Brevet FR2020981A1 — publié le 19700717

La présente invention concerne un résonateur optique avec dispositif de découplage du rayonnement cohérent à émettre, et de déviation simultanée du rayonnement dans une direction ne corres- pondant pas avec l'axe géométrique principal du résonateur. On connait déjà un cristal sélectif fluorescent utilisable dans un amplificateur optique, composé de deux parties, au moyen d'une couche de séparation mince en matière translucide à indice de réfraction défléchissant, et faisant un angle de 45 avec l'axe optique de l'amplificateur optique, la forme d'un barreau, et ses extrémités sont constituées par deux surfaces planes et liiiei, inclinées d'environ 450 sur l'axe principal du barreau, et faisant ensemble un angle droit.Un rayon lumineux se propageant dans une direction essentiellement parallèle à l'are optique principal de l'amplificateur optique, à l'intérieur du bar revu, est réfléchi totalement vers l'intérieur, par chacune des surfaces planes extrême dudit barreau, et partiellement par la couche mince de séparation, de sorte que deux rayons sont découplés, et sortent du barreau en faisant un angle droit avec son axe géométrique principal. lais on peut prévoir aussi, sur un des .té. de sortie du barreau, une surface réfléchissante spéciale, sur laquelle se réfléchira U des rayons découplés, de façon que les toux rayons sortant du barreau soient dirigés dans le même sens. Enfin, il est encore possible, en modifiant encore l'extrê- lité tu barreau, de faire sortir ensemble les deux rayons découplés, dans l'amplificateur optique connu, dans une direction perpendiculaire à l'axe optique principal dudit amplificateur. Dans le cristal sélectif fluorescent connu, l'élément découplant le rayonnement fluorescent est la couche mince de séparation entre les deux parties de cristal. Le pouvoir réfléchissant de cette couche de séparation est réglable par le choix adéquat de l'épaisseur de la couche, et possède, dans un cas dé terminé, un pouvoir réfléchissant d'environ 3%. On connaît aussi un amplificateur de lumière dans lequel des prises servent à limiter l'enceinte de résonnance ; il s'agit là d'un amplificateur optique à milieu gazeux stimulable (laser à gaz). Des deux cotés de l'enceinte creuse contenant un agent gazeux, des primes de réflexion sont disposés, de façon que leurs faces d'entrée des rayons fassent toujours avec l'axe longitudinal de l'enceinte creuse, un angle égal à l'angle de Brewster, de façon à éviter des réflexion perturbantes, lors du passage des rayons du milieu optiquement moins dense dans le milieu optiquement plus dense (milieu gazeux). in outre, la face des prismes de réflexion par laquelle pénètrent les rayons, est revêtue d'une couche partiellement r- fléchissante servant au découplage, par réflexion, du rayonnaient fluorescent renforcé. Par la face de ce prisme, oblique sur l'axe géométrique principal de l'enceintre de résonnance, une partie du rayonnement oscillant dans cette enceinte est donc renvoyée dans une direction faisant un angle obtus avec l'axe principal de ladite enceinte. Un inconvénient des amplificateurs optiques comma qu'on vient de décrire, est que le rayonnement nécessaire à la réaction optique dans l'enceinte de résonnance, doit toujours parcourir deux fois par oscillation les couches réfléchissantes partiell- ment perméables (dans le premier cas, la couche de séparation entre les deux parties du cristal, dans le second cai, la couche superficielle d'un de ces prismes de réflexion), une fois en gagnant l'extrémité du cristal ou la face du prisse totalement réfléchis- sante, et une fois en revenant à l'intérieur du barreau ou de l'enceinte de résonnance.Il en réunit. des pertes sensibles d'é- nergie, aboutissant à une diminution du degré de rétro-action optique, et par conséquent de l'amplification acessible L 'Ùrvention a pour obj et d'éliminer ces inconvénients dans un résonateur optique du genre décrit ci-dessus, et de réaliser un dispositif permettant d'obtenir, dans ce résonateur, un degré de betro-action optimum, malgré la déviation du rayon découplé dans une direction ne correspondant pas agW l'axe géométrie principal du résonateur optique Oe but jet, en outre, atteint, conformément à l'invention, avec un ensable dlUllellts pou nombreux, peu encombrants, et faciles à régler. Partant d'un résonateur optique muni d'un dispositif de découplage du rayonnement cohérent à émettre et de déviation si- multanée de ce rayonnement dans une direction ne correspondant pas avec l'axe principal géométrique du résonateur, le but de l'invention est atteint en réalisant le découplage de l'énergie au moyen d'un interféromètre de Fabry-Perot, modifié par le remplacement d'au moins une des lames à faces parallèles de l'interféromètre, par un prisme de déviation. On ; déjà expérimenté avantageusement des dispositifs de découplage du rayonnement amplifié provenant d'un résonateur optique utilisant un tel Jeu de lames à faces parallèles, limité à une de ses faces te=iinales,identique à un interféromètre de Fabry Perot. Et à condition qu'on choisisse pour les deux lames à faces parallèles, des compositions de verre d'indice de réfraction adéquat rendant superflu un revdtement supplémentaire des faces des plaques, un tel interféromètre de Fabry-Perrot admet des densités d'énergie nettement plus élevées qu'il ne serait possible avec une couche réfléchissante diélectrique partiellement p e;néable. En outre, un inteféromètre Fabry-Perot permet la sélection de fréquences préférées pour le rayonnement de sortie (sélection de modes). Mais, si on veut diriger le rayonnement de sortie dans une direction s 'écartant de 1 'axe longitudinal géométrique du résonateur optique, les dispositifs déjà expérimentés travaillant avec des interféromètres Fbry-Perot doivent être équipés de prismes ou de miroirs de déviation augmentant la longueur du dispositif, et entraînant en outre des opérations d'ajustage difficiles.Le dispositif selon la présente invention élimine cet inconvénient en rempla çant au moins une des lames à faces parallèles de l'interféromètre Fabry-Perot par un prisme de déviation, de façon à réaliser un interféromètre modifié, provoquant en même temps la déviation du rayonnement découplé dans une direction ne coïncidant pas avec l'axe géométrique longitudinal du résonateur optique Aucune perte d'énergie ne se produit alors, contrairement aux dispositifs mentionnés au début, conformes à l'état de la technique, pour découplage du rayonnement cohérent à émettre, et déviation simultanée du rayonnement dans une direction ne coinci- dant pas avec l'axe géométrique longitudinal du résonateur, car le rayonnement nécessaire i la rétro-action tombe toujours verticalement sur les faces partiellement réfléchissantes des éléments de l'interféromètre Fabry-Perot modifié selon l'invention, donc, par exemple, si on emploie une lame à faces parallèles et un prisme de déviation à angle droit, sur les faces ajustées, se faisant vis-à-vis et parallèles, de la lame à faces parallèles et du prisme de déviation. Dans ce cas, le rayon découplé est totalement réfléchi sur la face hypothénuse du prisme de déviation à angle droit, et sort donc par la seconde face cathète de ce prisme, dans une direction faisant un angle droit avec l'axe géométrique principal du résonateur optique. Si on veut obtenir une déviation multiple du rayon découplé dans une direction de sortie éventuellement quelconque, on y arrive par une autre modification de l'invention, dans laquelle le découplage d'énergie est obtenu au moyen d'un dispositif comprenant deux prismes de déviation, dans lequel la face d'entrès des rayons du prisme de déviation voisin du résonateur est ajustée, de façon à être perpendiculaire à l'axe géométrique principal du résonateur, tandis que les prismes de déviation eux-mêmes sont ajustés réciproquement de façon que leurs autres faces d'entrée et de sortie soient toujours à angle droit avec le reste de l'itinéraire des rayons. On donnera donc aux deux prismes de déviation une forme telle que le rayon de sortie de l'amplificateur optique pénètre toujours dans le prisme de déviation, perpenticulairement â une de ses faces, y soit ensuite dévié dans la direction désirée, par réflexion totale contre une de ses autres faces, et le quitte enfin perpendiculairement à sa troisième face. Divers dispositifs préférés, dans lesquels les deux lames à faces parillèles d'un interféromètre Fabry-Pérot classique sont ainsi remplacées par des prismes de déviation, se caract*- risent en ce que ces prismes sont, soit des prisses à ungle droit, soit des prismes trapézoidaur. Dans chaque cas, la lame d'air de l'interféromètre modifié, est formée par les faces partiellement rEfléchissantes,-parallèles entre elles, des deux prismes. Si, dans certains cas d'application, on veut encore au- mentor le degré de réflexion de ces dispositifs à prismes, les prismes de déviation peuvent être combinés avec des prismes de réflexion, ou avec des lames à faces parallèles. Dans certaines conditions déterminées, on peut également satisfaire aux exigences relatives à un degré de réflexion élevé aux points de passage du milieu atmosphérique au milieu gazeux à l'interféromètre Fabry-Perôt modifié selon l'invention, en munissant certaines, ou toutes les faces d'entrée et/ou de sortie des prismes de déviation, de couches diélectriques supplémentai reste L'invention va maintenant être décrite plus en détail, en de référant aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples, et dans lesquels - la figure 1 est un résonateur optique selon l'invention, muni d'un dispositif de découplage d'énergie constitué par un interféromètre de Fabrv-Perot modifié, dont une lame à faces parallèles est remplacée par un prisme à angle droit - la figure 2 est un. résonateur optique, dans lequel un dispositif, composé de deux prismes à angle droit, sert au découplage d'énergie ; et - la figure 3 est un autre résonateur optique, dans lequel un dispositif composé de deux prismes trapézoidaux, sert au dé couplage d'énergie. Le résonateur optique, représenté sur les figures 1 à 9, se compose généralement d'un cristal de rubis en forme de barreau 1, servant d'agent fluorescent sélectif, à faces frontales parallèles 2 et 3, d'un miroir 4 placé en face d'une des faces frontales 3, et dont le degré de réflexion est voisin de 100%, et d'un système placé en face de l'autre face frontale 2, pour la déviation du rayonnementdécouplé dans une direction ne correspondant pas à 1 'axe longitudinal géométrique 7 du résonateur optique.La lumière d'une lampe-éclair au xénon, non représentée pour plus de clarté, sert, par exemple, à exciter le cristal 1 ; elle pourra prendre la forme d'une hélice entourant ce barreau 1 Dans le cas de la figure 1, la lame à faces parallèles 5 d'un interféromètre Fabry-Perot, est placée en face de la face frontale 2 du barreau de cristal d, parallèrement à cette face. Un prisme 6 à angle droit fait également partie de l'interféromètre, et remplace donc la seconde lame à faces parallèles d'un interféromètre Fabry-Perot classique. La face cathète 14 du prisme 6, servant de face d'entrée, ou partiellement réfléchissante, est ajustée de façon à être parallèle à la face 13, également partiel lement réfléchissante, de la lame à faces parallèles 5, qui lui fait face.En choisissant des qualités de verre convenables pour la plaque 5 et pour le prisme 6, on obtient le rapport convenable de la fraction de rayonnement nécessaire à la rétro-action, et destinée à être renvoyée par réflexion dans le résonateur, avec la fraction à découpler. le rayon découplé est dévié à angle droit sur la face hypothénuse du prisme 6, et sort du résonateur optique sous forme d'un rayon 8. Ce rayon de sortie 8 fait donc un angle de 900 avec l'axe géométrique longitudinal 7 du résonateur optique. La figure 2 représente un autre iode de réalisation possible de résonateur optique selon l'invention. Le découplage d'énergie est obtenu ici par un dispositif forié de deux prismes à angle droit 9 et 10, qu'on peut considérer comme un interféromètre Fabry-Perot modifié. La face d'entrée des rayons (cathète) du prisme déviateur 9 proche du résonateur, c'est-à-dire placé vis-à-vis de la face frontale 2 du barreau de cristal 1, est ajustée perpendiculairement à l'axe géométrique longitudinal 7 dudit barreau. Les prismes 9 et 10 sont eux-emes ajustés, l'un par rapport à ltautre, de façon que leurs autres faces d'entrée ou de sortie soient à angle droit avec le sens du rayon, à partir du prisme 9.Le rayon découplé est désigné par 8'. I1 quitte le résonateur optique par une face cathète du prisme 10, après avoir été devié deux fois, sur les faces hypothénuses des prismes 9 et 10 dans un sens parallèle & l'axe géométrique longitudinal 7, mais qui est décalé, par rapport à celui-ci d'une quantité égale à l'intervalle entre les faces cathètes des prismes 9 et 10 se faisant vis-à-vis, plus la longueur d'une arête de prisme. Le dispositif selon la figure 3 se distingue de celui de la ligure 2 en ce que l'on emploie con. prismes déviateurs, deux prismes il et 12, non triangulaires. Dans cette disposition également, la face d'entrée du rayon du prisme. trapésoIdal Il, situé en face de la face frontale 2 du barreau de cristal 1, est ajustée perpendiculairement à l'axe géométrique longitutisal 7 dudit barreau. s l'intérieur du prisme 11 le rayon est réfléchi totalement sur la face hypothénuse, et quitte le prismes perpendiculairement à une troisième face de ce dernier. La face den- trée, ou partiellement réfléchissante du second prisme trapézoï- dal 12, forme également un angle doit avec la direction du rayon. Le rayon pénétrant dans le prisme 12 est à nouveau dévié sur la face hgpothénuse de ce dernier par réflexion totale, pour le quitter enfin, sous la désignation de rayon sortant 8, perpendiculairement à son autre face prismatique. Le sens du rayon sortant 8" est, dans l'exemple représenté, à peu près perpendiculaire- à l'axe géométrique longitudinal 7 du résonateur optique. Il est bien entendu que l'invention-ntest pas limitée aux modes de réalisation représentés et décrits, qui n'ont été choisis qu'à titre d'exemples. S BICAÇIONS 1) Résonateur optique avec dispositif de découplage du rayonnement cohérent à émettre, et de déviation simultanée du rayonnement dans une direction ne correspondant pas à l'axe géométrique principal du résonateur, caractérisé en ce qu'on réalise le découplage de l'énergie au moyen d'un interféromètre Fabry Perot modifié par le remplacement d'au moins une des lames à faces parallèles de l'interféromètre, par un prisme de déviation. 2) Résonateur optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le découplage d'énergie est obtenu au moyen d'un dispositif comprenant deux prismes de déviation, dans lequel la face d'entrée des rayons du prisme de déviation voisin du résonateur est ajustée de façon à être perpendiculaire à l'axe géométrique principal du résonateur, tandis que les prismes de déviation eux-mêmes sont ajustés réciproquement, de façon que leurs autres faces d'entrée et de sortie soient toujours à angle droit avec le reste de l'itinéraire des rayons. 3) Résonateur optique selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les prismes de déviation sont des prismes à angle droit. 4) Résonateur optique selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les prismes de déviation sont des prismes trapézoidaux. 5) Résonateur optique selon une des revendications I à 4 caractérisé en ce que les prismes de déviation sont combinés avec d'autres prismes réfléchissants, ou avec des lames à faces paral lèles. 6) Résonateur optique selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les faces d'entrée ou de sortie des prismes de déviations, ou certaines d'entre elles, sont garnies, en outre, de couches diélectriques.