Brevet FR2058400A1 — publié le 19710528

La présente invention concerne des lasers accordables comprenant un colorant coe milieu actif. Des lasers de ce type supportent favorablement la comparaison avec des lasers à solides notamment du fait que l'on peut faire varier leur longueur d'onde d'émission. le fait de pouvoir émettre des impulsions lumineuses à très haute intensité et de courte durée de longueur d'onde variable permet d'obtenir de nouveaux champs d'application dans la spectroscopie des états excités de la matière, dans la photochimie et dans certains domaines de la biologie et de-la médecine. On connait un très grand nombre de mesures pour faire varier la longueur d'onde d'émission des lasers avec un colorant comme milieu actif. Les plus grandes variations de la gamme d'émission de tels lasers ont été obtenues avec une modification du milieu actif en combinaison avec un changement de la source de lumière de pompage qui permet à la lumière émise d'explorer unegamme comprise entre 400 et 1000 nanomètres. La variation de la longueur d'onde d'émission est basée sur une variation de la séparation d'énergie (conditionnée par la structure moléculaire) entre l'état de désexcitation des électrons (SO) et le premier état d'excitation (S1) pendant le changement du milieu actif. Les milieux utilisés dérivent de ceux des classes comprenant les polyméthines, les xanthènes et l'acide aminopyrènesulfonique. On connaît également bien comment la séparation d'énergie entre SO et S1 et, par conséquent, la longueur d'onde d1un laser d'un milieu actif choisi peuvent varier dans des limites définies par un changement de solvant. les milieux actifs utilisés antérieurement ont des structures symétriques dont le moment dipolaire total est négligeable. La variation SO S1 est entièrement due à l'interaction de dispersion avec le solvant. La gamme d'accord maximale est d'environ 30 nanomètres. les procédés connus pour faire varier une longueur d'onde d'émission reposent sur une nouvelle absorption de la lumière fluorescente par le milieu actif0 Une modification dans la concentration d'un milieu actif permet au laser d'avoir une gamme d'accord maximale d'environ 50 nanomètres0 La valeur maximale imaginée jusqu'à présent dans une exploration sur une gamme d'accord est sensiblement de 50 nanomètres et on a pu ltobtenir- par une modification de l'épaisseur de la couche comprise entre environ 1 et 20 cm. I1 est bien connu que l'émission laser peut être déplacée vers une gamme de longueurs d'ondes plus courtes par une réduction de la qualité du résonateur, due par exemple à une diminution de la réflexion du miroir. Cet effet qui a été très peu recherche en ce qui concerne son application est de l'ordre de 10 à 30 nanomètres. I1 est également connu que l'accord peut être réalisé au moyen d'un réseau de diffraction qui remplace un des miroirs du résonateur. Toutefois, dans ce cas, il n'y a pas de déplacement de toute la bande d'émission mais un choix d'une bande étroite et un accord avec l'émission relativement large d'un laser comprenant un colorant comme milieu actif. le procédé mentionné ci-dessus d'accord de l'émission de ces lasers en changeant le milieu actif permet d'obtenir un accord sur une grande gamme de longueur d'onde désirée de l'ordre de 600 nanomètres mais chaque déplacement de la longueur d'onde dei'émission est lié à un déplacement correspondant de l'absorption. Lorsque l'absorption quant à elle détermine les exigences que la source lumineuse de pompage doit satisfaire dans chaque cas particulier (un dispositif de pompage monochromatique nécessitant que la longueur d'onde de la lumière de pompage coïncide approximativement avec le maximum de la bande d' absorp- tion) un balayage sur toute la gamme d'accord dépend nécessairement du fonctionnement de plusieurs des sources de lumière de pompages Les sources de lumière de pompage peuvent être, par exemple, les impulsions géantes d'un laser à rubis, les impulsions géantes à double fréquence d'un laser au néodyme, les impulsions géantes à double fréquence d'un laser à rubis et'de cellules photoélectriques particulières. les avantages d'une gamme d'accord considérable du laser sont altérés par l'inconvénient des changements répétés nécessaires de la source de lumière de pompage, ce qui implique de nombreux changements du milieu actif. Dans les autres procédés connus, la gamme d'accord du laser est relativement faible mais le caractère spectral de l'absorption reste inchangé de sorte que l'accord peut être réalisé au moyen d'une seule source de lumière de pompage. L'invention remédie aux inconvénients cités précédemment en créant un laser qui comprend un colorant comme milieu actif et qui peut être accordé sur une gamme de longueur d'onde considérable et qui ne nécessite pas de changement dans la structure générale, notamment dans la source de lumière de pompage, la structure électronique des milieux actifs étant telle qu'ils peuvent être utilisés sous les conditions qui prévalent, ce qui permet aux influences extérieures de fournir une variation considérable dans la longueur d'onde d'émission sans modifications importantes dans l'absorption0 L'invention crée un laser accordable comprenant un colorant comme milieu actif dans lequel ce milieu est un colorant fluorescent de structure électronique polaire qui peut être utilisé dans divers solvants, l'état de désexcitation des électrons du milieu ayant un faible moment dipolaire électrique permanent et le premier état d'excitation du milieu un moment dipolaire permanent supérieur au moins d'un facteur de trois avec l'alignement parallèle préféré des moments dipolaires. Les milieux actifs appropriés particulièrement pour explorer une grande gamme d'accord suivant l'échelle des solvants sont le 4-diméthylamino-4'-nitrostilbène et le 2-amino-7-nitrofluorène. Tant la théorie sur la dépendance entre les spectres d'absorption et le spectres d'émission des molécules organiques sur des solvants (solvatochromie) que les résultats pratiques des essais respectifs montrent que les colorants satisfont aux conditions citées ci-dessus et qu'il y a dans toute l'échelle des solvants un déplacement dans l'absorption qui est considérablement moindre que le déplacement dans l'émission0 Des changements dans l'absorption d'environ seulement 30 nanomètres peuvent facilement correspondre à des changements de dix fois dans le déplacement dans l'émission. Dans un laser à colorant conforme à l'invention, les légères modifications dans l'absorption permettent d'avoir une seule source de lumière de pompage tandis que les forts déplacements dans l'émission fournissent la plus grande gamme d'accord désirée. De même, dans ce cas, différents solvants sont utilisés0 Cependant, les conditions particulières de la structure électronique du milieu actif accroissent la gamme d'accord susceptible d'etre obtenue d'environ un facteur de 10 par rapport aux lasers connus qui fonctionnent dans des solvants avec des colorants n'ayant pas de dipole. L'interaction des dipoles et la valeur diélectrique sont le critère de l'accord du laser conforme à l'invention. L'invention est représentée par les exemples non limitatifs suivants. Exemple 1 le milieu actif est le 4-diméthylamino-4'-nîtrostilbène qui a un moment dipolaire de 7,2 Debye dans son état désexcité et un moment dipolaire d'environ 30 Debye dans son premier état d'excitation0 Lorsque l'échelle des solvants est explorée, le maximum dans l'absorption varie entre 415 et 450 nanomètres. l'accord respectif de l'émission couvre une gamme comprise entre 495 et 800 nanomètres. Suivant l'absorption, la seconde harmonique d'une impulsion géante d'un laser à rubis est utilisée comme lumière de pompage0 Les deux résonateurs à savoir la source de lumière de pompage et le résonateur à colorant sont à angle droit l'un par rapport à l'autre et sont formés d'une manière classiques ExemPle 2 le milieu actif est le 2-amino-7-nitrofluorène qui a un moment dipolaire de 7 Debye dans son état désexcité et un moment dipolaire d'environ 25 Debye dans son premier état d'excitation. Lorsque l'échelle des solvants est en cours d'exploration, le maximum de l'absorption varie entre 380 et 420 nanomètres. L'émission respective couvre une gamme comprise entre 510 et 750 nanomètres. La lumière de pompage et l'agencement des résonateurs sont les mêmes qu'à l'exemple 1. XEVENDICATIONS 1 - laser accordable comprenant une source de lumière de pompage permanente et un milieu actif dans différents solvants, caractérisé en ce que le milieu actif est un colorant fluorescent à structure électronique polaire qui peut être utilisé dans divers solvants, l'état de désexcitation des électrons du milieu ayant un faible moment dipolaire électrique permanent et le premier état d'excitation du milieu un moment dipolaire permanent supérieur d'au moins un facteur de trois avec, de préférence, un alignement en parallèle des moments dipolaires. 2 - Laser suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le milieu actif est le 4-diméthylamino-4'-nitrostilbène. 3 - laser suivant la revendication 1, -caractérisé en ce que le milieu actif est le 2-amino-7-nitrofluorène.