FILTRO ÓPTICO CONMUTABLE CON CRISTALES FOTÓNICOS.

El campo de la invención es el de contra-contra-medida óptica o CCMO frente a la niebla incluso a la destrucción provocada por equipos optrónicos de contra-medida; se refiere a la protección de los equipos optrónicos frente a la amenaza de los láseres especialmente de los láseres ágiles en frecuencia de impulsos muy cortos instalados en estos dispositivos de contra-medida. Se recuerda que un láser ágil en frecuencia es un láser apto para cambiar rápidamente sus frecuencias de emisión (típicamente en un lapso de tiempo que se escalonan del microsegundo al milisegundo), a la vez que conserva una frecuencia estable durante la emisión; se trata generalmente de un láser impulsional. Las bandas ópticas exploradas son típicamente las de los campos visible (0,4 - 0,8 µm), próximo infrarrojo (0,8 - 2 µm) e infrarrojo banda II (banda 3 -5 µm) y banda III (banda 8-12 µm). Las tecnologías actuales de protección se pueden clasificar en 4 grandes grupos. - Obturadores mecánicos: es el sistema más sencillo que se puede posicionar internamente o externamente, pero que no es eficaz contra los láseres impulsionales. El mando mecánico no permite posicionar lo suficientemente rápido la pieza mecánica, la densidad óptica o el filtro absorbente durante la agresión: en efecto, la duración de posicionamiento es superior al milisegundo. - Filtros fijos: utilizan las propiedades de reflexión o dabsorción de los materiales utilizados y se centran alrededor de una longitud de onda. Se pueden utilizar contra los láseres impulsionales o continuos. Los filtros interferenciales que forman el concepto más usado para rechazar las longitudes de onda indeseables, están constituidos comúnmente por multicapas de materiales dieléctricos depositados sobre un sustrato. Una baja tolerancia al ángulo de incidencia de la amenaza y el impacto de estos filtros sobre los rendimientos ópticos del sistema optrónico presentan limitaciones técnicas importantes. Asimismo, estos filtros no pueden responder a la necesidad de protección respecto de los láseres ágiles en frecuencia. - Filtros conmutables que utilizan las propiedades de reflexión o de absorción de materiales activos que presentan una pasabanda óptica controlable en función del tiempo. Se pueden usar contra los láseres continuos o de impulsos largos. Los materiales pueden ser electroactivos. El tiempo de activación es del orden del microsegundo al milisegundo, lo cual no permite responder correctamente a la necesidad de protección respecto de los láseres ágiles en frecuencia. - Limitadores ópticos activos o pasivos. Los limitadores activos se disparan mediante una fuente de energía exterior, una tensión eléctrica por ejemplo. De este modo se pueden construir válvulas ópticas con una mezcla de compuestos de polímero-cristales líquidos (PDLC o Polymer Dispersed Liquid Crystal). La mezcla PDLC es homogénea y transparente cuando se aplica la tensión de mando: en efecto esta tensión de mando permite la alineación de las bolas de cristales líquidos. Cuando se anula la tensión, las bolas se disponen aleatoriamente en la estructura y el material se vuelve difusor. E sistema pasa de este modo de un estado de paso óptico a un estado de bloqueo óptico. El tiempo de respuesta está limitado por la viscosidad del cristal líquido, lo cual corresponde a las rotaciones de las moléculas. Los limitadores denominados pasivos son disparados por el impulso láser, dependiendo el disparo entonces de la potencia láser; otros conceptos de limitadores están ligados a los cambios del índice de refracción del material debidos a la elevación de temperatura interna. Los efectos no lineales se pueden producir en los líquidos, sólidos y gases. La explotación de estos efectos permite diseñar diferentes limitadores. Se recuerda que los diferentes efectos non lineales se describen mediante un desarrollo en serie de Taylor de la polarizabilidad óptica P en función del campo eléctrico E. Los términos de la serie representan los tensores de susceptibilidad. El tensor de susceptibilidad del primer orden está ligado al campo óptico lineal del material, al índice lineal de refracción, a la absorción lineal. El segundo orden del tensor de susceptibilidad incluye los efectos fotorrefractivos, electroópticos. El tercer orden describe la absorción de dos fotones, la absorción saturable. La absorción de dos fotones (ADP) es un efecto del tercer orden a lo largo del cual hay un paso del estado fundamental hacia el estado excitado por absorción simultánea de dos fotones de frecuencia . Labsorción se puede escribir en este caso = 0+ß0 / donde ß0 es el coeficiente de ADP, 0 es el coeficiente de absorción lineal del material considerado y I es la iluminación energética (en W.m -2 ) asociada al campo electromagnético. Asimismo, uso trabajos recientes han evidenciado que el fenómeno de absorción no lineal puede ser exaltado por procesos de absorción en estado excitado inducidos por ADP; estos efectos son observados a nivel de flujo elevado y se ha podido establecer que el término de reabsorción en estado excitado es un fenómeno preponderante en la absorción no lineal. La eficacia de estos limitadores está naturalmente ligada al umbral de disparo del material non lineal. Para alcanzar estos umbrales de disparo, a menudo es necesario posicionar estos limitadores en los planos focales intermedios 2   con el fin de aumentar artificialmente la focalización del haz láser, aumentando por lo tanto las densidades de energía por unidad de superficie. Ya se han estudiado materiales no lineales en capas homogéneas o en suspensión en soluciones. En la banda Visible / PIR, los siguientes materiales en suspensión: CBS (Carbon Black Suspension) Porfirina PDLC Las suspensiones de negro de carbón (CBS) presentan una estabilidad limitada que está ligada a su transmisión lineal. La dilución necesaria para obtener une solución transparente implica una dilución fuerte, y esto reduce la estabilidad de la solución. En banda IR II, los siguientes materiales en capas: InAs, VO2, HgCdTe. En banda IR III, los siguientes materiales en capas: InSb, VO2. Los limitadores actuales basados en estos materiales necesitan además, posicionar los limitadores en un plano focal intermedio, de intensidades muy fuertes para bascular del estado de paso al estado de bloqueo, lo cual implica el añadido de costosas y voluminosas ópticas en los dispositivos a proteger. Las protecciones son raramente de banda ancha, son sensibles al ángulo de incidencia de la amenaza (de ahí la necesidad de colocar el limitador en un plano focal intermedio) y presentan un contraste insuficiente entre el estado de paso (transparente) y el estado de bloqueo (opaco): el contraste del coeficiente de transmisión es por ejemplo igual a 60/0,05; este contraste se da en porcentaje de transmisión. Se divulgan limitadores óptico en el documento US 2003/0189758, "Ultra fast Bragg switching induced by a transition in a 3 D photonic crystal", D. A. Mazurenko et al., SPIE vol 5450 y "Phase transition governed opal-VO2 photonic crystal", V.G. Goluber et al, AIP, Vol 79, No 41 El objeto de la invención es proponer un filtro óptico que no presente los inconvenientes anteriormente mecionados. Con el fin de mejorar estos limitadores o filtros no lineales, se utilizan cristales fotónicos: estos cristales artificiales permiten modificar artificialmente las propiedades ópticas de los materiales no lineales que constituyen estos limitadores. Más concretamente la invención tiene por objeto un limitador óptico pasivo tal como se define en la reivindicación 1. La distancia entre los centros de las microestructuras es por ejemplo invariable. Ventajosamente, las microestructuras están dispuestas en el cristal según una red que puede ser una red de mallas cúbicas o hexagonales. Según un modo de explotación de la invención, el material no lineal es VO2 y el cristal es zafiro. Típicamente, las microestructuras están dispuestas según 5 a 100 capas, dimensión de las microestructuras está comprendida entre 40 nm y 300 nm y la red tiene un paso comprendido entre 100 nm y 2 µm. Según una característica de la invención, el filtro presenta un ancho de banda comprendido entre 3 y 12 µm y más concretamente entre 3 y 5 µm. La invención tiene también por objeto un sistema optrónico que incluye tal filtro ventajosamente situado en el plano focal. Este sistema puede ser un sensor optrónico tal como o una cámara térmica. La invención se refiere asimismo a un procedimiento de filtración óptica de un haz láser ágil en frecuencia mediante tal filtro. Según una característica de l invención, el filtro es apto para conmutar en menos de 10 ns. Según otra característica de la invención, el láser es un láser impulsional. El láser tiene típicamente una longitud de onda comprendida entre 3 y 12 µm. Otras... [Seguir leyendo]

1. Limitador óptico pasivo (1) de cristal fotónico destinado a recibir un haz láser incidente (2), que incluye un material no lineal y apto para conmutar en una banda óptica predeterminada, de un estado transparente a un estado opaco en función de la potencia del haz incidente, caracterizado porque el material no lineal es un material no lineal de transición de fase aislante de metal, que comprende microestructuras de dicho material dispuestas en un material dieléctrico (4) 3D transparente en dicha banda óptica, para formar capas del material dieléctrico con microestructuras (3) dispuestas en redes periódicas, en alternancia con capas de dicho material dieléctrico sin microestructuras, estando las microestructuras separadas unas de otras por al menos 100 nm y porque el material dieléctrico presenta una cara (41) delantera destinada a recibir el haz incidente y una cara posterior (42), la dimensión de las microestructuras es creciente y la distancia (31) que las separa decreciente cuando se va de la cara delantera a la cara posterior. 2. Limitador óptico pasivo según la reivindicación anterior, caracterizado porque la distancia (32) entre los centros de las microestructuras es invariable. 3. Limitador óptico pasivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la dimensión de las microestructuras crece linealmente. 4. Limitador óptico pasivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las microestructuras están dispuestas según una red de mallas cúbicas o hexagonales. 5. Limitador óptico pasivo según la reivindicación anterior, caracterizado porque el material dieléctrico es zafiro. 6. Limitador óptico pasivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el material de transición de fase aislante de metal es un material de estructura perovsquita o de V02. 7. Limitador óptico pasivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las microestructuras están dispuestas según 5 a 100 capas, la dimensión de las microestructuras está comprendida entre 40 nm y 300 nm, la red es periódica y tiene un paso comprendido entre 100 nm y 2 µm. 8. Limitador óptico pasivo según una de las reivindicaciones 1 a 6 tomada en combinación con la reivindicación 3, caracterizado porque las microestructuras están dispuestas según 5 a 10 capas, y porque la relación de dimensión de las microestructuras es de 0,4 entre la primera y la última capa. 9. Sistema optrónico que comprende un limitador óptico pasivo (1) según una de las reivindicaciones anteriores. 10. Sistema optrónico según la reivindicación anterior que incluye un plano focal (101), caracterizado porque el limitador óptico pasivo (1) está situado en el plano focal. 11. Sistema optrónico según una de las reivindicaciones 9 o 10, caracterizado porque este sistema optrónico es una cámara térmica. 12. Procedimiento de limitación óptica de un haz láser ágil en frecuencia mediante un limitador óptico pasivo (1) según una de las reivindicaciones 1 a 8. 13. Procedimiento de limitación óptica según la reivindicación anterior, caracterizado porque el láser (2) es un láser impulsional. 14. Procedimiento de limitación óptica según una de las reivindicaciones 12 o 13, caracterizado porque el láser (2) tiene una longitud de onda comprendida entre 3 y 12 µm. 7   8   9