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Auteur(s)
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Jacques SAPRIEL : Docteur ès Sciences - Ingénieur en Chef à France Télécom - Centre National d’Études des Télécommunications de Bagneux
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Lire l’articleINTRODUCTION
L’étude du phénomène d’interaction de la lumière avec les ondes acoustiques, ainsi que son implication dans des dispositifs variés (tels que les modulateurs et déflecteurs de lumière, filtres accordables et analyseurs de spectres, dispositifs divers de traitement du signal), a donné naissance à une science nouvelle : l’acousto-optique. Cette dernière a bénéficié, d’une part, des progrès constants des techniques de production des ultrasons à l’aide de transducteurs piézoélectriques de fréquences de plus en plus élevées, à larges bandes et à faibles pertes de conversion électromécanique, et, d’autre part, de l’évolution des techniques de croissance de cristaux ayant des propriétés acousto-optiques intéressantes (facteurs de mérite acousto-optique élevés et atténuation acoustique raisonnable). L’acousto-optique aura surtout connu un développement spectaculaire lors de l’avènement du laser dans les années soixante. Elle constitue, en effet, une méthode souple et élégante pour caractériser le champ ultrasonore point par point, ainsi que pour manipuler les faisceaux lasers, dont les sources se sont multipliées depuis quelques années.
Le phénomène d’interaction de la lumière avec les ondes acoustiques a été prévu par le physicien français Léon Brillouin en 1922. C’est seulement dix ans après qu’apparaissent les premières expériences traitant du couplage de la lumière et des ultrasons, simultanément aux États-Unis (Debye et Sears) et en France (Lucas et Biquard). Le traitement le plus général du phénomène d’interaction de la lumière avec les ondes acoustiques est assez ardu et nécessite de nombreux développements mathématiques qui peuvent paraître fastidieux au néophyte. Heureusement, sous certaines conditions, propres aux situations expérimentales les plus usuelles, les résultats peuvent s’exprimer sous forme d’expressions analytiques simples, auxquelles nous ferons exclusivement appel par la suite.
VERSIONS
- Version courante de oct. 2020 par Jean-Claude KASTELIK, Vincent LAUDE
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3. Conclusion
L’invention du laser, source optique cohérente par excellence, a rendu nécessaire sa manipulation électrique. Comme les photons ne transportent pas de charge, la seule façon de s’y prendre est d’induire électroniquement dans les dispositifs des modifications des propriétés optiques du milieu de propagation, soit directement par effet électro-optique, soit indirectement par effet acousto‐optique.
Cette dernière technique a des avantages évidents qui ont fait des trente dernières années une période explosive pour la recherche et le développement de l’acousto-optique. Nous avons montré en effet la dépendance de l’angle de déviation avec la fréquence du signal RF, le décalage de fréquence des photons diffractés par rapport aux photons incidents, et la modulation du faisceau laser par variation de l’amplitude du signal appliqué. Le traitement optique parallèle de plusieurs signaux envoyés simultanément est à l’évidence une performance remarquable de l’acousto-optique. Les applications militaires et civiles de l’acousto-optique sont nombreuses. Toutes n’ont pu être développées ici, en particulier celles concernant la modulation intracavité des lasers pour la production d’impulsions de lumières intenses, brèves et récurrentes (Q-switch, cavity dumpers, modelockers ).
L’acousto-optique guidée qui concerne les interactions de Bragg entre ondes optiques guidées et ondes acoustiques de surface est un domaine de l’optique intégrée qui a atteint une certaine maturité. Comme c’est le cas pour les circuits électroniques intégrés, les composants acousto-optiques intégrés les plus performants présentent des avantages de compacité, de légèreté, d’accessibilité du signal, par rapport à leurs équivalents de volume ; ils nécessitent moins de puissance électrique en fonctionnement, ils se prêtent mieux au développement en série et auront par conséquent la possibilité de coûter moins cher à l’avenir. Ils constitueront probablement les modules du futur des télécommunications par fibre optique monomode, du traitement du signal et des calculateurs optiques.
En plus de l’importance technologique et du marché économique représentés par les composants acousto-optiques, l’interaction de la lumière avec les ultrasons permet d’agir sur un faisceau acoustique qu’elle peut amplifier ou générer ; elle peut également...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - SAPRIEL (J.) - L’acousto-optique. - Monographie de physique. Masson (1976). Présente de manière succincte les différents aspects du sujet : physique fondamentale, matériaux et applications. Pour une introduction dans le domaine. Paru également en langue anglaise chez Wiley 1979 sous le titre « Acousto-optics ».
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(2) - ROSENBAUM (J.F.) - Bulk acoustic wave theory and devices. - Artech House (1988). Traite de l’acoustique et de l’acousto-optique de volume uniquement.
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(3) - KORPEL (A.) - Acousto-optics. - Marcel Dekker (1988). Surtout centré sur l’aspect fondamental. Contient également une partie historique bien documentée sur le sujet.
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(4) - GOUTZOULIS (A.P.), PAPE (D.R.) - Design and fabrication of acousto-optic devices. - Marcel Dekker (1994). Complète KORPEL (A.) - Acousto-optics.. Ne contient cependant aucune mention à l’acousto-optique intégrée.
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(5) - TSAI (C.S.) - Guided-wave acousto-optics. - Springer-Verlag (1990) Ouvrage spécialisé sur l’intégration...
SELB (J.) - Source virtuelle acousto-optique pour l’imagerie des milieux diffusants. - Paris Sud 2002.
SAKKOUR (A.) - Conception et réalisation d’un séparateur acousto-optique de polarisation. - Valenciennes et Hainaut-Cambrésis 2002.
SAINTE-ROSE (F.) - Modulateur acousto-optique à puits quantiques : étude théorique et expérimentale. - Valenciennes et Hainaut-Cambrésis 2001.
MÉVEL (Y.) - Étude d’une cellule acousto-optique à multi-transducteurs : application à un dispositif de commutation de paquets optiques. - Valenciennes et Hainaut-Cambrésis 2001.
HAUT DE PAGE2 Écoles spécialisées en acoustique et en acousto-optique
Tous les 3 ans a lieu à Erice (Sicile) un cours pour chercheurs spécialisés et étudiants avancés à l’occasion de « International School on Physical Acoustics ». Le 4e cours (3-10 octobre 1991) de cette école, intitulé Acoustic Sensing and Probing, a été publié par World Scientific (Éditeur Alippi) et traite également d’acousto-optique.
Tous les 3 ans a lieu en Pologne sous l’impulsion de l’université de Gdansk (Prof. A. Sliwinski) une école de printemps d’une durée d’une semaine sur l’acousto-optique et ses applications. Les communications présentées lors de la 5e et dernière session (mai 1992) ont été publiées dans la revue SPIE (Proceedings Series...
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