Aparato y método para combinar ópticamente al menos tres haces de luz.

Aparato para combinar ópticamente haces de luz, proporcionando el aparato al menos tres trayectorias de haces (10a-c) y medios para combinar las trayectorias de haces,

caracterizado porque las al menos tres trayectorias de haces (10a-c) se combinan parcialmente en una trayectoria nula y se combinan parcialmente en trayectorias de seguidor de franja para controlar la anulación en la trayectoria nula, comprendiendo el aparato

- desplazadores de fase controlable (12a, b) en respectivas trayectorias de haces (10a-c);

- dichos medios para combinar comprendiendo una serie de combinadores de haces (14a-d) ubicados en las trayectorias de los haces (10a-c) tras los desplazadores de fase controlable (12a, b), dispuestos para combinar de manera sucesiva más trayectorias de haces (10a-c) en la trayectoria nula;

- separadores de haces (14a-d) para separar las trayectorias de los haces (10a-c) en la trayectoria nula y las trayectorias de seguidor de franja, al menos un primer separador de haces (14a-d) estando ubicado entre un principio y un final de dicha serie o siendo combinado con uno de los combinadores de haces (14a-d) en un separador-combinador (14a-d);

- sensores de seguidor de franja (16a-c) ubicados en las trayectorias de seguidor de franja, cada uno con una salida para generar una señal de seguidor de franja;

- un circuito de control (18) con entradas acopladas a las salidas del seguidor de franja (16a-c) y salidas acopladas a los desplazadores de fase controlable (12a, b), y dispuestos para generar señales de control para los desplazadores de fase controlable (12a, b) a partir de las señales de seguidor de franja para controlar la anulación.

Aparato y método para combinar ópticamente al menos tres haces de luz

La invención se refiere a un aparato tal como se expone en el preámbulo de la reivindicación 1 y a un método tal como se expone en el preámbulo de la reivindicación 15. Más en particular, la invención se refiere a un aparato para combinar ópticamente al menos tres haces de luz de manera que los componentes de los haces interfieren destructivamente en una salida nula.

El documento US 5.113.284 da a conocer una disposición de telescopio que combina la luz de una serie de telescopios.

Un aparato para combinar ópticamente al menos tres haces de luz se puede aplicar, por ejemplo, en una disposición de telescopio que se dispone para hacer que la luz que proviene de una dirección principal interfiera destructivamente en una salida nula. Esto se puede utilizar para observar la luz recibida desde una dirección diferente cuando una fuente de luz dominante se encuentra presente en dicha dirección principal. En astronomía, por ejemplo, la luz de un planeta puede ser observada cerca de una estrella haciendo que la luz de la estrella interfiera destructivamente.

Para asegurar la interferencia destructiva de la luz de la dirección principal es deseable utilizar un bucle de control para ajustar las longitudes de la trayectoria óptica para los diferentes haces en relación unos respecto a los otros. Las longitudes de la trayectoria óptica controlables se disponen frente a los combinadores de haces donde se combinan los haces. El bucle de control asegura que antes de que entren en los combinadores de haces, los haces tienen fases relativas para la luz de la dirección principal de manera que esta luz interferirá destructivamente en la trayectoria nula.

En una posible configuración del bucle de control, el bucle de control contiene separadores de haces para separar las partes de seguimiento de las franjas de los haces antes de que se combine el resto de los haces. Los haces de seguimiento de las franjas separadas se combinan de manera que interfieren al menos parcialmente de manera constructiva. La intensidad medida de los haces de seguimiento de las franjas que interfieren constructivamente depende de la relación de fase entre los haces para la luz de la dirección principal. Esta intensidad medida se utiliza para determinar si los haces tienen la relación de fase adecuada para una interferencia destructiva en la trayectoria nula y, en caso contrario, cómo cambiar la longitud de la trayectoria óptica para alcanzar la relación de fase adecuada.

No obstante, esta posible configuración tiene el inconveniente de que requiere un control estricto de las propiedades de la parte de las trayectorias de los haces más allá del punto donde se separan los haces de seguimiento de las franjas, dado que estas propiedades afectan la luz. Esta parte del sistema óptico debe ser extremadamente estable o se debe mantener estable a expensas de un complejo sistema metrológico. Esto hace que dicha configuración sea pesada, cara y compleja.

Entre otros, es un objeto de la invención dar a conocer un aparato en el que se puede utilizar una configuración menos compleja para asegurar la interferencia destructiva en la trayectoria nula.

La invención da a conocer un aparato según la reivindicación 1. De acuerdo con la invención, al menos uno de los haces de seguimiento de las franjas no se separa antes de que el haz empiece a combinarse sino únicamente después o al mismo tiempo que la primera combinación de haces para ser utilizados en la trayectoria nula en un separador-combinador óptico que combina un par de haces para utilizar en la trayectoria nula.

La parte crítica de la trayectoria de los haces que puede afectar perjudicialmente el bucle de control es la parte de la trayectoria de los haces desde donde se separan las trayectorias de seguimiento de las franjas hasta donde todas las trayectorias de haces se han combinado en la trayectoria nula. Mediante el desplazamiento de un punto en el que se separa el haz de seguimiento de las franjas a una ubicación en la que al menos dos haces se combinan en la trayectoria nula o ya se han combinado en la trayectoria nula, se reduce la longitud de la trayectoria crítica. De esta manera, al menos dos trayectorias de haces se separan en trayectorias de franja a la vez, de manera que no quedan partes de trayectoria de franja separadas por estas trayectorias de franja que podrían presentar diferencias con efectos perjudiciales sobre la anulación.

Preferentemente, una tercera trayectoria de haz se une a la trayectoria nula después de que una trayectoria de franja se haya separado de la misma. Esto reduce la complejidad. Preferentemente esta tercera trayectoria de haz se une a la trayectoria nula en un punto en el que otros haces ya se han combinado en la trayectoria nula y su trayectoria de franja se une a las trayectorias de franja cuando las trayectorias de franja de otros haces ya se han combinado. Esto minimiza las diferencias en la trayectoria crítica. Más preferentemente, el separador en la tercera trayectoria de haz se ubica de manera simétrica en relación a un separador combinador para las otras trayectorias de haces, de manera que las distancias desde dicho separador combinador hasta los combinadores en los que se combina la tercera trayectoria de haces se combina con la trayectoria nula y las trayectorias de franja es igual a la distancia entre el separador para el tercer haz y los combinadores.

Dicha disposición simétrica tiene la ventaja de que la anulación se puede llevar a cabo fácilmente utilizando la luz en bandas de longitud de onda relativamente amplias. Además, se reduce el riesgo de cambios perjudiciales en las trayectorias críticas.

Estos y otros objetivos y aspectos ventajosos de la invención se describirán por medio de ejemplos no limitativos de realizaciones.

La figura 1 muestra de manera esquemática un aparato de combinación de haces.

La figura 2 muestra una aplicación para telescopios.

La figura 3 muestra las relaciones de fase.

La figura 4 muestra un par de disposiciones de anulación.

La figura 5 muestra un circuito de control.

La figura 6 muestra cuatro separadores de haz como una unidad.

La figura 7 muestra una disposición para combinar más de tres haces.

La figura 1 muestra de manera esquemática un aparato combinador de haces para combinar haces de luz desde tres trayectorias -10a-c-. El aparato comprende desplazadores de fase acromáticos -11a, -b-, líneas de retardo óptico controlable -12a, b-, separadores/combinadores de haces -14a-d-, seguidores de franjas -16a-c-, un circuito de control -18- y un detector de señales -19-.

Las trayectorias de los haces -10a, b- de un primer y segundo haces contienen cada una de ellas una disposición en serie respectiva de un desplazador de fase acromático -11a, b- y una línea de retardo óptico controlable -12a, b- en la entrada del aparato (una disposición similar se puede presentar en la trayectoria del tercer haz para mejorar la simetría, pero no es estrictamente necesario) .

Los separadores/combinadores de haces -14a-d- sirven para separar los haces de las trayectorias de haces -10a-cy combinar la luz separada de diversos de estos haces en cuatro conjuntos diferentes de relaciones de fase en haces a cuatro salidas diferentes respectivamente. Una salida alimenta un haz combinado en una trayectoria nula hacia el detector de señales -19-. En esta salida la relación de fase es tal que las partes principales de los componentes de diferentes trayectorias de haces -10a-c- interfieren destructivamente entre sí (“se anulan” entre sí) . Las otras tres salidas alimentan los haces combinados a los seguidores de franja -16a-c-. Las relaciones de fase respectivas en estas salidas son tales que los componentes de diferentes trayectorias de haces -10a-c- que van a la dirección principal interfieren al menos parcialmente de manera constructiva.

Los seguidores de franja -16a-c- son sensores para detectar información sobre una intensidad de la combinación de haces incidentes. La información sobre la intensidad en las salidas a los seguidores de franja -16a-c- se utilizará para controlar las longitudes de las trayectorias en las líneas de retardo óptico controlable -12a, b- y/o en los desplazadores de fase acromáticos -11a, b- para asegurar la anulación de la parte principal de la luz de las trayectorias de haces -10a-c-. Este proceso de control es vulnerable... [Seguir leyendo]

1. Aparato para combinar ópticamente haces de luz, proporcionando el aparato al menos tres trayectorias de haces (10a-c) y medios para combinar las trayectorias de haces, caracterizado porque las al menos tres trayectorias de haces (10a-c) se combinan parcialmente en una trayectoria nula y se combinan parcialmente en trayectorias de seguidor de franja para controlar la anulación en la trayectoria nula, comprendiendo el aparato

- desplazadores de fase controlable (12a, b) en respectivas trayectorias de haces (10a-c) ;

- dichos medios para combinar comprendiendo una serie de combinadores de haces (14a-d) ubicados en las trayectorias de los haces (10a-c) tras los desplazadores de fase controlable (12a, b) , dispuestos para combinar de manera sucesiva más trayectorias de haces (10a-c) en la trayectoria nula;

- separadores de haces (14a-d) para separar las trayectorias de los haces (10a-c) en la trayectoria nula y las trayectorias de seguidor de franja, al menos un primer separador de haces (14a-d) estando ubicado entre un principio y un final de dicha serie o siendo combinado con uno de los combinadores de haces (14a-d) en un separador-combinador (14a-d) ;

- sensores de seguidor de franja (16a-c) ubicados en las trayectorias de seguidor de franja, cada uno con una salida para generar una señal de seguidor de franja;

- un circuito de control (18) con entradas acopladas a las salidas del seguidor de franja (16a-c) y salidas acopladas a los desplazadores de fase controlable (12a, b) , y dispuestos para generar señales de control para los desplazadores de fase controlable (12a, b) a partir de las señales de seguidor de franja para controlar la anulación.

2. Aparato, según la reivindicación 1, en el que un segundo separador de haces (14b) es parte de un separador-combinador que está ubicado en una trayectoria de seguidor de franja desde al primer separador de haces (14a, d) y está dispuesto para separar dicha trayectoria de seguidor de franjas en dos subtrayectorias, el segundo de los separadores de haces (14b) combina un haz de seguidor de franja combinado desde el primer separador de haces (14a, c) en relaciones mutuamente diferentes con un haz de seguidor de franja adicional en las subtrayectorias.

3. Aparato, según la reivindicación 2, en el que un tercer separador de haces (14a, d) está ubicado para proporcionar trayectorias de haces separados al segundo separador de haces (14b) y a otro de los combinadores de haces adicional (14c) en dicha serie.

4. Aparato, según la reivindicación 3, en el que el primer, segundo y tercer separadores de haces (14a-d) , y el más alejado de los combinadores de haces (14c) se disponen de manera que una primera diferencia de longitud de trayectoria óptica, entre una primera trayectoria interna (13a) desde el primer separador de haces al más alejado de los combinadores de haces (14c) y una segunda trayectoria interna (13d) desde el tercer separador de haces al combinador de haces más alejado (14c) , iguala sustancialmente una segunda diferencia de longitud de trayectoria óptica entre una tercera trayectoria interna (13b) desde el primer separador de haces (14a) al segundo separador de haces (14b) y desde una tercera trayectoria interna (13c) desde el tercer separador de haces (14d) al segundo separador de haces (14b) .

5. Aparato, según la reivindicación 3, en el que la primera y segunda diferencias de longitud de la trayectoria óptica son ambas sustancialmente cero.

6. Aparato, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada trayectoria tiene un mismo primer número de separadores de haces (14a-d) y un mismo segundo número de combinadores (14a-d) desde una entrada de la trayectoria del haz a una salida de la trayectoria nula.

7. Aparato, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los desplazadores de fase (12a, b) comprenden elementos de retardo óptico para proporcionar una longitud de trayectoria óptica controlable en las trayectorias de haces (10a-c) respectivas, estando dispuesto el circuito de control para controlar la longitud de la trayectoria óptica.

8. Aparato, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los desplazadores de fase comprenden desplazadores de fase acromáticos controlables (11a-c) para proporcionar un desplazamiento de fase acromático controlable en las trayectorias de haces respectivas (10a-c) , estando dispuesto el circuito de control (18) para controlar los desplazamientos de fase acromáticos.

9. Aparato, según la reivindicación 8, en el que los desplazadores de fase comprenden elementos de retardo óptico (12a, b) para proporcionar una longitud de trayectoria óptica controlable en las trayectorias de haces respectivas (10a-c) , estando dispuestos los sensores de seguidor de franja (16a-c) para detectar las intensidades respectivas

para una serie de bandas de longitudes de onda, estando dispuesto el circuito de control para controlar el desplazamiento de fase acromático y las longitudes de trayectoria óptica que afectan la anulación para al menos dos bandas de longitud de onda a la vez.

10. Aparato, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende detectores de intensidad (44a-d) acoplados al menos a tres trayectorias de haces (10a-c) antes de los combinadores (14a-d) en serie y tras los desplazadores de fase (12a, b) , con las salidas de los detectores acopladas al circuito de control (18) , estando dispuesto el circuito de control (18) para controlar los desplazamientos de fase que dependen de las señales de dichas salidas del detector.

11. Aparato, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una disposición adicional de desplazadores adicionales de fase controlable (12a, b) , una serie adicional de combinadores de haces (14a-d) , separadores adicionales de haces (14a-d) y sensores adicionales de seguidor de franja (16a-c) , dispuestos para generar un haz nulo adicional bajo el control de señales de sensores adicionales de seguidor de franja (16a-c) , comprendiendo el aparato, además, separadores adicionales de haces (40a-c) para separar los haces entre la primera y la segunda disposición, pasando una primera trayectoria de haces (10a-c) por un primer separador adicional de haces (40a-c) en la reflexión y en la transmisión hasta uno de los combinadores iniciales de haces en dicha serie y demás series respectivamente, en el que la primera trayectoria de haces (10a-c) pasa en la transmisión y en la reflexión respectivamente, una segunda de las trayectorias de haces (10a-c) pasando a través de un segundo separador adicional de haces (40a-c) en la transmisión y en la reflexión hasta uno de los combinadores de haces inicial en dicha serie y en demás series, respectivamente, en el que la segunda de las trayectorias de haces (10a-c) pasa en la reflexión y en la transmisión respectivamente.

12. Aparato, según la reivindicación 11, que comprende detectores de intensidad (44a-d) acoplados al menos a tres trayectorias de haces (10a-c) antes de los combinadores en serie y tras los desplazadores de fase, con las salidas de los detectores acopladas al circuito de control (18) , estando dispuesto el circuito de control (18) para controlar los desplazamientos de fase dependiendo de las señales de dichas salidas de los detectores (44a-d) .

13. Aparato, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los sensores de seguidor de franja (16a-c) tienen salidas para las señales de seguimiento de franjas para una primera y segunda bandas de longitudes de onda, estando dispuesto el circuito de control (18) para controlar las longitudes de las trayectorias ópticas en una escala de tiempo relativamente más rápida utilizando las señales de seguimiento de franja para la primera banda de longitud de onda y en una escala de tiempo relativamente más lenta utilizando las señales de seguimiento de franja para la segunda banda de longitud de onda.

14. Aparato, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende al menos tres disposiciones ópticas (20a-c) , en posiciones espaciales mutuamente diferentes, estando dispuesta cada una de las disposiciones ópticas para dirigir la luz recibida desde un mismo rango de direcciones espaciales en su respectiva posición espacial a una de las trayectorias de los haces (10a-c) respectivas.

15. Método de combinación de al menos tres haces de luz entrantes (10a-c) , caracterizado porque los haces de luz (10a-c) son combinados parcialmente en un haz nulo y parcialmente en haces de seguimiento de franja, comprendiendo el método

- la combinación sucesiva de más haces de luz en el haz nulo en una serie de combinadores de haces (14a-d) ;

- la separación de parte de la luz de los haces de luz entrantes en los haces de seguimiento de franja, teniendo lugar dicha separación al menos parcialmente entre un inicio y un final de dicha serie o en dicho inicio;

- la detección de la información de la intensidad utilizando sensores de seguidores de franja (16a-c) situados en las trayectorias de seguidores de franja;

- el control de las líneas de retardo óptico controlable y/o los elementos de desplazamiento de fase en una parte de una trayectoria de los haces de luz entrantes que precede la combinación en dicha serie, dependiendo de dicha información para controlar la anulación del haz nulo.