6. MOYENS DE TRANSMISSION. 6.1 Transport par bras articulé Focalisation

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1 MOYENS DE TRANSMISSION 6.1 Transport par bras articulé Certaines radiations fortement absorbées par l'eau en particulier (dans le domaine infrarouge) ne sont pas transmissibles par fibre optique et nécessitent l'utilisation d'un bras articulé. C'est le cas des lasers à CO2 et Er:YAG en particulier. Schéma d un bras articulé : Des miroirs plans ou des prismes dévient le faisceau laser et un système optique focalise celui-ci sur le site à irradier. Deux exemples de prismes de déviation sont représentés : un prisme à 90 et un prisme en équerre Focalisation Caustique et tache minimale Lorsque le système est composé d'une seule lentille sphérique la tache minimale w0 ou waist peut être approximée par: w 0 = F θ ou w 0 = F λ / d, avec F, distance focale de la lentille (en mètre); λ, longueur d'onde du laser(en mètre); d, diamètre du faisceau laser (en mètres); θ, divergence du faisceau laser (en radians)

2 Faisceau laser TEM 00 (mode fondamental) : La connaissance de deux paramètres permet de déduire tous les autres. L enveloppe du faisceau est un hyperboloïde de révolution autour de l axe de propagation du faisceau Lentilles optiques et groupes de lentilles Représentation schématique d une lentille convergente (de focale positive) ou divergente (de focale négative) : Pour une même distance focale, plusieurs formes de lentille sont possibles. Plusieurs lentilles peuvent être combinées pour obtenir un système optique de focale identique, mais pour lequel les aberrations optiques (chromatisme, aberration sphérique, coma et astigmatisme) sont mieux corrigées qu avec une lentille simple Matériaux optiques, spectre de transmission Transmission des matériaux les plus couramment utilisés pour la fabrication de composants optiques résistants aux lasers de puissance. Le verre BK7 est le plus utilisé dans le domaine visible et proche infrarouge, le germanium dans l infrarouge lointain (laser CO 2 ), le fluorure de calcium (CaF 2 ) ou la silice suprasyl pour l ultraviolet et le fluorure de calcium ou la silice infrasyl dans la région 3 µm.

3 Système de focalisation réduction de la tache focale à distance de travail constante Schéma de principe d un système de focalisation utilisant un télescope pour réduire le diamètre de la tache focale à distance de travail D constante : Le diamètre de la tache focale obtenue est réduit d un facteur a, a étant égal au rapport du diamètre du faisceau initial sur le diamètre du faisceau agrandi Augmentation de la distance de travail à tache focale constante. Schéma de principe d un système de focalisation utilisant un télescope pour augmenter la distance de travail D à diamètre de tache focale constant : La distance de travail est augmentée d un facteur a, a étant égal au rapport du diamètre du faisceau agrandi sur le diamètre du faisceau initial.

4 Transport par fibre optique Guides d'ondes, réflexion totale Interface de deux milieux d indices n 1 et n 0, n 0 > n 1 Application des équations de Maxwell : Φ i = Φ r n 0 sinφ i = n 1 sinψ r (loi de Snell), où n0 et n1 sont les indices de réfractions des deux milieux Condition de réflexion totale : sinφ i n 1 /n 0, Ψ r = Principe de fonctionnement d'une fibre optique La fibre optique est constituée du cœur, d indice n 0, dans lequel se propage l onde lumineuse, d un manteau, d indice n 1 inférieur à celui du cœur, et d une gaine de protection. La réflexion totale de la lumière à l interface cœur-manteau, confine la lumière dans le cœur. Tous les rayons se propageant dans le cœur avec un angle d incidence sur l interface cœur-manteau supérieur à l angle d incidence critique γ = arcsin (n1/n0) sont totalement réfléchis. A cet angle γ correspond un angle d acceptance U. Tout rayon injecté dans le cœur avec un angle d incidence

5 Section d'un câble optique Section d un câble optique télécom : Une gaine de protection faite par exemple d un tube de nylon, de fibres de kevlar et d un revêtement externe en PVC protège la fibre optique des agressions extérieures comme compression et raction Profil d'intensité à la sortie d'une fibre optique Le profil de sortie d une fibre optique est pratiquement indépendant du profil d intensité à l entrée de la fibre. Ceci est principalement dû aux courbures que fait la fibre. Remarquons que le faisceau émergeant est divergent avec un angle U, fonction de à l ouverture numérique na de la fibre.

6 Optiques en sortie de fibre Système de refocalisation du faisceau laser sortant d un fibre otique au moyen de deux lentilles de focales f 1 et f 2. Ce système devient rapidement encombrant si l on désire des petits spots Absorption caractéristique de différentes fibres optiques

7 Absorption caractéristique de différents types de fibre optique en fonction de la longueur d onde du faisceau lumineux. Pour des raisons de clarté, seule la partie UV de la courbe correspondant à la silice de qualité UV a été représentée. 6.5 Structure d'un endoscope flexible Structure d un endoscope flexible : L observation et l illumination constituent les fonctions de base. Des canaux supplémentaires permettant, par exemple, l aspiration, l irrigation, la réalisation de biopsies, un traitement laser, augmentent les possibilités de l endoscopie. Le nombre et la géométrie des canaux dépendent principalement des fonctions et des dimensions externes de l endoscope, qui sont déterminées par l accès de la zone à traiter.