isolées électriquement, et une couche

( 20) de molécules de cristal liquide, entre ces pre-

pière ( 12) et une seconde ( 14) fenêtres; et un moyen ( 26) pour coupler individuellement une série de signaux de commande entre cette collection

d'électrodes en bande ( 18) et cette électrode commu-

ne ( 16), pour créer sélectivement des variations lo-

cales, de l'indice de réfraction dans cette couche

de cristal liquide ( 20).

14 Dispositif selon la revendication 13,

dans lequel cette électrode commune ( 16) est trans-

parente à la lumière ayant la longueur d'onde de ces

faisceaux optiques.

Dispositif selon la revendication 13, dans lequel une collection d'électrodes en bande

( 18), sont transparentes à la lumière ayant la lon-

gueur d'onde desdits faisceaux optiques.

16, Système de radar optique dans lequel

un faisceau d'énergie optique ( 44) ayant une premiè-

re polarisation circulaire est envoyée sur une cible qui le réfléchit partiellement en un faisceau ( 46)

ayant une seconde polarisation circulaire orthogona-

le à cette première polarisation circulaire, et qui le renvoit au système, équipé d'un dispositif ( 50)

pour orienter le faisceau ( 44) émetteur et le gais-

ceau ( 46) récepteur qui comprend: un premier moyen de déflexion ( 10 c, 10 d), sensible à des faisceaux de rayonnement optique

cohérent ayant une première et une seconde polari-

sation linéaires, orthogonales entre elles, pour défléchir ces faisceaux dans une première et une seconde directions orthogonales entre elles; un moyen ( 40) pour modifier la polarisation

linéaire d'un faisceau cohérent de rayonnement op-

tique de quatre-vingt dix degrés; un second moyen de déflexion ( O le, 10 f) identique à ce premier moyen de déflexion ( 10 c, 10 d); et

un moyen ( 42) pour transformer la polarisa-

tion d'un faisceau cohérent de rayonnement optique, entre des polarisations linéaire et circulaire,

tous ces moyens étant disposés dans cet ordre, sui-

vant un axe optique commun.

17 Dispositif selon la revendication

16, dans lequel ces premier et second moyens de dé-

flexion ( 10 c, 10 d; 10 e, 10 f) comprennent chacun: un premier déflecteur de faisceau optique ( 10 c, 10 e), sensible à un premier faisceau cohérent

de rayonnement optique ayant une première polarisa-

tion linéaire, pour défléchir ce premier faisceau dans une première surface plane; et un second déflecteur de faisceau optique ( 10 d, 10 f), sensible à un second faisceau cohérent

de rayonnement optique ayant une seconde polarisa-

tion linéaire orthogonale à cette première polari-

sation linéaire, pour défléchir ce second faisceau dans une seconde surface plane et orthogonale à

cette première surface plane.

18 Dispositif selon la revendication 17, dans lequel chacun de ces déflecteurs ( 10 c, 10 f> de faisceau optique comprend: un élément de cellule à cristal liquide avec

une première fenêtre ( 12) ayant une électrode commu-

ne ( 16), une deuxième fenêtre ( 14) ayant une collec-

tion d'électrodes ( 18) en forme de bande ( 181, 182,

) parallèles, électriquement isolées, et une cou-

che ( 20) de molécules de cristal liquide, intermé-

diaire entre la premiere ( 12) et la deuxième ( 14) fenêtres; et

un moyen ( 26 > pour coupler une série de si-

gnaux de commande individuellement, entre cette col-

lection d'électrodes en bande ( 18) et cette électro-

de commune ( 16), pour créer sélectivement des varia-

tions locales de l'indice de réfraction dans cette

couche de cristal liquide ( 20).

19 Système de radar à laser pour irra-

dier une cible avec un faisceau optique et pour dé-

tecter la partie réfléchie par la cible de ce fais-

ceau, caractérisé en ce qu'il comprend: un laser ( 60) pour produire un faisceau d'énergie optique suivant une première direction;

un diviseur de faisceau ( 70), sur cette di-

rection pour transmettre une première partie de ce faisceau suivant cette première direction et pour

réfléchir une seconde partie de ce faisceau sui-

vant une seconde direction; un moyen ( 72) sur cette première direction pour orienter cette première partie de ce faisceau suivant une troisième direction vers la cible et pour modifier la polarisation de cette première partie de ce faisceau transmis suivant la troisième

direction, et pour orienter cette partie du fais-

ceau réfléchie par la cible suivant cette première direction et pour, en outre, modifier la polarisation de cette partie du faisceau réfléchie par la cible; un moyen ( 50) sur cette première direction, sensible à la polarisation de cette première partie du faisceau, pour transmettre cette première partie du faisceau, et sensible à la polarisation de cette partie du faisceau réfléchie par la cible, modifiée par ce moyen de modification ( 72) pour réfléchir cette partie réfléchie du faisceau par la cible, suivant une quatrième direction; un mélangeur de faisceaux ( 76) pour produire

un faisceau combiné à partir de cette seconde par-

tie du faisceau et de cette partie du faisceau ré-

fléchie par la cible, sur cette trajectoire, et

pour diriger ce faisceau suivant une cinquième di-

rection; et un moyen de détection ( 64) sensible à ce

faisceau combiné sur cette cinquième direction.

Système de radar à laser selon la

revendication 19, dans lequel ce moyen d'orienta-

tion et de modification ( 50) comprend; un premier déflecteur de faisceau optique ( 10 c), sensible à un premier faisceau cohérent de

rayonnement optique avec une première polarisa-

tion linéaire, pour défléchir ce premier faisceau dans une première surface plane; un second déflecteur de faisceau optique ( 10 d), sensible à un second faisceau cohérent de

rayonnement optique d'une seconde polarisation li-

néaire orthogonale à cette première polarisation linéaire, pour défléchir ce second faisceau dans

une seconde surface plane orthogonale à cette pre-

mière surface plane; un premier moyen ( 40) pour transformer la polarisation linéaire du faisceau cohérent de rayonnement de quatre- vingt dix degrés un troisième déflecteur de faisceau optique ( 10 e), sensible à un troisième faisceau cohérent

de rayonnement optique avec cette seconde polarisa-

tion linéaire, pour défléchir ce troisième fais-

ceau dans cette seconde surface plane; un quatrième déflecteur de faisceau optique (l Of), sensible à un quatrième faisceau cohérent

de rayonnement optique avec cette première polari-

sation linéaire, pour défléchir ce quatrième fais-

ceau dans cette surface plane; et un second moyen ( 42) pour transformer la polarisation du faisceau cohérent de rayonnement optique, entre des polarisations linéaire et cxr-15 culaire;

tous ces constituants étant disposés dans cet or-

dre suivant un axe optique commun.

21 Système de radar à laser selon la

revendication 20, dans lequel ce moyen de trans-

formation ( 40) comprend un "rotateur" de polarisa-

tion à 90 .

22 Système de radar à laser selon la

revendication 21, dans lequel ce rotateur de pola-

risation comprend une lame demi-onde.

23 Système de radar à laser selon la revendication 20, dans lequel ce second moyen de

transformation ( 42) comprend une lame quart-d'onde.

24 Système de radar à laser selon la revendication 20, dans lequel chacun de ces moyens de déflexion ( 10 c,) comprend: un élément de cellule à cristal liquide avec une première fenêtre ( 12) ayant une électrode commune ( 16), une seconde fenêtre ( 14) ayant une collection d'électrodes ( 18) en forme de bandes ( 181, 182,) parallèles, isolées électriquement, et une couche ( 20) de molécules de cristal liquide, intermédiaire entre la première ( 12) et la seconde ( 14) fenêtres; et un moyen ( 52) pour coupler individuellement

une série de signaux de commande entre cette collec-

tion d'électrodes ( 18) en bande et cette électrode commune ( 16), pour créer sélectivement des variations locales, de l'indice de réfraction de cette couche de

cristal liquide ( 20).

25 Système de radar à laser selon la re-

vendication 24, dans lequel cette électrode commune ( 16) est transparente à la lumière ayant la longueur

d'onde de ces faisceaux optiques.

26 Système de radar à laser selon la re-

vendication 24, dans lequel cette collection d'élec-

trodes en bande ( 18), est transparente à la lumière

ayant la longueur d'onde desdits faisceaux optiques.

27 Dispositif à réseau de phase pour

l'orientation d'un faisceau optique suivant deux di-

rections, caractérisé en ce qu'il comprend;

un premier moyen de déflexion ( 10 c, 10 d) sen-

sible à des faisceaux de rayonnement optique cohé-

rent avec une première et seconde polarisation liné-

aires, orthogonales entre elles, pour défléchir ces faisceaux dans une première et seconde directions orthogonales entre elles;

un second moyen de déflexion ( 10 e, 10 f) iden-

tique à ce premier moyen de déflexion ( 10 c, 10 Qd) et

un moyen ( 40) pour transformer la polarisa-

tion d'un faisceau cohérent de rayonnement optique entre des polarisations linéaire et circulaire,

tous ces moyens étant disposés dans cet ordre sui-

vant un axe optique commun.