FR2956748A1 - Composant optique de protection au rayonnement thermique - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un composant optique pour écran thermique destiné à être placé entre un milieu froid et un milieu chaud. Selon l'invention, le composant optique (6) comprend un substrat (7) ayant une première face destinée à être disposée vers le milieu froid et une seconde face destinée à être disposée vers le milieu chaud, ledit substrat étant en matériau transparent à un rayonnement optique dans le domaine de longueurs d'onde du visible et/ou proche infrarouge et ledit matériau ayant une structure cristalline ou polycristalline. Selon l'invention, le composant optique (6) comprend en outre une couche mince (8) déposée sur ladite seconde face du substrat (7), ladite couche mince (8) étant électriquement conductrice, transparente à un rayonnement optique de longueur d'onde située visible et/ou proche infrarouge et réfléchissante au rayonnement thermique de longueur d'onde infrarouge moyen et lointain.

Description

La présente invention se rapporte de manière générale à un composant optique pour écran thermique, ce composant optique permettant le passage d'un rayonnement optique tout en assurant une protection efficace contre le rayonnement thermique. Plus précisément, l'invention concerne un composant optique apte à transmettre un faisceau optique sans introduire de perturbations ni d'aberrations optiques et fournissant une bonne isolation au rayonnement thermique, tout en présentant un faible échauffement. Dans le présent document, on entend par fenêtre un composant optique transparent et par hublot l'ensemble formé par une fenêtre et sa io monture mécanique de fixation au bâti d'un écran thermique. Nous nous intéressons essentiellement à la fenêtre d'un hublot d'écran thermique. Un écran thermique muni de fenêtres permet de réduire les échanges thermiques entre deux milieux tout en autorisant un contrôle par des moyens de visualisation. En particulier, on utilise un écran thermique lors de is l'alignement optique d'un échantillon cryogénique destiné à servir de cible à un ensemble de faisceaux lasers dans une expérience d'observation des interactions laser-matière. La figure 1 représente schématiquement un dispositif cryogénique comprenant une cible (1) entourée d'un écran thermique (2) muni de fenêtres (3a, 3b, 3c, 3d). La cible (1) est refroidie à une 20 température cryogénique par des moyens de refroidissement non représentés. Dans un exemple, la cible est refroidie par un porte-cible dont la température est maintenue à 17 K. Le dispositif est placé dans une enceinte à vide et se trouve exposé à une ou plusieurs sources (5) de rayonnement thermique, par exemple le rayonnement ambiant à une température d'environ 25 300 Kelvin. L'alignement de la cible (1) relativement au point de convergence des faisceaux lasers requiert une précision de positionnement micrométrique. Un système de vision dans le domaine visible permet d'effectuer l'alignement optique de la cible avant d'exposer la cible au tir de faisceaux laser. Pendant 30 la phase d'alignement, la température de la cible cryogénique doit être stabilisée à quelques milli-Kelvin pour éviter toute détérioration de la cible. La cible (1) étant placée dans une enceinte sous vide, les échanges thermiques par convection sont inexistants. Cependant, la cible (1) est susceptible de recevoir du rayonnement thermique provenant de l'entourage de l'enceinte à 35 une température d'environ 300 K. Pendant l'alignement optique, la cible est donc placée à l'intérieur d'un écran thermique (2) qui permet de limiter l'apport de rayonnement thermique ambiant vers la cible. Dans l'exemple considéré, la température de l'écran thermique est maintenue entre 17K et 50K. L'écran thermique est muni de hublots pour permettre au système de vision de visualiser l'échantillon pendant l'alignement. Lorsque l'alignement optique est terminé, on retire l'écran thermique (2) pour procéder au tir laser directement sur la cible. Les fenêtres (3a, 3b, 3c, 3d) de l'écran thermique, qui sont présentes lors de l'alignement et absentes lors du tir laser, doivent donc être non Io seulement transparentes à un rayonnement optique mais aussi idéalement n'induire ni décalage de faisceau ni aberration optique sur le trajet des faisceaux optiques. D'autre part, les fenêtres (3a, 3b, 3c, 3d) participent à protéger la cible du rayonnement 300K environnant (5). En pratique, les fenêtres (3a, 3b, 3c, 3d) perturbent néanmoins is l'alignement optique des faisceaux (4a, 4b, 4c, 4d) sur la cible (1). La figure 2 représente schématiquement une vue en coupe d'une fenêtre (3), ici une lame à faces planes et parallèles, d'épaisseur e, traversée par un faisceau optique (4) formant un angle d'incidence 0 avec une des faces de la lame. Du fait de la réfraction, un faisceau optique subit un décalage axial d lors de la 20 traversée de la lame inclinée, le décalage d étant fonction de l'épaisseur optique traversée et de l'angle d'incidence. Même pour un faible angle d'inclinaison 9, il peut résulter de l'insertion ou du retrait d'une fenêtre un décalage de l'axe optique du faisceau. La perturbation induite par les hublots est d'autant plus grande que l'épaisseur et/ou l'indice de réfraction des 25 fenêtres de hublot sont importants. Ainsi, dans une expérience particulière, la tolérance d'alignement sur la cible est inférieure à 15pm rms, ce qui se traduit par une perturbation maximum due aux hublots de 3 lm rms. Dans ce cas, on cherche à obtenir avec et sans fenêtres, un même alignement optique à mieux que trois microns. 30 D'autre part, les fenêtres doivent limiter au maximum le passage de rayonnement thermique, tout en étant transparentes sur le domaine visible ou proche infrarouge. On connaît des écrans thermiques à fenêtres de verre, en simple ou double vitrage. Cependant un verre dont l'épaisseur est supérieure à 1 mm 35 induit un décalage de faisceau supérieur aux contraintes d'alignement indiquées plus haut. Certes, il existe des verres très minces, d'épaisseur inférieure au millimètre, mais on observe qu'une fenêtre en verre soumise au rayonnement continu à 300K finit par s'échauffer en son centre au-delà des limites tolérables. De plus, le verre est à la fois transparent et absorbant dans l'infrarouge, si bien qu'une fenêtre en verre ne convient pas pour protéger du rayonnement thermique. Les fenêtres de type double vitrage ne conviennent pas non plus car elles dévient encore plus les faisceaux optiques qu'un simple vitrage et absorbent également le rayonnement infrarouge. Il existe également des fenêtres de verre traitées ITO qui limitent la io transmission du signal infrarouge à travers la fenêtre et limitent l'absorption du rayonnement thermique, cependant l'absorption résiduelle conduit à une augmentation de la température au centre du hublot et produit un gradient de température excessif du centre vers les bords. Dans les dispositifs cryogéniques, on utilise généralement des hublots is comprenant une fenêtre en saphir (AI2O3) de 1 à 2 millimètres d'épaisseur et dont une face est éventuellement recouverte d'un traitement anti-reflet à un rayonnement visible. Le matériau saphir permet d'une part de filtrer le rayonnement infrarouge pour des longueurs d'onde supérieures à 5-6 lm et d'autre part de conduire la chaleur, ce qui permet l'évacuation de la chaleur 20 par conduction via les parois de l'écran thermique et évite ainsi l'échauffement du hublot. Cependant, pour une fenêtre en Saphir de 2 mm d'épaisseur, il est nécessaire d'aligner les hublots à mieux que quelques milliradians, ce qui est extrêmement contraignant. Afin de minimiser les perturbations (décalage de faisceau, aberrations 25 optiques) induites par les hublots sur l'alignement optique, une approche consiste à utiliser des hublots aussi fins que possible. Pour atteindre une précision d'alignement de 3µm, l'épaisseur d'une fenêtre en saphir doit être réduite à environ 500 µm. Cependant, une telle réduction d'épaisseur dégrade les performances de l'écran thermique. En effet, une fenêtre en saphir de 500 30 pm d'épaisseur transmet 5 % du rayonnement thermique ambiant à 300K et en absorbe 45%. Le rayonnement transmis et le rayonnement absorbé constituent une charge thermique non négligeable pour le porte cible cryogénique et pour l'écran thermique. Une telle charge thermique peut mettre en péril la conformation de la cible qui reçoit plus de 5% du rayonnement 35 thermique ambiant.

Une première alternative consiste à utiliser une fenêtre de hublot dans un matériau bon conducteur thermique mais d'indice de réfraction et/ou d'épaisseur plus faible que le saphir, par exemple une fenêtre en cristal de MgF2 (d'indice de réfraction n=1.38) de 500pm d'épaisseur. Une telle fenêtre permet de réduire d'un facteur six certaines perturbations optiques impactant l'alignement de la cible par comparaison avec une fenêtre de saphir de 2 mm d'épaisseur (l'indice de réfraction du saphir est égal à 1.77). Cependant, le MgF2 transmet les rayonnements infrarouges jusqu'à 10pm, cette transmission étant d'autant plus importante que le hublot est fin. La lo transmission résiduelle de rayonnement infrarouge ambiant d'une fenêtre mince peut représenter de 5% à 22% du rayonnement thermique reçu par la fenêtre (respectivement 5% pour une fenêtre en Al203 et 22% pour une fenêtre en MgF2), ce qui représente une charge thermique considérable au niveau de la cible cryogénique. 15 Les propriétés d'écran thermique des matériaux étant généralement meilleures à épaisseur croissante, il semble a priori difficile de trouver une fenêtre pour écran thermique présentant une protection efficace contre les rayonnements thermiques et une faible épaisseur optique, pour ne pas 20 perturber l'alignement optique.

La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et de proposer un composant optique pour écran thermique qui soit à la fois réfléchissant aux rayonnements infrarouges, bon conducteur thermique et 25 transparent dans le domaine du visible et/ou proche infrarouge.

La présente invention concerne plus particulièrement un composant optique pour écran thermique destiné à être placé entre un milieu froid et un milieu chaud, ledit composant optique étant réfléchissant au rayonnement 30 infrarouge moyen et lointain, bon conducteur thermique et transparent à un rayonnement optique visible et/ou proche infrarouge, ledit composant optique comprenant : - un substrat ayant une première face destinée à être disposée vers le milieu froid et une seconde face destinée à être disposée vers le milieu 35 chaud, ledit substrat étant en matériau transparent à un rayonnement optique dans le domaine de longueurs d'onde du visible et/ou proche infrarouge et ledit matériau ayant une structure cristalline ou polycristalline de manière à avoir une bonne conductivité thermique, et - une couche mince déposée sur ladite seconde face du substrat, ladite s couche mince étant électriquement conductrice et ladite couche mince étant transparente à un rayonnement optique visible et/ou proche infrarouge et réfléchissante au rayonnement thermique infrarouge moyen et lointain.

io Selon différents aspects de modes de réalisation particuliers de l'invention : - le matériau du substrat est choisi parmi les matériaux suivants : MgF2, silice cristalline (ou quartz), Al2O3, silicium cristallin ou polycristallin, CaF2 et ZnSe ; - la conductivité thermique du substrat est comprise entre 5 W m' K-' et 15 6000 W m-' K-1; - la couche mince conductrice comprend une couche d'oxyde d'indium et d'étain (ITO), ou une couche d'oxyde de zinc (ZnO), ou une couche d'oxyde de zinc dopée aluminium (AZO) ou une couche d'oxyde d'étain (SnO2) ; 20 - l'épaisseur de la couche mince conductrice est comprise entre 100 nm et 1 micron ; - ladite première face comprend un traitement anti-reflet au rayonnement optique dans le domaine de longueurs d'onde visible et/ou proche infrarouge de manière à augmenter le coefficient de transmission du 25 composant dans le domaine visible et/ou proche infrarouge ; - ledit composant optique présente un coefficient de transmission moyen supérieur à 70% et/ou un pic de transmission supérieur à 90% dans le domaine visible et/ou proche infrarouge ; - ledit composant optique présente un coefficient de réflexion moyen 30 supérieur à 80% sur le domaine infrarouge moyen et lointain ; - l'épaisseur du composant est inférieure à 2 mm ; - ledit composant optique est choisi parmi les composants suivants : une lame à faces planes et parallèles, un prisme, une lentille, une galette de microlentilles et un prisme de lentilles. 35 L'invention concerne également un écran thermique comprenant un composant optique selon l'un quelconque des modes de réalisation décrits.

L'invention trouvera une application particulièrement avantageuse dans s une fenêtre d'écran thermique pour cible cryogénique.

La présente invention concerne également les caractéristiques qui ressortiront au cours de la description qui va suivre et qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement io possibles.

Cette description, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée en référence aux dessins annexés sur lesquels : 15 - la figure 1 représente schématiquement une cible cryogénique et un écran thermique exposés à des rayonnements optiques et thermiques ; - la figure 2 représente schématiquement une vue en coupe d'une lame à faces planes et parallèles et la déviation d'un faisceau optique lors de la traversée de la lame ; 20 - la figure 3 représente une vue en coupe d'une fenêtre d'écran thermique placée entre un milieu froid et un milieu chaud et représente schématiquement les différents échanges de rayonnements thermiques et optiques à travers la fenêtre ; - la figure 4 représente le spectre d'un corps noir à 294 K et les courbes 25 de transmission, réflexion et absorption d'une fenêtre mince en MgF2 relativement au rayonnement du corps noir sur le domaine spectral s'étendant de l'infrarouge moyen à l'infrarouge lointain ; - la figure 5 représente le spectre d'un corps noir à 294 K et les courbes de transmission, réflexion et absorption relativement au rayonnement du 30 corps noir, d'une fenêtre selon un mode de réalisation de l'invention sur le domaine spectral s'étendant de l'infrarouge moyen à l'infrarouge lointain ; - la figure 6 représente les courbes de transmission et réflexion optique dans le domaine visible proche infrarouge pour une fenêtre selon un mode de réalisation de l'invention. 35 Dans le présent document, on entend par : - rayonnement optique visible un rayonnement électro-magnétique, monochromatique ou non, dont la longueur d'onde est comprise entre 380 nm et 780 nm ; rayonnement proche infrarouge (NIR), un rayonnement dont la longueur d'onde est comprise entre 780 nm et 1.6 microns ; rayonnement infrarouge moyen, un rayonnement dont la longueur d'onde est comprise entre 2.5 microns et 25 microns et rayonnement infrarouge lointain, un rayonnement dont la longueur io d'onde est comprise entre 25 microns et 1 mm ; matériau ou composant réfléchissant sur un domaine spectral considéré, un matériau ou composant dont le coefficient de réflexion moyen sur le domaine spectral considéré est supérieur à 80%, matériau ou composant transparent sur un domaine spectral considéré, is un matériau ou composant dont le coefficient de transmission moyen sur le domaine spectral considéré est supérieur à 70% et/ou présentant un pic de transmission supérieur à 90% sur le domaine spectral considéré, longueur d'onde de coupure Xc d'un matériau, une longueur d'onde 20 séparant le domaine de faible partie imaginaire de l'indice de réfraction complexe du matériau (généralement dans le visible ou le proche infrarouge) du domaine où la partie imaginaire de son indice de réfraction complexe se met à augmenter fortement avec la longueur d'onde. 25 Le rayonnement thermique est essentiellement constitué par du rayonnement infrarouge moyen et/ou lointain. La figure 3 représente schématiquement une vue en coupe d'une portion d'écran thermique (2) monté entre une source froide (10) et une 30 source chaude (11). La source froide (10) peut par exemple représenter un échantillon à une température cryogénique. La source chaude (11) peut par exemple provenir du rayonnement thermique ambiant. L'écran thermique (2) comprend une fenêtre (6) pour le passage d'un faisceau optique (4) et est à une température intermédiaire entre la source chaude et la source froide.

Sur la figure 3, on a représenté les différents échanges de rayonnements optiques et thermiques par des flèches dont les épaisseurs respectives donnent une indication sur leur intensité relative. Ainsi, la flèche (4) représente un rayonnement optique incident sur la fenêtre (6) et la flèche (14) représente le rayonnement optique transmis par la fenêtre (6). Le rayonnement optique (4, 14) peut comprendre des longueurs d'onde dans le domaine visible et/ou proche infrarouge. La flèche (5) représente un rayonnement thermique infrarouge (moyen et/ou lointain) incident sur la fenêtre (6), la flèche (15) représente le rayonnement infrarouge moyen et/ou io lointain transmis par la fenêtre (6) et la flèche (25) représente le rayonnement infrarouge moyen et/ou lointain réfléchi par la fenêtre (6). Les flèches d'émission propre de la fenêtre, liées à sa température, ne sont pas représentées. La flèche (35) représente le rayonnement infrarouge moyen et/ou lointain absorbé par la fenêtre et transmis en direction des parois de is l'écran thermique (2) par conductance thermique. Une fenêtre classique pour écran thermique dans un dispositif cryogénique est constituée d'une lame de 2 à 5 mm d'épaisseur à faces planes et parallèles non traité ou traité anti-reflet pour améliorer la transmission dans le visible. 20 La figure 4 représente respectivement les courbes de transmission (T, ligne pointillée), absorption (A, ligne tiretée) et réflexion (R, ligne trait-tiret) d'une fenêtre en MgF2 d'épaisseur réduite à 500pm dans le domaine infrarouge moyen et/ou lointain par rapport au spectre (courbe CN294K en trait plein) de rayonnement thermique d'un corps noir ayant une température 25 de 294 K. Une des constatations faisant partie de l'invention est que globalement, la fenêtre mince en MgF2 transmet 22%, réfléchit 23 % et absorbe 55 % du rayonnement thermique du corps noir à 294K, le calcul étant intégré sur le domaine spectral de 2.5 à 100 µm. De manière plus détaillée, on observe sur 30 la figure 4 que la fenêtre en MgF2 transmet la plus grande partie du rayonnement thermique sur le domaine de longueurs d'onde compris entre environ 2 et 10 microns. La fenêtre MgF2 absorbe la majeure partie du rayonnement thermique sur le domaine spectral allant de 10 à 15 microns et de 22 à -35 µm. Enfin, la fenêtre MgF2 réfléchit le rayonnement thermique sur 35 les domaines de longueurs d'onde de 15 à 22 microns et de 35 à 40 pm. Le rayonnement thermique absorbé par la fenêtre MgF2 peut être évacué par conduction vers les parois de l'écran thermique. Il ressort de ce bilan qu'une fenêtre mince en MgF2 transmet (22%) et absorbe (55%) la majorité du signal infrarouge ce qui dégrade les 5 performances de l'écran thermique. Nous décrivons maintenant en détail un composant optique conforme à un mode de réalisation de l'invention. Ce composant optique est plus particulièrement destiné à l'écran thermique pour l'enceinte cryogénique de cible du laser Mégajoule. io Le composant optique (6) est formé d'un substrat (7) cristallin ou poly cristallin (en MgF2, quartz ou saphir...), dont une face (13) est recouverte d'une couche (8) électriquement conductrice dont les propriétés et l'épaisseur sont choisis de manière à transmettre le rayonnement visible et/ou proche infrarouge et à réfléchir le rayonnement infrarouge moyen et lointain, la is couche (8) étant disposée du côté de la source chaude (11). De préférence, on utilise un substrat (7) transparent dans le domaine du visible et une couche (8) également transparente dans le domaine de longueurs d'onde du visible, ce qui permet d'utiliser un faisceau optique d'alignement ou de visualisation dans le visible. 20 Dans un autre mode de réalisation particulier, on utilise un substrat (7) transparent dans le domaine de longueurs d'onde proche infrarouge, comme par exemple du silicium cristallin, qui n'est pas transparent dans le visible. On utilise alors une couche (8) également transparente dans le domaine de longueurs d'onde proche infrarouge, au-dessus de la longueur correspondant 25 au gap du silicium cristallin, ce qui permet d'utiliser un faisceau optique d'alignement ou de visualisation dans le domaine du proche infrarouge. Selon le mode de réalisation préféré, le composant optique (6) est une lame ayant deux faces (12, 13) planes et parallèles, le substrat (7) est en cristal de MgF2, dont une face (13) est recouverte d'une couche en oxyde 30 d'indium et d'étain (ou ITO pour indium Tin Oxide), la couche d'ITO ayant une épaisseur d'environ 240 nm. La face (13) recouverte d'une couche d'ITO est destinée à être placée côté chaud, c'est-à-dire vers l'extérieur de l'écran thermique, l'autre face (12) du substrat étant dirigée vers la cible cryogénique.

Selon un mode de réalisation particulier, la seconde face (12) du composant optique (6) est recouverte d'une couche anti-reflet dans le domaine du visible (coté cible). La figure 5 représente respectivement les courbes de transmission (T' ligne pointillée), absorption (A' ligne tiretée) et réflexion (R' ligne trait-tiret) dans l'infrarouge relativement au spectre (courbe CN294K en trait plein) d'un corps noir ayant une température de 294 K, pour une fenêtre (6) en MgF2 de 0.5 mm d'épaisseur dont une face est recouverte d'une couche (8) d'ITO de 240 nm d'épaisseur. io Premièrement, on observe sur la figure 5, que la fenêtre (6) de l'invention présente une transmission infrarouge T' intégrée sur le domaine 2.5-100 lm de 0,16% par rapport au spectre du corps noir, c'est-à-dire cent fois plus faible que la courbe de transmission infrarouge de la figure 4, pour une fenêtre en MgF2 sans traitement ITO. 15 Sur la figure 5, on observe également que la majeure partie (88%) du rayonnement infrarouge est réfléchi sur tout le domaine infrarouge moyen et lointain (de -3 à 50 microns). Une partie relativement faible (11.9%) du rayonnement thermique est absorbée par le composant optique (6) sur le spectre du corps noir. Au total, le rayonnement infrarouge absorbé par le 20 composant optique (6) est diminué d'un facteur cinq comparé à la fenêtre simple en MgF2 (cf Figures 4 et 5). Même si une partie du rayonnement thermique est absorbée par le composant optique (6), la conductivité thermique du substrat (7) cristallin de MgF2 permet d'évacuer par conduction la chaleur absorbée vers les parois de 25 l'écran thermique. Le substrat (7) cristallin ou poly cristallin présente une excellente conductivité thermique (généralement de 10 à 1000 fois supérieure à celle d'un matériau amorphe tel que le verre) ce qui permet une évacuation rapide de la charge calorique engendrée par l'absorption résiduelle du rayonnement à 300 K et évite ainsi l'échauffement de la fenêtre. Selon le type 30 de matériau cristallin ou polycristallin choisi pour le substrat (7) et la température, la conductivité thermique du substrat est comprise entre 5 W m-' K-' et 6000 W m-' K-1. Dans le mode de réalisation détaillé ci-dessus, l'épaisseur du substrat est de 500 µm. La bonne conductance du substrat (produit de la conductivité par l'épaisseur du substrat) permet de réduire le gradient de température entre le centre et les bords de la fenêtre à moins de 5 K.

La fenêtre (6) en MgF2 traitée ITO permet donc simultanément de réduire fortement les rayonnements thermiques transmis et absorbés. D'une part, le rayonnement thermique transmis à travers la fenêtre (6) est réduit d'un facteur 100 ce qui permet de réduire d'autant la charge thermique susceptible d'atteindre la cible cryogénique. D'autre part, le rayonnement thermique absorbé par la fenêtre (6) est réduit d'un facteur 5 par rapport à une même io fenêtre sans traitement ITO. Ainsi, la présence d'une fenêtre conforme à l'invention ne perturbe pas la fonction de l'écran thermique qui est de protéger la cible (1) face au rayonnement thermique ambiant. On obtient un composant optique dit « hublot froid », efficace pour la protection thermique. Le hublot reste froid car 15 il réfléchit mieux le rayonnement infrarouge qu'une fenêtre de MgF2 et conduit bien la chaleur résiduelle absorbée vers le support (2). La figure 6 représente les courbes de transmission et réflexion optique dans le domaine visible et proche infrarouge de la fenêtre en MgF2 traitée ITO décrite en lien avec la figure 5. On observe que la courbe de transmission 20 optique est maximum (%---95%) à une longueur d'onde visible de 532 nanomètres. L'épaisseur de la couche d'ITO a été choisie pour faire coïncider la position de ce pic avec la longueur d'onde du laser d'alignement de la cible. La fenêtre MgF2 réfléchit une partie du rayonnement visible (moins de 20%) et réfléchit plus fortement le rayonnement proche infrarouge (20-65% sur la 25 bande 760- 2550 nm). Le matériau du substrat est avantageusement un matériau bas indice de réfraction dans le visible de manière à diminuer les perturbations sur les faisceaux optiques d'alignement et à maximiser la transmission à 532 nm. Le composant optique (6) de l'invention offre donc les avantages de 30 présenter une forte réflexion et une faible absorption face au rayonnement thermique, tout en laissant passer avec un minimum de perturbations le faisceau optique d'alignement de la cible à 532 nm. Comme indiqué plus haut, la couche (8) électriquement conductrice est placée en face de la source chaude (15), par exemple en étant exposée à une 35 température ambiante de -300 K. L'épaisseur de la couche (8) conductrice ainsi que ses propriétés peuvent être choisies pour optimiser la transmission dans le visible ou proche infrarouge et maximiser la réflexion dans l'infrarouge moyen et lointain. Ainsi, pour diminuer le signal IR transmis par la fenêtre et augmenter le signal IR réfléchi, il faut augmenter l'épaisseur de la couche d'ITO. Au contraire, pour maximiser globalement la transmission dans le visible il faut réduire l'épaisseur de la couche d'ITO. Une autre manière d'optimiser la transmission à une longueur d'onde particulière du visible (532 nm par exemple) est de choisir l'épaisseur de la couche ITO de manière à réaliser une couche anti-reflet à la longueur d'onde en question. io En optimisant l'épaisseur (240 nm) et la stoechiométrie (par exemple 92,5% In2O3 et 7,5% SnO2 pour l'exemple cité plus haut) de la couche d'ITO, la couche (8) ayant une conductivité électrique de surface de l'ordre de 10n/ , on peut obtenir une fenêtre ayant une transmission à 532 nm supérieure à 90%, une réflexion infrarouge supérieure à 85% et une is transmission quasi nulle dans l'infrarouge. La fenêtre de l'invention permet donc simultanément de bloquer la transmission du signal infrarouge moyen et lointain en réfléchissant très efficacement le rayonnement infrarouge et de limiter l'absorption du signal infrarouge par le substrat, ce qui limite l'échauffement de la fenêtre. 20 Selon un mode de réalisation particulier, la fenêtre comprend en outre un traitement anti-reflet dans le visible déposé sur la face (12) du hublot disposée du côté de la cible cryogénique afin d'optimiser encore la transmission dans le visible. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrit ci-dessus. 25 Selon la longueur d'onde des faisceaux optiques visible ou proche infrarouge, il est possible de choisir différentes combinaisons de types de matériaux et d'épaisseurs qui conviennent pour le substrat cristallin et pour la couche conductrice. Par exemple, on peut choisir le matériau du substrat (7) parmi les 30 matériaux suivants : MgF2, CaF2, ZnSe, quartz (ou silice cristalline), silicium cristallin ou polycristallin, AI2O3 et le matériau de la couche (8) conductrice parmi ITO, ZnO, AZO (oxyde de zinc dopé aluminium) ou SnO2 dopé ou non. Dans le mode de réalisation préféré, le composant optique (6) est une lame à faces planes et parallèles. Toutefois, l'invention ne se limite pas à ce 35 mode de réalisation.

Selon d'autres modes de réalisation, le composant optique peut être par exemple une lentille fabriquée à partir d'un matériau cristallin et dont une face, destinée à être exposée au milieu chaud, est recouverte d'une couche (8) conductrice. Le composant optique (6) peut par exemple être une lentille plan-convexe, dont l'une des faces est recouverte d'une couche électriquement conductrice (8) conformément à l'invention. Selon un autre mode de réalisation, le composant optique (6) est une galette de microlentilles. Dans un autre mode de réalisation, le composant optique (6) est un prisme, ou encore un prisme de lentilles. io En conclusion, la fenêtre de l'invention transmet un minimum de rayonnement thermique et réfléchit au maximum le rayonnement thermique ambiant ce qui permet de réduire la charge thermique déposée sur l'écran thermique, avec un gain de l'ordre d'un facteur cinq par rapport à une fenêtre classique. Par ailleurs, la fenêtre de l'invention étant taillée dans un cristal bon is conducteur thermique, elle peut être maintenue à une température très basse (inférieure à 50K dans notre application) tout en étant très fine. De plus, la fenêtre de l'invention a une transmission élevée à la longueur d'onde des faisceaux d'alignement laser (transmission supérieure à 90% à 532 nm) et engendre une erreur d'alignement inférieure à quelques 20 microns. Dans l'application préférée, l'alignement se fait à 532nm. Donc dans le domaine visible. Cependant les mêmes hublots peuvent également être utilisés pendant une phase de caractérisation optique de la cible basée sur l'utilisation de rayonnement visible à 532 nm et de rayonnement proche IR à 25 1330 nm. On tolère cependant une transmission du hublot moindre dans le proche IR. L'invention permet d'obtenir un hublot froid transparent à un rayonnement optique visible, qui induit des perturbations optiques limitées (décalage faisceau, aberrations optiques) et qui reste froid car il réfléchit le 30 rayonnement infrarouge et conduit bien la chaleur résiduelle absorbée. L'invention permet d'obtenir un hublot froid de faible épaisseur qui présente d'excellentes performances en terme d'écran thermique. Une fenêtre selon l'invention peut même offrir une protection thermique supérieure à celle d'une fenêtre classique plus épaisse. Par ailleurs, la fenêtre de l'invention est 35 plus légère qu'une fenêtre classique. 25

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Composant optique (6) pour écran thermique (2) destiné à être placé entre un milieu froid (10) et un milieu chaud (11), ledit composant s optique (6) étant réfléchissant au rayonnement infrarouge moyen et lointain, bon conducteur thermique et transparent à un rayonnement optique visible et/ou proche infrarouge (4, 4a, 4b, 4c, 4d), ledit composant optique (6) comprenant : - un substrat (7) ayant une première face (12) destinée à être disposée io vers le milieu froid (10) et une seconde face (13) destinée à être disposée vers le milieu chaud (11), ledit substrat étant en matériau transparent à un rayonnement optique (4, 4a, 4b, 4c, 4d) dans le domaine de longueurs d'onde du visible et/ou proche infrarouge et ledit matériau ayant une structure cristalline ou polycristalline de manière à 15 avoir une bonne conductivité thermique, et - une couche mince (8) déposée sur ladite seconde face (13) du substrat (7), ladite couche mince (8) étant électriquement conductrice et ladite couche mince (8) étant transparente à un rayonnement optique (4, 4a, 4b, 4c, 4d) visible et/ou proche infrarouge et réfléchissante au 20 rayonnement thermique infrarouge moyen et lointain.
2. 2. Composant optique (6) selon la revendication 1 caractérisé en ce que la conductivité thermique du substrat (7) est comprise entre 5 W m-' K-' et 6000 W m-' K-1.
3. 3. Composant optique selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le matériau du substrat (7) est choisi parmi les matériaux suivants : MgF2, silice cristalline, AI2O3, silicium cristallin ou polycristallin, CaF2 et ZnSe. 30
4. 4. Composant optique (6) selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la couche mince (8) conductrice comprend une couche d'oxyde d'indium et d'étain (ITO), une couche d'oxyde de zinc (ZnO), une couche d'oxyde de zinc dopée aluminium (AZO) ou une couche 35 d'oxyde d'étain (SnO2).
5. 5. Composant optique (6) selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche mince (8) conductrice est comprise entre 100 nm et 1 micron.
6. 6. Composant optique (6) selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que ladite première face (12) comprend un traitement anti-reflet au rayonnement optique dans le domaine de longueurs d'onde visible et/ou proche infrarouge de manière à augmenter le coefficient de io transmission du composant dans le domaine visible et/ou proche infrarouge.
7. 7. Composant optique (6) selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que ledit composant optique présente un coefficient de 15 transmission moyen supérieur à 70% et/ou un pic de transmission supérieur à 90% dans le domaine visible et/ou proche infrarouge.
8. 8. Composant optique (6) selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que ledit composant optique présente un coefficient de réflexion 20 moyen supérieur à 80% sur le domaine infrarouge moyen et lointain.
9. 9. Composant optique (6) selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que l'épaisseur du composant (6) est inférieure à 2 mm. 25
10. 10. Composant optique (6) selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que ledit composant optique est choisi parmi les composants suivants : une lame à faces planes et parallèles, un prisme, une lentille, une galette de microlentilles et un prisme de lentilles. 30
11. 11. Écran thermique comprenant un composant optique (6) selon l'une des revendications 1 à 10.