FR2730823A1 - Procede et dispositif de reglage d'un montage de collimation par miroir parabolique hors d'axe - Google Patents

Procede et dispositif de reglage d'un montage de collimation par miroir parabolique hors d'axe Download PDF

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Abstract

Procédé et dispositif de réglage d'un montage de collimation par miroir parabolique hors d'axe. Le montage comprend une source lumineuse ponctuelle (2) et un miroir parabolique hors d'axe (6) destiné à collimater le faisceau (4) émis par la source. Selon l'invention, on place la source à proximité du foyer du miroir, on place une optique (22) en regard du miroir, on repère la trace (O) de l'axe optique de cette optique dans le plan focal de celle-ci, et on réalise un déplacement relatif de la source lumineuse par rapport au miroir jusqu'à observer, dans ledit plan focal et sur ledit axe optique, la focalisation du faisceau émis par la source. Application à la collimation d'un rayonnement issu d'une fibre optique.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE RéGLAGE D'UN MONTAGE DE
COLLIMATION PAR MIROIR PARABOLIQUE HORS D'AXE
DESCRIPTION W MAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de réglage d'un montage de collimation.
Elle s' applique notamment au domaine des télécommunications optiques ainsi qu'en optoélectronique et, plus généralement, en optique, dans tous les cas où l'on a besoin de collimater un faisceau lumineux divergent émis par une source lumineuse ponctuelle.
Par " source lumineuse ponctuelle ", on entend une source lumineuse dont la surface émettrice, par laquelle sort le faisceau lumineux, a une taille inférieure ou environ égale à 100 um.
Ce peut être par exemple un laser, dont la surface émettrice a une taille inférieure ou environ égale à 100 un, ou encore l'extrémité du coeur d'une fibre optique, ce coeur ayant un diamètre inférieur ou environ égal à 100 um.
I1 existe des dispositifs optiques de collimation du rayonnement émis par l'extrémité d'une fibre optique dont l'autre extrémité est couplée à un moyen d'émission de lumière visible ou infrarouge.
Un faisceau lumineux ainsi collimaté peut se propager en espace libre pour y subir des transformations et des traitements qui sont impossibles à réaliser avec des fibres optique (par exemple filtrage, polarisation, division de puissance, couplage) mais qui sont très utiles dans divers systèmes optiques tant dans l'industrie que dans les laboratoires d'optique.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
La plupart des systèmes optiques de collimation sont réalisés au moyen de lentilles de verre, de silice ou de polymères transparents.
De telles lentilles ont des indices de réfraction qui dépendent de la longueur d'onde de la lumière à collimater.
Les positions respectives des plans principaux et des foyers de ces lentilles ainsi que les distances focales de ces dernières sont donc ellesmêmes fonction de cette longueur d'onde.
Pour remédier à ces inconvénients, le montage de collimation considéré dans la présente invention comprend un miroir parabolique hors d'axe (" off axis ") sur lequel la réflexion de la lumière est achromatique.
La position des images formées par un tel miroir et les chemins optiques correspondants sont ainsi indépendants de la longueur d'onde des rayonnements à collimater.
Ce miroir parabolique hors d'axe n'est pas un élément optique dispersif et n'affecte pas le spectre optique de la source lumineuse associée.
Il est possible de placer de façon manuelle et par approximations successives l'extrémité d'une source lumineuse ponctuelle approximativement au foyer d'un parabolique hors d'axe en vue de collimater le faisceau lumineux divergent émis par cette source.
Le faisceau lumineux correspondant, qui est réfléchi par le miroir, est alors parallèle à une direction déterminée.
Cependant, plus la précision exigée pour le positionnement de la source est grande, plus le temps nécessaire à ce positionnement est long.
EXPOSE DE L'INVENTION
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de réglage d'un montage de collimation par miroir parabolique hors d'axe qui permettent de positionner, avec une grande précision et dans un temps très court, une source lumineuse ponctuelle au foyer d'un miroir parabolique hors d'axe et d'orienter cette source de telle sorte que le faisceau lumineux divergent émis par celle-ci soit collimaté après réflexion sur le miroir.
Dans la présente invention, pour positionner de façon très précise la source lumineuse ponctuelle au foyer du miroir parabolique hors d'axe, on utilise l'image de cette source fournie par ce miroir.
De façon précise, la présente invention a pour objet un procédé de réglage d'un montage de collimation, ce montage comprenant - une source lumineuse ponctuelle, apte à émettre un
faisceau lumineux, et - un miroir parabolique hors d'axe, destiné à
collimater ce faisceau lumineux, ce procédé étant caractérisé en ce que - on place la source lumineuse à proximité du foyer du
miroir et de manière que ce dernier reçoive de la
lumière provenant de la source lumineuse, - on place une optique de focalisation de lumière en
regard du miroir et de manière que cette optique
reçoive de la lumière provenant de la source
lumineuse par l'intermédiaire du miroir, - on repère la trace de l'axe optique de cette optique
dans le plan focal de celle-ci, et - on réalise un déplacement relatif de la source
lumineuse par rapport au miroir jusqu'à observer,
dans ledit plan focal et sur ledit axe optique, la
focalisation du faisceau émis par la source
lumineuse, cette dernière étant ainsi placée au foyer
du miroir parabolique et orientée de façon que ce
miroir collimate ce faisceau parallèlement audit axe
optique.
Selon un mode de mise en oeuvre préféré du procédé objet de la présente invention, la longueur focale de l'optique est sensiblement égale à celle du miroir parabolique.
En effet, dans ce cas, lorsque la source lumineuse ponctuelle est placée au foyer du miroir parabolique hors d'axe, l'image de cette source se forme dans le plan focal de l'optique avec un grandissement sensiblement égal à 1.
Selon un mode de mise en oeuvre particulier du procédé objet de la présente invention, on utilise pour le repérage de la trace de l'axe optique de l'optique, un réticule dont le centre est placé dans ledit plan focal et sur cet axe optique de l'optique et dont les branches ont une largeur inférieure ou égale à la taille de la source pour repérer ladite trace de l'axe optique.
La présente invention concerne également un dispositif de réglage de montage de collimation ce montage comprenant - une source lumineuse ponctuelle, apte à émettre un
faisceau lumineux, et - un miroir parabolique hors d'axe, destiné à
collimater ce faisceau lumineux, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend - une optique de focalisation de lumière qui est placée
en regard du miroir et de manière que cette optique
reçoive de la lumière provenant de la source
lumineuse par l'intermédiaire du miroir, - un moyen de repérage de la trace de l'axe optique de
cette optique dans le plan focal de celle-ci, - un moyen de positionnement relatif de la source
lumineuse par rapport au miroir, et - un moyen d'observation de ladite trace de l'axe
optique, afin de réaliser un déplacement relatif de la source lumineuse par rapport au miroir jusqu'à observer, dans ledit plan focal et sur ledit axe optique, la focalisation du faisceau émis par la source lumineuse, cette dernière étant ainsi placée au foyer du miroir parabolique et orientée de façon que ce miroir collimate ce faisceau parallèlement audit axe optique.
Selon un mode de réalisation préféré du dispositif objet de l'invention, la longueur focale de l'optique est sensiblement égale à celle du miroir parabolique.
Selon un mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention, le moyen de repérage est un réticule dont le centre est placé dans ledit plan focal et sur l'axe optique de l'optique et dont les branches ont une largeur inférieure ou égale à la taille de la source.
Le moyen d'observation peut comprendre un microscope qui constitue un moyen d'agrandissement de l'image de la source lumineuse ponctuelle donnée par le miroir parabolique hors d'axe et l'optique de focalisation.
Lorsque la source lumineuse ponctuelle n'a pas une taille trop petite, par exemple une taille de l'ordre ordre de 100 un, le moyen d'observation peut comprendre, au lieu d' un microscope, un système de prise de vue comme par exemple une caméra.
Dans la présente invention, on peut même utiliser un tel système de prise de vue en association avec le microscope pour enregistrer les images fournies par ce microscope.
Comme on l'a déjà vu plus haut, la source lumineuse peut être une extrémité du coeur d'une fibre optique.
L'autre extrémité du coeur de la fibre optique est alors associé à un moyen d'injection de lumière dans cette autre extrémité.
De préférence, l'extrémité de la fibre optique par où sort le faisceau lumineux est montée dans un embout t" ferrule ") et le moyen de positionnement relatif utilisé dans la présente invention comprend un moyen de positionnement de cet embout par rapport au miroir parabolique.
On manipule ainsi de façon aisée cette extrémité de la fibre optique.
BREVE DESCRIPTION DU DESSIN
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence à la figure unique annexée qui est une vue schématique d'un dispositif de réglage d'un montage de collimation par miroir parabolique hors d'axe conformément à la présente invention.
EXPOSE DE TAILLE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS
Le dispositif conforme à l'invention, qui est schématiquement représenté sur la figure unique annexée, est destiné au réglage d'un montage de collimation.
Ce montage comprend - une source lumineuse ponctuelle 2 qui est apte à
émettre un faisceau lumineux divergent 4, et - un miroir parabolique hors d'axe 6 qui est destiné à
collimater ce faisceau lumineux 4.
Dans l'exemple représenté sur la figure, la source lumineuse est constituée par l'extrémité 2 du coeur 8 d'une fibre optique 10.
L'autre extrémité 12 de ce coeur 8 est optiquement couplée à une source lumineuse auxiliaire 14 dont la lumière est injectée, par des moyens non représentés, dans cette autre extrémité 12 du coeur de la fibre optique.
Du côté de l'extrémité 2 du coeur 8, la fibre optique 10 est montée dans un embout 16 (" ferrule ") destiné à protéger la fibre optique.
L'axe du coeur de la fibre optique, au niveau de l'extrémité 2 de ce coeur, porte la référence
X sur la figure.
En cette extrémité 2, la fibre optique est polie perpendiculairement à cet axe X.
Dans l'exemple représenté sur la figure, on utilise une fibre optique monomode dont le coeur a un diamètre de l'ordre de 10 un.
A la sortie de la fibre 10, le faisceau lumineux 4 a un diamètre voisin de 10 un
L'angle d'ouverture de ce faisceau 4 est de l'ordre de 100.
Ce faisceau 4 présente sensiblement une symétrie de révolution autour de l'axe X.
Le diamètre du mode fondamental de propagation du faisceau dans la fibre optique 10 est voisin du diamètre du coeur de cette fibre, c'est-à- dire qu'il est de l'ordre de 10 un.
Le miroir parabolique hors d'axe 6 est formé à l'extrémité d'un bloc 18 qui, dans l'exemple représenté, est délimité par un cylindre C de révolution.
L'axe de ce cylindre de révolution porte la référence X1 sur la figure et rencontre le miroir 6.
Ce miroir 6 est une portion d'un paraboloïde de révolution P qui est représenté en traits mixtes sur la figure.
L'axe de révolution de ce paraboloïde porte la référence A sur la figure.
Cet axe A est perpendiculaire à l'axe X1.
Le foyer du paraboloïde P porte la référence F et constitue le foyer du miroir parabolique hors d'axe 6.
Le dispositif de réglage conforme à l'invention, qui est schématiquement représenté sur la figure annexée, est destiné à placer le plus exactement possible l'extrémité 2 du coeur de la fibre optique au foyer F du miroir parabolique hors d'axe pour obtenir, après réflexion sur ce miroir parabolique, un faisceau lumineux collimaté 20.
Ce dispositif de réglage du montage de collimation comprend - une optique de focalisation de lumière 22 qui est
placée en regard du miroir 6 et de manière que cette
optique reçoive de la lumière provenant de
l'extrémité 2 du coeur de la fibre optique par
l'intermédiaire du miroir, - un moyen 24 de repérage de la trace de l'axe optique
Y de cette optique 22 dans le plan focal PF de celle
ci, - un moyen 26 de positionnement relatif de l'extrémité
2 du coeur de la fibre par rapport au miroir 6, et - un moyen 28 d'observation de la trace de l'axe
optique Y.
Le moyen 26 de positionnement relatif comprend - un moyen mécanique 30 de positionnement (par
translations et rotations) de l'embout 16, ce moyen
30 étant symbolisé par des flèches sur la figure, et - un moyen mécanique 32 de positionnement (par
translations et rotations) du bloc 18, ce moyen 32
étant également symbolisé par des flèches sur la
figure.
Dans l'exemple représenté, l'optique 22 est un objectif d'appareil photographique dont la longueur focale f est égale à celle du miroir parabolique 6.
Dans cet exemple, le moyen de repérage 24 est un réticule dont le centre O est sur l'axe optique
Y de l'objectif 22 (cet axe Y rencontrant le miroir 6) et dont les branches bl et b2, qui se croisent en O, ont une largeur e inférieure ou égale au diamètre du coeur de la fibre optique 10.
On utilise par exemple une largeur e de 10 un dans le cas où ce diamètre vaut lui-même 10 un.
Le réticule 24 est par exemple formé par gravure sur un plaque de verre 34 de faible épaisseur, transparente au rayonnement issu de la fibre optique 10.
Le moyen d'observation 28 est un microscope équipé d'objectifs de grossissements différents (par exemple 10, 20 et 40).
On choisit un objectif 38 de grossissement suffisant pour pouvoir observer l'image de la face de sortie du coeur de la fibre optique.
Cet objectif 38 est placé en regard du réticule 24.
L'axe optique du moyen d'observation (axe optique de cet objectif 38) est confondu avec l'axe optique Y de l'objectif 22.
Du fait de la finesse du réticule 24 et du grossissement approprié de l'objectif 38, on est capable d'observer, grâce au microscope 28, à la fois le réticule 24 et l'extrémité 2 du coeur de la fibre optique qui émet le faisceau lumineux 4.
On peut associer au microscope 28 un système de prise de vue comprenant, dans l'exemple représenté, une caméra 40 munie d'un écran de visualisation 42.
On utilise par exemple une caméra de type
CCD.
A la place de la caméra associée à l'écran de visualisation on peut utiliser un appareil photographique permettant de prendre une photographie de ce qui est observé grâce au microscope 28.
Dans le cas où le coeur de la fibre optique est nettement supérieur à 10 un pour pouvoir être observé à l'oeil nu, le microscope 28 peut être supprimé.
On peut alors placer directement en regard du réticule 24 la caméra ou l'appareil photographique.
Dans le cas où la source 14 émet un rayonnement n'appartenant pas au domaine visible, par exemple un rayonnement infrarouge, on associe au microscope 28 un dispositif permettant la visualisation de ce rayonnement.
L'objectif 22, le réticule 24 (qui est placé dans le plan focal PF de l'objectif 22, la plaque de verre 34 étant perpendiculaire à l'axe Y) et l'objectif 38 du microscope 28 sont maintenus par des moyens non représentés.
On explique ci-après la manière d'utiliser le dispositif conforme à l'invention, qui est représenté sur la figure annexée, pour collimater le faisceau lumineux 4 issu de la fibre optique 10 grâce au miroir parabolique 6.
On commence par positionner l'extrémité 2 du coeur 8 de la fibre optique 10 à peu près au foyer F du miroir parabolique 6 car on sait approximativement où se trouve ce foyer F.
On éclaire le réticule 24 et l'on observe celui-ci grâce au microscope 28.
Le centre O du réticule 24 matérialise la position du foyer de l'objectif 22.
On active la source lumineuse 14 pour envoyer de la lumière dans la fibre optique 10, d'où la formation du faisceau lumineux 4.
On observe, grâce au microscope 28, la lumière ainsi émise par la fibre.
Cette lumière émise par la fibre est réfléchie par le miroir parabolique 6 puis atteint le microscope 28 après avoir traversé l'objectif 22 et la plaque de verre 34 portant le réticule 24.
On agit alors sur le moyen de positionnement 30 et sur le moyen de positionnement 32, par approximations successives, pour que l'image de l'extrémité 2 du coeur de la fibre optique se trouve dans le plan focal PF de l'objectif 22, au centre O du réticule 24, et que l'on obtienne ainsi un point lumineux de taille égale au diamètre de ce coeur (10 un dans l'exemple décrit) au centre O.
Lorsque l'image de l'extrémité 2 du coeur de la fibre optique se trouve dans le plan focal PF au point 0 (avec un grandissement égal à 1), on sait que cette extrémité 2 se trouve au foyer F du miroir parabolique 6.
Ainsi le faisceau lumineux émis par la fibre optique est convenablement collimaté par ce miroir parabolique 6.
On notera que grâce à l'utilisation du miroir parabolique hors d'axe le réglage peut être effectué en lumière visible (alors que la fibre optique 10 peut être destinée à transmettre un rayonnement invisible) puisque la collimation se fait uniquement par réflexion sur ce miroir et la position du foyer de celui-ci ne dépend pas de la longueur d'onde du rayonnement incident.

Claims (10)

REVENDICATIONS
1. Procédé de réglage d'un montage de collimation, ce montage comprenant - une source lumineuse ponctuelle (2), apte à émettre
un faisceau lumineux (4), et - un miroir parabolique hors d'axe (6), destiné à
collimater ce faisceau lumineux, ce procédé étant caractérisé en ce que - on place la source lumineuse à proximité du foyer (F)
du miroir et de manière que ce dernier reçoive de la
lumière provenant de la source lumineuse, - on place une optique (22) de focalisation de lumière
en regard du miroir et de manière que cette optique
reçoive de la lumière provenant de la source
lumineuse par l'intermédiaire du miroir, - on repère la trace (0) de l'axe optique (Y) de cette
optique dans le plan focal (PF) de celle-ci, et - on réalise un déplacement relatif de la source
lumineuse (2) par rapport au miroir (6) jusqu'à
observer, dans ledit plan focal (PF) et sur ledit axe
optique (Y), la focalisation du faisceau émis par la
source lumineuse, cette dernière étant ainsi placée
au foyer du miroir parabolique et orientée de façon
que ce miroir collimate ce faisceau parallèlement
audit axe optique.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur focale (f) de l'optique (22) est sensiblement égale à celle du miroir parabolique (6).
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on utilise, pour le repérage de la trace de l'axe optique de l'optique, un réticule (24) dont le centre est placé dans ledit plan focal et sur cet axe optique (Y) de l'optique (22) et dont les branches (bl, b2) ont une largeur (e) inférieure ou égale à la taille de la source (2).
4. Dispositif de réglage d'un montage de collimation, ce montage comprenant - une source lumineuse ponctuelle (2), apte à émettre
un faisceau lumineux (4), et - un miroir parabolique hors d'axe (6), destiné à
collimater ce faisceau lumineux, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend - une optique (22) de focalisation de lumière qui est
placée en regard du miroir et de manière que cette
optique reçoive de la lumière provenant de la source
lumineuse par l'intermédiaire du miroir, - un moyen (24) de repérage de la trace < O) de l'axe
optique (Y) de cette optique (22) dans le plan focal
(PF) de celle-ci, - un moyen (26) de positionnement relatif de la source
lumineuse (2) par rapport au miroir (6), et - un moyen (28) d'observation de ladite trace < O) de
l'axe optique, afin de réaliser un déplacement relatif de la source lumineuse (2) par rapport au miroir (6) jusqu'à observer, dans ledit plan focal (PF) et sur ledit axe optique (Y), la focalisation du faisceau émis par la source lumineuse, cette dernière étant ainsi placée au foyer du miroir parabolique et orientée de façon que ce miroir collimate ce faisceau parallèlement audit axe optique.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la longueur focale (f) de l'optique (22) est sensiblement égale à celle du miroir parabolique (6).
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le moyen de repérage est un réticule (24) dont le centre est placé dans ledit plan focal et sur l'axe optique (Y) de l'optique (22) et dont les branches (bl, b2) ont une largeur (e) inférieure ou égale à la taille de la source (2).
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le moyen d'observation comprend un microscope (28).
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le moyen d'observation comprend un système de prise de vue (40, 42).
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que la source lumineuse comprend une extrémité (2) du coeur (8) d'une fibre optique (10) dont l'autre extrémité (12) est associée à un moyen (14) d'injection de lumière dans cette autre extrémité.
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'extrémité de la fibre optique (10) par où sort le faisceau lumineux (4) est montée dans un embout (16) et en ce que le moyen (26) de positionnement relatif comprend un moyen (30) de positionnement de cet embout (16) par rapport au miroir parabolique (6).
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