FR2674342A1 - METHOD AND DEVICE FOR CONCENTRATING THE ENERGY OF A MONOCHROMATIC RADIATION BEAM. - Google Patents
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Abstract
Le procédé consiste à capter le rayonnement (16) émis par la cible, en réponse à son échauffement par le faisceau (15), dans une bande de fréquences excluant la fréquence du faisceau, et à déplacer l'un par rapport à l'autre les éléments (4 et 5) d'un système optique traversé par le faisceau, de façon à augmenter l'intensité du rayonnement capté. Application à la destruction de cibles militaires par laser.The method consists of capturing the radiation (16) emitted by the target, in response to its heating by the beam (15), in a frequency band excluding the frequency of the beam, and moving relative to each other the elements (4 and 5) of an optical system through which the beam passes, so as to increase the intensity of the radiation captured. Application to the destruction of military targets by laser.
Description
1 - Procédé et dispositif pour concentrer sur une cible l'énergie d'un1 - Method and device for concentrating on a target the energy of a
faisceau de rayonnement monochromatique La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour concentrer sur une cible l'énergie d'un faisceau de rayonnement monochromatique tel qu'un faisceau laser de haute énergie. Un dispositif connu pour concentrer sur une cible l'énergie d'un faisceau laser est décrit dans l'ouvrage américain intitulé The present invention relates to a method and a device for concentrating on a target the energy of a monochromatic radiation beam such as a high energy laser beam. A device known to focus the energy of a laser beam on a target is described in the US publication entitled
"Physics of quantum electronics" (C B HOGGE) vol 6 pages 69 à 75. "Physics of quantum electronics" (C B HOGGE) vol 6 pages 69 to 75.
Ce dispositif appelé "à onde de départ" comporte essentiellement un générateur laser dont le faisceau est dirigé sur la cible après réflexion sur un miroir déformable et un système optique de réception orienté pour capter l'énergie réfléchie par un point brillant de la cible Pour concentrer l'énergie du faisceau sur la cible, on fait subir au miroir des déformations de façon à augmenter l'intensité This device called "starting wave" essentially comprises a laser generator whose beam is directed at the target after reflection on a deformable mirror and a receiving optical system oriented to capture the energy reflected by a bright spot of the target to concentrate the energy of the beam on the target, the mirror is deformed so as to increase the intensity
lumineuse captée par le système optique de réception. light captured by the receiving optical system.
Ce dispositif présente des inconvénients En particulier, lorsque la cible est de dimensions importantes et présente de ce fait plusieurs points brillants, il est difficile de régler l'orientation du système optique de réception sur un seul des points brillants De plus la réception du rayonnement provenant de la cible est perturbée par la rétrodiffusion atmosphérique de l'énergie du faisceau laser dirigé This device has drawbacks. In particular, when the target is of large dimensions and thus has several bright spots, it is difficult to adjust the orientation of the receiving optical system on only one of the bright spots. Moreover, the reception of the radiation from of the target is disturbed by the atmospheric backscattering of the energy of the directed laser beam
vers la cible.towards the target.
Dans le même ouvrage américain cité, est décrit pages 67 à 69, un autre dispositif pour concentrer sur une cible l'énergie d'un faisceau laser Ce dispositif appelé "à onde de retour" comporte un générateur laser dont le faisceau est dirigé vers la cible après traversée d'un séparateur optique dichrolque et réflexion sur un miroir déformable Le rayonnement thermique émis par la cible est réfléchi sur le miroir déformable, suivant le même trajet optique en sens inverse, puis est séparé du faisceau laser par réflexion sur le séparateur Ce rayonnement est finalement reçu sur un système mesureur de phase qui délivre des signaux d'erreurs vers les éléments du miroir déformable de façon à compenser les irrégularités de phase In the same American work cited, is described pages 67 to 69, another device for concentrating on a target the energy of a laser beam This device called "return wave" comprises a laser generator whose beam is directed to the target after passing through a dichroic optical separator and reflection on a deformable mirror The thermal radiation emitted by the target is reflected on the deformable mirror, following the same optical path in the opposite direction, then separated from the laser beam by reflection on the separator Ce radiation is finally received on a phase measuring system which delivers error signals to the elements of the deformable mirror so as to compensate for phase irregularities
de l'onde de retour.of the return wave.
Le dispositif à onde de retour présente l'inconvénient d'avoir un fonctionnement instable, cette instabilité étant provoquée par 2 - le phénomène de défocalisation thermique analysé dans le même ouvrage The return wave device has the disadvantage of having an unstable operation, this instability being caused by 2 - the thermal defocusing phenomenon analyzed in the same work
pages 63 à 66.pages 63 to 66.
La présente invention a pour but de pallier les inconvénients The present invention aims to overcome the disadvantages
des dispositifs connus cités ci-dessus. known devices mentioned above.
La présente invention a pour objet un procédé pour concentrer sur une cible l'énergie d'un faisceau de rayonnement monochromatique, ce faisceau sortant d'un système optique d'émission comportant au moins deux éléments, consistant à diriger le faisceau vers la cible, à capter le rayonnement provenant de la cible et à déplacer les éléments l'un par rapport à l'autre de façon à augmenter l'intensité du rayonnement capté, caractérisé en ce que le rayonnement provenant de la cible n'est capté que dans une bande prédéterminée de fréquences émises par la cible en réponse à la réception du faisceau, la fréquence du rayonnement The present invention relates to a method for concentrating on a target the energy of a monochromatic radiation beam, this beam coming out of an optical transmission system comprising at least two elements, of directing the beam towards the target, sensing the radiation from the target and moving the elements relative to each other so as to increase the intensity of the sensed radiation, characterized in that the radiation from the target is captured only in a predetermined band of frequencies transmitted by the target in response to receiving the beam, the frequency of the radiation
monochromatique étant située en dehors de la bande prédéterminée. monochromatic being located outside the predetermined band.
La présente invention a aussi pour objet un dispositif pour The present invention also relates to a device for
concentrer sur une cible l'énergie d'un faisceau de rayonnement mono- focus on a target the energy of a single beam of radiation
chromatique, comportant un générateur d'une onde monochromatique, un système optique d'émission recevant ladite onde monochromatique et délivrant le faisceau, ce système optique comprenant au moins deux éléments, des moyens d'orientation du système optique d'émission pour diriger le faisceau vers la cible, un système optique de réception disposé à proximité du système optique d'émission pour capter le rayonnement provenant de la cible et des moyens pour faire subir des déplacements l'un par rapport à l'autre aux éléments de façon à augmenter l'intensité du rayonnement capté par le système optique de réception, caractérisé en ce que le système optique de réception comporte un filtre optique ne laissant chromatic, comprising a generator of a monochromatic wave, an optical transmission system receiving said monochromatic wave and delivering the beam, this optical system comprising at least two elements, means for orienting the optical transmission system to direct the beam to the target, a reception optical system disposed near the optical transmission system for sensing radiation from the target and means for displacing the elements relative to one another so as to increase intensity of the radiation picked up by the optical reception system, characterized in that the optical reception system comprises an optical filter which does not leave
passer le rayonnement provenant de la cible que dans une bande prédé- radiation from the target only in a predetermined band
terminée de fréquences, la fréquence de ladite onde monochromatique completed frequencies, the frequency of said monochromatic wave
étant située en dehors de la bande de fréquences prédéterminée. being outside the predetermined frequency band.
Des formes particulières d'exécution de l'objet de la présente invention sont décrites ci-dessous, à titre d'exemple en référence 3- aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation du dispositif selon l'invention et la figure 2 représente schématiquement un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Sur la figure 1, un générateur laser 1 délivre un faisceau Particular embodiments of the subject of the present invention are described below, by way of example with reference to the attached drawings, in which FIG. 1 schematically represents an embodiment of the device according to the invention. and FIG. 2 diagrammatically represents another embodiment of the device according to the invention. In FIG. 1, a laser generator 1 delivers a beam
de rayonnement monochromatique 2 de forte puissance, suivant un axe 3. of monochromatic radiation 2 of high power, along an axis 3.
Le générateur 1 peut être du type à gaz carbonique émettant à la longueur d'onde infrarouge de 10,6 microns Le faisceau 2 traverse un système optique d'émission du type Cassegrain comprenant deux éléments: un miroir convexe 4 centré sur l'axe 3 pour recevoir le faisceau 2 et un miroir parabolique concave coaxial 5 comportant une percée axiale 6 pour laisser passer le faisceau 2 Les faces réfléchissantes des miroirs 4 et 5 sont en regard l'une de l'autre de sorte que le faisceau 2 est réfléchi successivement sur les miroirs 4 The generator 1 may be of the carbon dioxide type emitting at the infrared wavelength of 10.6 microns. The beam 2 passes through a Cassegrain type optical emission system comprising two elements: a convex mirror 4 centered on the axis 3 to receive the beam 2 and a coaxial concave parabolic mirror 5 having an axial breakthrough 6 for passing the beam 2 The reflecting faces of the mirrors 4 and 5 are facing each other so that the beam 2 is reflected successively on the mirrors 4
et 5 pour former un faisceau 15.and 5 to form a beam 15.
Le miroir 4 est solidaire du noyau plongeur 6 d'un électro- The mirror 4 is integral with the plunger core 6 of an electro-
aimant 7 par l'intermédiaire d'un organe de liaison mécanique représenté magnet 7 via a mechanical connecting member shown
schématiquement par un levier 8 L'enroulement d'excitation de l'électro- schematically by a lever 8 The excitation winding of the electro-
aimant 7 est relié à la sortie d'un générateur 9 d'une tension élec- magnet 7 is connected to the output of a generator 9 of an electrical voltage
trique continue variable L'entrée du générateur 9 est reliée à la The continuous input of the generator 9 is connected to the
sortie d'un système logique de commande 10. output of a control logic system 10.
A proximité du système optique d'émission est disposé un système optique de réception comportant un détecteur 11 et un filtre optique 12 disposé devant la surface sensible 13 du détecteur 11 Le filtre 12 est du type passe-bande: il laisse passer le rayonnement dont la longueur d'onde est comprise entre 3 et 5 microns et arrête le rayonnement en dehors de cette bande infrarouge La sortie électrique du détecteur 11 est connectée à un appareil de mesure 14 dont la sortie est reliée Near the optical transmission system is disposed a reception optical system comprising a detector 11 and an optical filter 12 disposed in front of the sensitive surface 13 of the detector 11. The filter 12 is of the bandpass type: it passes the radiation whose wavelength is between 3 and 5 microns and stops the radiation outside this infrared band The electrical output of the detector 11 is connected to a measuring apparatus 14 whose output is connected
à l'entrée du système 10.at the entrance of the system 10.
L'ensemble constitué par les éléments 1 à 8 est monté sur un support non représenté mobile en site et en gisement, à l'aide duquel The assembly constituted by the elements 1 to 8 is mounted on a support not shown movable in site and in deposit, by means of which
on oriente l'axe d'émission 3 vers une cible non visible sur la figure 1. the transmission axis 3 is oriented towards a non-visible target in FIG. 1.
Le dispositif comporte aussi des moyens d'orientation pour diriger l'axe de réception 16 du détecteur 11 vers la cible Eclairée par le faisceau laser 15, la cible s'échauffe et émet en retour un rayonnement 4 infrarouge incohérent Une partie de ce rayonnement est capté par le détecteur 11 dans la bande infrarouge de 3 à 5 microns que laisse The device also comprises orientation means for directing the reception axis 16 of the detector 11 towards the target illuminated by the laser beam 15, the target heats up and emits back incoherent infrared radiation 4 Part of this radiation is captured by the detector 11 in the infrared band of 3 to 5 microns that leaves
passer le filtre 12.pass the filter 12.
Il est nécessaire que la longueur d'onde d'émission du faisceau 15 soit située en dehors de la bande de réception La longueur d'onde d'émission du laser 1 et la bande de réception sont de préférence choisies dans la gamme infrarouge, comme dans l'exemple décrit Dans une variante de réalisation, le générateur laser 1 peut être un laser chimique à acide fluorhydrique émettant à la longueur d'onde de 3,8 microns, le filtre 12 définissant alors une bande infrarouge de réception It is necessary that the emission wavelength of the beam 15 is located outside the reception band. The emission wavelength of the laser 1 and the reception band are preferably chosen in the infrared range, as in the example described In an alternative embodiment, the laser generator 1 may be a hydrofluoric acid chemical laser emitting at the wavelength of 3.8 microns, the filter 12 then defining an infrared reception band
dans l'intervalle de 8 à 10 microns. in the range of 8 to 10 microns.
L'appareil 14 mesure l'intensité du rayonnement infrarouge The apparatus 14 measures the intensity of the infrared radiation
capté par le détecteur 11, l'information de cette mesure étant trans- detected by the detector 11, the information of this measurement being transmitted
mise à l'entrée du système de commande 10. put at the input of the control system 10.
Le système 10 règle la tension du générateur 9 de façon à provoquer, par déplacement du noyau 6, une translation du miroir 4 selon l'axe 3, dans un sens tel qu'elle entraîne une variation de la distance focale du système optique d'émission, cette variation étant propre à augmenter The system 10 regulates the voltage of the generator 9 so as to cause, by displacement of the core 6, a translation of the mirror 4 along the axis 3, in a direction such that it causes a variation in the focal length of the optical system. emission, this variation being apt to increase
l'intensité du rayonnement capté par le détecteur 11. the intensity of the radiation captured by the detector 11.
De préférence, le système 10 et d'un type capable de commander des petites déplacements successifs du miroir 4, ces déplacements étant d'amplitude constante et s'effectuant dans un sens ou dans l'autre de l'axe 3 selon qu'ils provoquent une augmentation ou une Preferably, the system 10 and of a type capable of controlling small successive displacements of the mirror 4, these displacements being of constant amplitude and occurring in one direction or the other of the axis 3 as they cause an increase or
diminution de l'intensité du rayonnement capté par le détecteur 11. decrease in the intensity of the radiation captured by the detector 11.
Sur la figure 2 est représenté un générateur laser 17 délivrant un faisceau monochromatique 18 Un système optique afocal 19, de type Cassegrain et analogue à celui de la figure 1, est constitué d'un miroir convexe 20 et d'un miroir concave 21 Ce système optique reçoit le faisceau 18 et délivre un faisceau 22 de section augmentée, le faisceau 22 étant réfléchi sur un miroir déformable 24 qui renvoie FIG. 2 shows a laser generator 17 delivering a monochromatic beam 18. An afocal optical system 19 of the Cassegrain type and similar to that of FIG. 1 consists of a convex mirror 20 and a concave mirror 21. optical receives the beam 18 and delivers a beam 22 of increased section, the beam 22 being reflected on a deformable mirror 24 which returns
un faisceau 25 vers une cible non visible sur la figure. a beam 25 to a target not visible in the figure.
Le miroir déformable 24, est fixé sur trois éléments piézo- The deformable mirror 24 is fixed on three piezoelectric elements
électriques 26, 27 et 28 munis chacun de deux électrodes et solidaires electric 26, 27 and 28 each provided with two electrodes and solidarity
d'une plaque rigide 29 Bien entendu le nombre des éléments piézoélec- of a rigid plate 29 Of course the number of piezoelectric elements
triques est en pratique très supérieur à trois. In practice, triques is much more than three.
Le dispositif comporte en outre un générateur de signaux élec- The device further comprises an electronic signal generator
triques 30 comportant trois sorties reliées chacune respectivement - aux deux électrodes des éléments piézoélectriques 26, 27 et 28 L'entrée 30 having three outputs respectively connected to the two electrodes of the piezoelectric elements 26, 27 and 28.
du générateur 30 est reliée à la sortie d'un système logique de commande 31 connecté lui même à une mémoire 32. of the generator 30 is connected to the output of a logic control system 31 connected itself to a memory 32.
A proximité du miroir déformable 24 est disposé un système optique de réception comportant un détecteur 33 et un filtre optique 34 disposé devant la surface sensible du détecteur 33 Le filtre 34 est un filtre passe-bande tout à fait analogue au filtre 12 (figure 1) et ne laisse passer le rayonnement que dans une bande de fréquences excluant la fréquence d'émission du laser 17 La sortie électrique In the vicinity of the deformable mirror 24 is disposed a reception optical system comprising a detector 33 and an optical filter 34 disposed in front of the sensitive surface of the detector 33. The filter 34 is a band-pass filter quite similar to the filter 12 (FIG. and allows the radiation to pass only in a frequency band excluding the emission frequency of the laser 17 The electrical output
du détecteur 33 est reliée à l'entrée d'un appareil de mesure 35 dont la sortie est connectée à l'entrée du système 31. of the detector 33 is connected to the input of a measuring apparatus whose output is connected to the input of the system 31.
Le dispositif représenté sur la figure 2 fonctionne de la manière suivante. The device shown in Figure 2 operates in the following manner.
Le faisceau 25, de préférence infrarouge, échauffe la cible qui émet en retour un rayonnement incohérent Le détecteur 33 capte une partie 36 de ce rayonnement à travers le filtre 34 qui ne laisse The beam 25, preferably infrared, heats the target which emits back incoherent radiation The detector 33 captures a portion 36 of this radiation through the filter 34 which leaves
passer le rayonnement que dans une bande de fréquences prédéterminée, cette bande excluant la fréquence d'émission du laser 17 L'infor- mation de l'intensité de ce rayonnement mesurée par l'appareil 3520 est transmise à l'entrée du système 31. In this case, the radiation is transmitted to the input of the system 31. The irradiation intensity of the radiation measured by the apparatus 3520 is transmitted to the input of the system 31.
Le système 31 commande l'émission de signaux électriques par le générateur 30. The system 31 controls the transmission of electrical signals by the generator 30.
Dans une première étape, le générateur 30 délivre à chacune de ses sorties une tension électrique E qui provoque, par action In a first step, the generator 30 delivers at each of its outputs a voltage E that causes, by action
sur un élément piézoélectrique, un petit déplacement d'amplitude D en un point de la surface du miroir déformable 24, dans un sens arbi- on a piezoelectric element, a small displacement of amplitude D at a point on the surface of the deformable mirror 24, in an arbitrary direction
traire Lorsque le déplacement D entraîne une augmentation de l'inten- sité du rayonnement capté par le détecteur 33, la valeur + D est stockée dans la mémoire 32 Par contre lorsque le déplacement initial D30 provoque une diminution de l'intensité du rayonnement capté, le géné- rateur 30 émet un signal supplémentaire -E qui entraîne un déplacement supplémentaire de l'élément piézoélectrique d'amplitude D, mais de sens opposé au sens initial, la valeur -D étant alors mise en mémoire. Dans la deuxième étape le générateur 30 délivre des signaux d'amplitude E, les signes de ces signaux étant identiques à celui des valeurs mises en mémoire au cours de la première étape Ces signaux 6 - provoquent des déplacements d'amplitude D, ces déplacements s'ajoutant en grandeur et en signe à ceux de la première étape Lorsqu'un élément piézoélectrique reçoit un signal qui entraîne une augmentation de l'intensité du rayonnement capté, le déplacement est maintenu, et la valeur en mémoire n'est pas modifiée Si par contre un élément When the displacement D causes an increase in the intensity of the radiation picked up by the detector 33, the value + D is stored in the memory 32. On the other hand, when the initial displacement D30 causes a decrease in the intensity of the radiation captured, the generator 30 emits an additional signal -E which causes an additional displacement of the piezoelectric element of amplitude D, but of direction opposite to the initial direction, the value -D then being stored. In the second step the generator 30 delivers signals of amplitude E, the signs of these signals being identical to that of the values stored in the first step These signals 6 - cause displacements of amplitude D, these displacements adding in magnitude and in sign to those of the first step When a piezoelectric element receives a signal which causes an increase of the intensity of the captured radiation, the displacement is maintained, and the value in memory is not modified If by against an element
piézoélectrique reçoit un signal qui entraîne une diminution de l'inten- piezoelectric receives a signal which causes a decrease in the inten-
sité du rayonnement capté, le générateur 30 émet un signal supplémen- the detected radiation, the generator 30 emits an additional signal
taire de signe opposé et la valeur précédemment mise en mémoire est alors remplacée par celle correspondant au dernier déplacement, et opposite value and the value previously stored in memory is then replaced by that corresponding to the last displacement, and
ainsi de suite.and so on.
Le nombre N des étapes est choisi suffisamment grand pour que les intensités captées à la fin des étapes de rang N et N-1 aient sensiblement la même valeur De plus la valeur E du signal électrique est choisie suffisamment faible pour obtenir une convergence précise sur l'intensité de rayonnement maximale Mais il est bien évident The number N of the steps is chosen to be large enough so that the intensities picked up at the end of the rank N and N-1 stages have substantially the same value. Moreover, the value E of the electrical signal is chosen sufficiently small to obtain a precise convergence on the maximum radiation intensity But it is obvious
que plus E est petit, plus N doit être grand. that plus E is small, plus N must be large.
Dans les deux exemples décrits ci-dessus du dispositif selon l'invention, il n'est pas nécessaire de régler l'orientation du système optique de réception vers un point brillant de la cible, puisque le rayonnement émis par la cible chauffée par l'énergie du faisceau laser présente un lobe d'émission très large, du type Lambert De plus la réception n'est pas gênée par la rétrodiffusion atmosphérique du faisceau laser puisque le rayonnement capté a une longueur d'onde différente de celle du faisceau laser On constate enfin que le fonctionnement du dispositif selon l'invention n'est pas affecté par les instabilités qui se produisent dans les dispositifs connus In the two examples described above of the device according to the invention, it is not necessary to adjust the orientation of the optical reception system to a bright point of the target, since the radiation emitted by the target heated by the The energy of the laser beam has a very broad emission lobe, of the Lambert type. Moreover, the reception is not hindered by the atmospheric backscattering of the laser beam since the radiation captured has a wavelength different from that of the laser beam. finally that the operation of the device according to the invention is not affected by the instabilities that occur in known devices
dits à onde de retour en raison de la défocalisation thermique. said to return wave due to thermal defocus.
Le dispositif selon l'invention peut être appliqué à la destruc- The device according to the invention can be applied to the destruction
tion de cibles militaires par laser. military targets by laser.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits ou représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple En particulier on peut, sans sortir du cadre de l'invention, Of course, the invention is not limited to the embodiments described or shown which have been given by way of example. In particular, it is possible, without departing from the scope of the invention,
remplacer certains moyens techniques par des moyens équivalents. replace certain technical means by equivalent means.
C'est ainsi que, dans le dispositif représenté sur la figure 1, l'électroaimant 7 peut être remplacé par un moteur électrique capable, à travers un système de démultiplication, de modifier l'angle de la surface du miroir 4 par rapport à l'axe 3, de façon à commander Thus, in the device shown in FIG. 1, the electromagnet 7 can be replaced by an electric motor which, through a reduction system, can modify the angle of the surface of the mirror 4 with respect to the magnet. axis 3, so as to control
un balayage du faisceau 15.a scan of the beam 15.
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Also Published As
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|---|---|
| GB2249822A (en) | 1992-05-20 |
| IT8167336A0 (en) | 1981-03-11 |
| GB2249822B (en) | 1992-08-12 |
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