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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2516236A1
Family ID 4921590
Probable Assignee Commissariat A Lenergie Atomique Et Aux Energies
Alternatives
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title DISPOSITIF ET PROCEDE POUR MESURER LES DEFORMATIONS DE
SURFACE D'ONDE INTRODUITES PAR UN SYSTEME OPTIQUE
EN Title OPTICAL SYSTEM WAVEFRONT DISTORTION MEASUREMENT DEVICE -
PERFORMS PHASE COMPARISON OF BRAGG CELL EXCITATION AND DIFFRACTED-BEAM
PHOTOCURRENT
Abstract
_________________________________________________________________
L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF DE MESURE DES DEFORMATIONS DE
SURFACE D'ONDE INTRODUITES PAR UN OBJECTIF, COMPRENANT UNE SOURCE 2
EMETTANT DE LA LUMIERE COHERENTE DE FREQUENCENO; DES MOYENS 6 POUR
CREER UN FAISCEAU DE REFERENCE 8 ET UN FAISCEAU DE MESURE 10; UNE
CELLULE DE BRAGG 12, RECEVANT ET TRANSMETTANT LESDITS FAISCEAUX,
EXCITEE PAR DES ONDES RADIOFREQUENCES DE FREQUENCE F EMISES PAR UN
GENERATEUR 16, LE FAISCEAU DE REFERENCE TRANSMIS AYANT LA FREQUENCE NO
ET LE FAISCEAU DE MESURE DIFFRACTE PAR LA CELLULE AYANT UNE
FREQUENCENO F; DES MOYENS 20 POUR ENVOYER LES FAISCEAUX ISSUS DE LA
CELLULE VERS L'OBJECTIF 18 A TESTER; DES MOYENS DE DETECTION 24
TRANSFORMANT LE SIGNAL LUMINEUX ISSU DE L'OBJECTIF EN UN SIGNAL
ELECTRIQUE DE FREQUENCE F ET DE PHASE PH, CARACTERISTIQUE DES
DEFORMATIONS DE SURFACE D'ONDE INTRODUITES PAR L'OBJECTIF; ET, DES
MOYENS 26 POUR MESURER LE DEPHASAGE ENTRE LA PHASE DU SIGNAL
ELECTRIQUE ISSU DES MOYENS DE DETECTION ET LA PHASE D'UN SIGNAL
ELECTRIQUE CORRESPONDANT AUX ONDES RADIOFREQUENCES.
Coherent light from a source (2) is divided by a separator cube (6)
into a reference beam (8) and a measuring beam (10) which is reflected
by a mirror (14). The two beams intersect in a Bragg cell (12) which
is excited by a RF generator (16). The reference and diffracted
measuring beams are directed by a lens (20) to the optical system (18)
under test. Sinusoidal interference fringes formed at a slit (22) are
translated at a uniform rate and detected by e.g. a photomultiplier
(24). Wavefront distortion introduced by the optical system (18) is
indicated by the phase of the photomultiplier output, which is
compared (26) with the phase of the RF generator (16).
Description
_________________________________________________________________
La presente invention a pour objet un dispositif et un procede
permettant de mesurer les deformations de surface d'onde introduites
par un systeme optique et notamment par un objectif, ces deformations
etant principalement liees a la fonction de transfert du systeme
optique en eclairage coherent. Cette mesure est effectuee a partir de
l'etude de la transmission, par le systeme optique, d'ondes lumineuses
sinusolda- les et coherentes.
On va brievement rappeler le principe d'une telle mesure.
En lumiere coherente, l'image d'une repartition sinusoidale
d'intensite, fournie par un systeme optique, est une repartition
sinusoldale d'intensite de meme amplitude mais de phase differente. La
phases de la repartition sinusoldale image depend de la qualite de
transmission du systeme optique. Cette phase? qui definit la fonction
de transfert du systeme optique en eclairage coherent depend d'un
coefficient A qui caracterise les deformations de surface d'onde
introduites par le systeme optique et qui depend, lui meme, de la
frequence temporelle c de l'onde lumineu- se.
La definition du coefficient d est illustree par la figure 1. Sur
cette figure 0 et 4:representent respectivement la surface d'onde de
reference et la surface d'onde reelle de l'onde lumineuse transmise
par le systeme optique. Dans le cas ou on aurait affaire a un systeme
optique parfait, c'est-a-dire sans aberration, la surface d'onde filet
la surface d'onde fi-0 seraient confondues. La surface d'onde de
reference peut etre definie comme etant la sphere centree par le point
image A et tangente a la pupille de sortie P du systeme optique.
Soit une droite d faisant un angle e avec un axe x representant la
direction de propagation de l'onde lumineuse. Cette droite d coupe la
surface d'onde de reference o en un point I et la surface d'onde
reelle #en un point J. La valeur algebrique 7J represente le
coefficient #.
Pour une longueur d'onde lumineuse donnee X, la frequence temporelle Q
de l'onde transmise par le systeme optique est definie par la relation
= sin#/# et la phase # (#) de cette onde est definie par # (#) = 2# #
(#)/#
Les dispositifs connus jusqu'a ce jour ne permettent pas de determiner
directement le coefficient A (9) d'un systeme optique et donc de
determiner directement les deformations de surfaces d'onde introduites
par celui-ci; la determination de ces deformations, au moyen des
dispositifs de l'art anterieur est tres complexe a effectuer.
La presente invention a justement pour objet un dispositif et un
procede permettant de remedier a ces inconvenients. De mise en oeuvre
simple, elle permet la determination directe des deformations de
surface d'onde introduites par un systeme optique.
De facon plus precise, l'invention a pour objet un dispositif
permettant de mesurer les deformations de surface d'onde introduites
par un systeme optique, comprenant au moins un objectif. Ce dispositif
se caracterise en ce qu'il comprend - des moyens susceptibles
d'emettre un faisceau principal de lu raviere monochrcmatique et
coherente de freauer.ce temporelle - une cellule de Bragg susceptible
de recevoir au moins un faisceau en provenance des moyens d'emis sion,
cette cellule etant excitee par des ondes ra diofrequences emises par
un generateur radiofre quence de facon a emettre un faisceau de
reference et un faisceau de mesure presentant des frequences
temporelles differentes;; - des moyens permettant d'envoyer le
faisceau de refe rence et le faisceau de mesure, issus de la cellule
de Bragg, en direction du systeme optique a tester - des moyens de
detection aptes a transformer le si gnal lumineux issu du systeme
optique en un signal electrique de frequence egale a la difference des
frequences temporelles des faisceaux emis par la cellule de Bragg et
dont la phase P est caracteris tic des deformations de surface d'onde
introduites par ledit systeme; et, - des moyens permettant de mesurer
le dephasage entre la phase du signal electrique emis par les moyens
de detection et la phase d'un signal electrique corres pondant aux
ondes radiofrequences servant a exciter la cellule de Bragg.
Le dispositif de l'invention permet, contrairement aux dispositifs
connus, la determination directe des deformations de surface d'onde
introduites par un systeme optique qui peut etre un simple objectif.
Cette determination se fait de facon simple et de facon precise
puisque la mesure du dephasage entre deux signaux electriques est une
mesure simple et qui peut etre effectuee avec une grande precision. De
plus, la simplicite de la mesure reside dans l'utilisation d'une
lumiere monochromatique et coherente.
I1 est a noter que le dispositif de llinven- tion, contrairement au
dispositif de l'art anterieur, ne comporte aucun element mecanique
mobile.
Selon une premiere variante de realisation du dispositif de
l'invention, la cellule de Bragg est excitee par deux ondes
radiofrequences de frequences differentes de facon a engendrer 1 par
diffraction du faisceau principal, le faisceau de reference et le
faisceau de mesure.
Selon une deuxieme variante de realisation du dispositif de
l'invention, celui-ci comprend des moyens permettant de separer le
faisceau principal en un faisceau de reference et en un faisceau de
mesure et la cellule de Bragg est excitee par une seule onde
radiofrequence de facon a transmettre directement le faisceau de
reference et a transmettre par diffraction le faisceau de mesure.
Selon un mode prefere de realisation du dispositif de l'invention,
celui-ci comprend, de plus, une fente situee dans--le plan image du
systeme optique a tester.
Selon un autre mode prefere de realisation du dispositif de
l'invention, les moyens permettant d'envoyer les faisceaux de
reference et de mesure en direction du systeme optique a tester sont
constitues d'au moins une lentille convergente.
Selon un autremode prefere de realisation du dispositif de
l'invention, celui-ci comprend, de plus, apres les moyens de
separation, des moyens permettant de renvoyer le faisceau de mesure en
direction de la cellule de Bragg, ce faisceau ayant ete devie par les
moyens de separation.
Selon un autre mode prefere de realisation du dispositif de
l'invention, les moyens emettant le faisceau principal de lumiere
monochromatique et coherente. sont constitues par un laser.
L'invention a aussi pour objet un procede de mesure des deformations
de surface d'onde introduites par un systeme optique utilisant le
dispositif tel que decrit precedemment. Ce procede se caracterise en
ce qu'il consiste a - diriger sur la cellule de Bragg au moins un
faisceau de lumiere monochromatique et coherente, cette cel lule,
excitee par des ondes radiofrequences emises par un generateur
radiofrequence, etant apte a emet tre un faisceau de reference et un
faisceau de mesu re presentant des frequences temporelles differen tes
- envoyer sur le systeme optique a tester le faisceau de reference et
le faisceau de mesure issus de ladi te cellule - detecter le signal
lumineux issu du systeme optique au moyen d'un detecteur apte a'
transformer ce signal lumineux en un signal electrique de frequence
egale a la differenc Isfrequences temporeles des faisceaux emis par la
cellule de Bragg et dont la phase P est ca racteristique des
deformations de surface d'onde in troduites par ledit systeme; et, -
mesurer le dephasage entre la phase du signal elec tric emis par le
detecteur et la phase d'un signal electrique correspondant aux ondes
radiofrequences servant a exciter la cellule de Bragg.
Selon une premiere variante de mise en oeuvre du procede de
l'invention, on envoie sur la cellule de Bragg un faisceau lumineux
principal et on excite ladite cellule au moyen de deux ondes
radiofrequences de frequences differentes de facon a engendrer le
faisceau de reference et le faisceau de mesure par diffraction du
faisceau principal.
Selon une deuxieme variante de mise en oeuvre du procede de
l'invention, on envoie sur la cellule de Bragg le faisceau de
reference et le faisceau de mesure et on excite'ladite cellule au
moyen d'une seule onde radiofrequence de facon a transmettre
directement le faisceau de reference et a transmettre le faisceau de
mesure par diffraction.
Selon un mode prefere de mise en oeuvre du procede de l'invention,
avant de mesurer les deforma tions de surface d'onde introduites par
le systeme optique a tester, on etalonne le dispositif en determinant
l'evolution de la phase du signal electrique emis par le detecteur,
cet etalonnage etant fait en l'absence du systeme optique a tester et
en placant la fente directement dans le plan image de la lentille.
D'autres caracteristiques et avantages de l'invention ressortiront
mieux de la description qui va suivre, donnee a titre illustratif mais
non limitatif, en reference aux figures annexees sur lesquelles: - la
figure 1, deja decrite, definit les de-formations de surface d'onde
introduites. par un systeme optique, - la figure 2 represente,
schematiquement, une premiere variante du dispositif de l'invention.
- la figure 3 represente, schematiquement, une deuxie me variante du
dispositif de l'invention.
Sur la figure 2, on a represente une premiere variante du dispositif
de l'invention. Ce dispositif comprend, notamment, une source
lumineuse 2 susceptible d'emettre un faisceau principal de lumiere 4
monochromatique et coherente de frequence temporelle vo, qui peut etre
par exemple un laser, et des moyens tels qu'un cube separateur 6,
permettant de separer le faisceau de lumiere 4 en deux faisceaux
lumineux, un faisceau de reference 8 et un faisceau de mesure 10.
Ce dispositif comprend, de plus, selon l'invention, une cellule de
Bragg 12 susceptible de recevoir les deux faisceaux lumineux 8 et 10,
le faisceau de mesure 10, devie par les moyens de separation 6, etant
renvoye en direction de la cellule au moyen d'un miroir reflechissant
tel que 14. Cette cellule de
Bragg, ou cellule acousto-optique, est faite en un cristal de quartz
couple a un transducteur piezoelec tric. Dans cette variante, la
cellule deBragg peut etre excitee par des ondes radiofrequences de
frequence f, emises par un generateur radiofrequence 16.Cette cellule
12 excitee peut transmettre directement le faisceau de reference 8, ce
faisceau 8 presentant, alors, la frequence tamporelle v o, et
diffracter le faisceau de mesure 10, ce faisceau 10 presentant, alors,
une frequence temporelle v o + f, f etant la frequence d'excitation de
la cellule.
La diffraction du faisceau de mesure l0-est obtenue par une
modification de l'indice de refraction de la cellule, consecutive aux
ondes radiofrequences excitant ladite cellule. Les traits representes
dans la cellule de Bragg representent les plans de vibration ou plans
d'onde du cristal au niveau desquels peut etre diffracte le faisceau
de mesure 10.
La valeur de la frequence f d'excitation de la cellule, donc celle de
la frequence spatiale peut etre modifiee de facon continue par action
directe sur le generateur radiofrequence 16. Cette frequence spa-
tiale 9 peut varier dans une gamme de valeurs comprise entre O et Vc,
Vc representant la frequence de coupure du systeme optique 18 que l'on
desire tester, ce systeme optique pouvant etre un simple objectif.
Sur la figure 3, on a represente une deuxieme me variante du
dispositif de l'invention. Ce dispositif comprend comme precedemment
une source lumineuse 2 susceptible d'emettre un faisceau principal de
lumiere 4 monochromatique et coherente de frequence temporelle
Q,, qui peut etre par exemple un laser, et une cellule de Bragg 12.
Dans cette variante Cellule de Bragg 12 qui est susceptible de
recevoir directement le faisceau principal de lumiere 4, est excitee
par deux ondes radiofrequences emises par un generateur radiofre
quence 16. L'une de ces ondes presente une frequence fixe fo, llautre
une frequence pouvant etre modifiee de facon continue.La cellule de
Bragg 12, ainsi excitee, peut emettre par diffraction du faisceau
principal 4 un premier faisceau 8 servant de faisceau de reference et
presentant une frequence temporelle Qo + fo et un deuxieme faisceau
lumineux servant de faisceau de mesure 10 et presentant une frequence
temporelle Qo + f La diffraction du faisceau principal 4 par la
cellule de Bragg est obtenue comme precedemment
Dans cette variante, l'onde radiofrequence, de frequence variable f,
est telle que fo - #f less than f less than fo+ #f, 2 2 bf etant la
bande passante de la cellule de Bragg.
Pour les deux variantes decrites ci-dessus, le dispositif de
l'invention comprend, aussi, une lentille convergente 20 permettant
d'envoyer le faisceau de reference 8 et le faisceau de mesure 10,
issus de la cellule de Bragg, en direction du systeme optique 18. De
plus, cette lentille 20 permet d'adapter les caracteristiques
angulaires de la cellule de Bragg (angle de diffraction des faisceaux
lumineux) en fonction de celles des systeme optiques a tester (angle
e).
Le dispositif de l'invention comprend, de plus, une fente 22 placee
dans le plan image du systeme optique a etudier. Sur cette fente 22,
un systeme de franges d'interferences sinusoidales est forme a partir
des deux faisceaux lumineux 8 et 10, transmis par le systeme optique
18. Etant donne que les deux faisceaux lumineux qui interferent ne
presentent pas la meme frequence temporelle, 0o ou J o+fo pour le
faisceau de reference 8, etoo + f pour le faisceau de mesure 10, les
franges d'interferences se translatent a une vitesse uniforme.
Le signal lumineux, resultant de la translation uniforme des franges
d'interference, peut etre recueilli par un detecteur 24 qui transforme
ce signal en un signal electrique de frequence egale a la difference
des frequences temporelles des faisceaux lumineux 8 et 10,
c'est-a-dire de frequence f pour 3apres miere variante et de frequence
f-fo pour la deuxieme.
La phase P de ce signal electrique est caracteristique des
deformations de surface d'onde introduites par le systeme optique 18.
Cette phase F peut etre mesuree par un dispositif 26, qui peut etre
par exemple un phasemetre, qui compare la phase du signal electrique
delivre par le detecteur 24 et la phase d'un signal electrique
correspondant aux ondes radiofrequences emises par le generateur
radiofrequence 16. Le signal electrique correspondant aux ondes
radiofrequences emises par le generateur 16 est engendre par le
generateur lui-meme.
La mesure des deformations de surface d'onde introduites par un
systeme optique se fait comme decrit ci-dessus. Cependant, avant de
mesurer ces deformations il est necessaire d'effectuer un etalonnage
du dispositif afin de s'assurer que la phase du signal electrique,
delivree par le detecteur 24, est bien la phase t caracteristique du
systeme optique que l'on etudie. Cet etalonnage consiste a mesurer
l'evolution de la phase, introduite par le dispositif 'lui-meme, en
placant la fente 22 directement dans le plan image de la lentille
convergente 20,.et ce, en l'absence du systeme optique a etudier.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1. Dispositif de mesure desefcrmatonsdesurface d'onde introdwtespar un
systeme optique (18) oemprenant au moins un objectif, caracterise en
ce qu'il comprend - des moyens (2) susceptibles d'emettre un
faisceauprincipal de lumiere (4) monochromatique et coherente - une
cellule de Bragg (12) susceptible de recevoir aumoins un faisceau (4,.
8, 10) en provenance desmoyens demission (2), cette cellule etant
exciteepar des ondes radiofrequences emises par un generateur
radiofrequence (16) de facon a emettre unfaisceau de reference (8) et
un faisceau de mesure(10) presentant des frequences temporelles
differentes;; - des moyens (20) permettant d'envoyer le faisceau
dereference (8) et le faisceau de mesure (10), issusde la cellule de
Bragg (12), en direction du systemeoptique (18) a tester; - des moyens
de detection (24) aptes a transformer lesignal lumineux issu du
systeme optique (18) en unsignal electrique de frequence egale a la
differencedes frequences temporelles des faisceaux (8, 10)emis par la
cellule de Bragg (12) et dont la phase /est caracteristique des
deformations de surfaced'onde introduites par ledit systeme; et, - des
moyens (26) permettant de mesurer le dephasageentre la phase du signal
electrique emis par lesmoyens de detection (24) et la phase d'un
signalelectrique correspondant aux ondes radiofrequencesservant a
exciter la cellule de Bragg (12).
2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caracterise en ce
que la cellule de Bragg (12) est excitee par deux ondes
radiofrequences de frequences differentes de facon a engendrer, par
diffraction du faisceau principal (4)j le faisceau de reference (8) et
le faisceau de mesure (10).
3. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caracterise en ce qu
tir comprend des moyens (6) permettant de separer le faisceau
principal (4) en un faisceau de reference (8) et en un faisceau de
mesure (10) et en ce que la cellule de Bragg (12) est excitee par une
seule onde radiofrequence de facon a transmettre directement le
faisceau de reference (8) et a transmettre par diffraction le faisceau
de mesure (in).
4. Dispositif de mesure selon la revendication 3, caracterise en ce
que les moyens de separation sont constitues par un cube separateur
(6).
5. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 3 et
4, caracterise en ce qu'il comprend, de plus, apres les moyens de
separation (6), des moyens (14) permettant de renvoyer le faisceau de
mesure (10) en direction de la cellule de Bragg (12), ce faisceau
ayant ete devie par les moyens de separation (6).
6. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 a
5, caracterise en ce qu'il comprend, de plus, une fente (22) situee
dans le plan image du systeme optique (18) a tester.
7. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 a
6, caracterise en ce que les moyens permettant d'envoyer les faisceaux
de reference (8) et de mesure (10) en direction du systeme optique
(18) a tester sont constitues d'au moins une lentille convergente
(20).
8. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 a
7, caracterise en ce que les moyens emettant le faisceau principal de
lumiere monochromatique et coherente sont constitues par un laser (2).
9. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 a
8, caracterise en ce que les moyens de mesure sont constitues par un
phasemetre (26).
10. Procede de mesure des deformations de surface d'onde introduites
par un systeme optique (18) utilisant le dispositif selon l'une
quelconque des revendications 6 a 9, caracterise en ce qu'il consiste
a: - diriger sur la cellule de Bragg (12) au moins unfaisceau (4, 8,
10) de lumiere monochromatique etcoherente, cette cellule, excitee par
des ondes ra-diofrequences emises par un generateur radiofrequence (16
greater than, etant apte a emettre un faisceau dereference (8) et un
faisceau de mesure (10) presentant des frequences temporelles
differentes; - envoyer sur le systeme optique a tester (18) lefaisceau
de reference (8) et le faisceau de mesure(10) issus de ladite cellule
(12);; - detecter le signal lumineux issu du systeme optique(18) au
moyen d'un detecteur (24) apte a transformerce signal lumineux en un
signal electrique de frequence egale a la difference des frequences
temporelies des faisceaux (8, 10) emis par la cellule deBragg (12) et
dont la phase p est caracteristiquedes deformations de surface d'onde
introduites parledit systeme; ett - mesurer le dephasage entre la
phase du signal electrique emis par le detecteur (24) et la phase
d'unsignal electrique correspondant aux ondes radiofrequences servant
a exciter la cellule de Bragg.
11. Procede de mesure selon la revendication 10, caracterise en ce que
l'on envoie sur la cellule de Bragg (12) un faisceau lumineux
principal (4) et en ce que l'on excite ladite cellule au moyen de deux
ondes radiofrequences de frequences differentes de fa con a engendrer
le faisceau de reference (8) et le faisceau de mesure (10) par
diffraction du faisceau principal (4).
12. Procede de mesure selon la revendication 10, caracterise en ce que
l'on envoie sur la cellule de Bragg (12) le faisceau de reference (8)
et le faisceau de mesure (10) et en ce que l'on excite ladite cellule
au moyen d'une seule onde radiofrequence de facon a transmettre
directement le faisceau de reference (8) et a transmettre le faisceau
de mesure (10) par diffraction.
13. Procede de mesure selon l'une quelconque des revendications 10 a
12, caracterise en ce que l'on modifie de facon continue la frequence
des ondes radiofrequences par action directe sur le generateur
radiofrequence (16).
14. Procede de mesure selon l'une quelconque des revendications 10 a
13, caracterise en ce que, avant de mesurer les deformations de
surface d'onde introduites par le systeme optique a tester (18), on
etalonne le dispositif en determinant l'evolution de la phase du
signal electrique emis par le detecteur (24), cet etalonnage etant
fait en l'absence du systeme me optique a tester et en placant la
fente (22) directement dans le plan image de la lentille convergente
(20).
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within it that fit into these categories.
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identitfied items in that section.
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in order.
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Try these out to best understand how they work, and to discover if
they are of use to you.
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the main publication section (here in the middle of the screen).
Click them for further information and insights (including
chemical structure diagrams where available).
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