Mesures caractéristiques et mise en place du SLM

Le SLM utilisé dans nos expérimentations est un modèle « TELCO Phase-Only » vendu par la société Holoeye, il adressable électroniquement et est de type LCOS (Liquid Crystal On Silicon), il n’agit que sur la phase du faisceau optique.

La matrice comporte 1920 x 1080 pixels, la dimension d’un pixel est de 8 μm (suivant les deux axes). Le taux de remplissage de la matrice (correspond à la surface totale de la matrice moins la surface utilisée par les grilles servant à l’adressage électronique divisée par la surface totale de la matrice) est de 87%. Ce facteur est illustré sur la Figure 3.6 suivante.

Figure 3.6 Illustration du facteur de remplissage pour une matrice commandée électroniquement

La matrice fait 15,36 mm par 8,64 mm et son seuil de dommage est de 2 W/cm². Il y a 256 niveaux de phase adressables (soit 8 bits) par commande DVI (Digital Visual Interface), la fréquence de rafraichissement est de 60 Hz. La matrice de pixel du modèle TELCO est optimisée pour fonctionner autour de 1550 nm.

Nous souhaitons mesurer la réflectivité du SLM, c’est-à-dire la lumière réfléchie par le miroir de fond du SLM et non celle diffractée par la grille d’adressage électronique. Pour ce faire, nous mettons en place le montage expérimental visible sur la Figure 3.7. Le faisceau gaussien incident est collimaté et envoyé sur la matrice (ou l’écran) du SLM, après interaction avec les cristaux liquides, le faisceau est réfléchi par le miroir de fond. Pour distinguer le faisceau incident du faisceau réfléchi, nous appliquons un angle (< 15°) entre le faisceau incident et la matrice. Un niveau de gris constant est transmis aux cristaux liquides pour appliquer une phase constante à l’ensemble du faisceau et pouvoir mesurer la réflectivité de la matrice de pixels.

Figure 3.7 Schéma de principe de la mesure de reflectivité du SLM

La mesure est faite en sélectionnant uniquement l’ordre zéro issu du SLM. 62% de la lumière incidente est réfléchie dans l’ordre zéro et sert à la mise en forme du faisceau. Le reste étant diffracté par la grille d’adressage.

Dans notre cas, le faisceau doit être mis en forme par diffraction pour créer 7 sous faisceaux dans le plan focal d’une lentille répartis hexagonalement. Mais pour cela, il faut d’abord régler l’état de polarisation incident sur le SLM pour diffracter correctement le faisceau gaussien et créer le bon motif au plan focal de la lentille d’injection.

x Réglage de l’état de polarisation

Pour que les cristaux du SLM puissent agir sur le faisceau, il faut que l’état de polarisation de ce dernier soit défini au préalable, il doit être rectiligne et parallèle à l’axe directeur des cristaux liquides [79] (vecteur Q& sur

la Figure 2.7). Pour rendre compte de l’état de polarisation de la lumière après réflexion sur le SLM, nous faisons une mesure d’ellipticité optique, dont le principe est représenté sur la Figure 3.8, et la formule est la suivante :

Figure 3.8 Schéma de principe pour le réglage de l’état de polarisation du faisceau, la mesure est faite par ellipticité optique

Nous collimatons un faisceau issu d’une diode laser (L1), le faisceau passe au travers d’une lame demi onde, et est envoyé sur la matrice de SLM. Le rôle de la lame demi-onde est de tourner (α) la polarisation du faisceau incident qui est rectiligne en sortie de diode. Le faisceau réfléchi passe au travers d’un polariseur puis est capté par un puissance-mètre. Pour chaque orientation de la lame demi-onde, on mesure la puissance maximale et minimale reçu par le puissance-mètre en fonction de l’orientation du polariseur de sortie. Lorsqu’il y a un fort ratio d’extinction, cela signifie que l’état de polarisation faisceau réfléchi est linéaire et parallèle à un des deux axes directeurs des cristaux liquides. Pour distinguer ces deux axes, il suffit d’afficher un motif sur le SLM, afin de distinguer l’ordre +1 de l’ordre 0 du SLM.

Figure 3.9 L’ellipticité optique, en fonction de l’orientation de la lame demi-onde pour le réglage de la polarisation

Après avoir mesuré l’ellipticité (voir la Figure 3.9), nous visualisons deux points de fonctionnement correspondant aux minimas d’ellipticité soit 135° et 180°. Ces deux points de fonctionnement correspondent aux deux axes directeurs des cristaux liquides. Pour déterminer l’orientation de la lame demi-onde incidente au SLM et donc le bon fonctionnement du SLM, on image un faisceau hors de l’ordre zéro du SLM en affichant une rampe de phase. Le point de fonctionnement correspond au cas où la puissance dans l’ordre zéro est minimale et celle dans l’ordre +1 est maximale. Dans notre cas l’orientation est de 180° pour la lame demi- onde, ce qui correspond à une polarisation verticale parallèle au vecteur directeur Q& des cristaux liquides,

dont le principe est illustré sur la Figure 2.7. x Mesure de l’efficacité de diffraction

Nous mesurons l’efficacité de diffraction du SLM hors de l’ordre zéro, pour cela nous affichons un motif simple sur le SLM. Une rampe de phase vient décaler le faisceau à imager derrière une lentille hors de l’ordre zéro du SLM, comme nous pouvons le voir sur la Figure 3.10.

Figure 3.10 Schéma de principe de la mesure de l’efficacité de diffraction du SLM

Pour déterminer le pourcentage de puissance utilisable dans l’ordre utile (ordre +1), nous mesurons dans un premier temps la puissance lorsque rien n’est adressé sur le SLM, il s’agit juste de la réflectivité du faisceau (62 % de la puissance de initiale). Cette mesure correspond à la première ligne du tableau ci-dessous, l’efficacité de diffraction est mesurée par rapport à la puissance réfléchie utile par le SLM.

Ordre de diffraction Affichage sur le SLM Puissance Pourcentage (%)

0 Ecran noir 21,4 mW 100 %

-1 Rampe de phase 0,24 mW 1,12 %

0 Rampe de phase 1,11 mW 5 %

+1 Rampe de phase 18,7 mW 87 %

En affichant une rampe de phase, on mesure que 87% de la lumière réfléchie par le SLM est dans l’ordre +1, ce qui donne une efficacité totale du SLM de 53% dans le cas simple d’une rampe de phase. L’efficacité totale du SLM dépendra de l’efficacité de diffraction propre à la carte de phase affichée sur la matrice du SLM, et sera notée : motif n diffractio SLM R  /    3.4 Ou R représente la réflectivité du SLM.