Brevet FR2085285A1 — publié le 19711224

La présente invention concerne les générateurs laeersdec1- cne.sdelivrant des impulsions lumineuses très brèves. On sait que la production de ces impulsions peut être obtenue par variation brutale du coefficient de surtension de la cavité optique du laser. Comme cela sera expliqué dans la description qui suivra, les générateurs lasers déclenchés connus, permettant la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, nécessitent l'utilisation de systèmes électroniques complexes et cofteux. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients et de réaliser un genérateur laser déclenché de structure simple permettant d'obtenir des impulsions lumineuses de durée pouvant titre égale à quelques nanosecondes. La présente invention a pour objet un générateur laser déclenché comportant un milieu actif interposé entre deux éléments réfléchissants, des moyens de pomme page dudit milieu actif, des moyens pour faire croitre brusquement le coefficient de surtension de la cavité optique constituée par lesdits éléments réfléchissants, remarquable par le fait qu'il comporte des moyens pour extraire de ladite cavité un rayonnement électromagnétique issu dudit milieu actif, distincts desdits moyens pour faire croître ledit coefficient de surtension et constitués par un polariseur et une cellule optique disposés sur le trajet dudit rayonnement, ladite cellule contenant un milieu présentant une biréfringence induite par ledit rayon ne me nt électromagnétique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description ci-dessous avec références aux figures annexées données à titre illustratif mais nullement limitatif et parmi lesquelles - la figure 1 représente schématiquement un générateur laser déclenché selon l'art antérieur - la figure 2 représente schématiquement un exemple de génératEur laser selon l'invention. Le dispositif représenté sur la figure 1 est constitué par une cavité optique Fabry-Pérot pouvant être formée par deux éléments réfléchissants 1 et 2, par exern ple des prismes à réflexion totale. Un milieu amplificateur 3 muni de moyens de pompage 4, comme par exemple une lampe à décharge, est disposé à l'intérieur de la cavité optique. Un polariseur de Glan associé à une cellule électrovoptiquo de déphasage 6 est disposé également à l'intérieur de cette cavité.Un polariseur de Glan compose prismes en cristaux négatifs, transmet des vibrations lumineuses situées dans un plan perpendiculaire à ses axes optiques et réfléchit des vibrations lumineuses situées dans un plan parallèle à ses axes ; c'est l'inverse dans le cas de prismes en cristaux positifs. Un générateur 10 d'impulsions carrées T.H.T. à fronts raides alimente les deux électrodes de la cellule électro-optique. Lorsqu'on applique une différence de potentiel entre ces électrodes il apparaît une biréfringence dans le milieu électro-optique de la cellule 6 qui déphase les deux composantes reetanguiaires d'une vibration lumineuse qui le traverse Le fonctionnement o'un tel générateur se décompose en trois étapes succes sives Dans une premiere étape. on pompe le milieu actif à l'aide de la lampe à décharge 4, une différence de potentiel V étant appliquée entre les deux électrodes de la cellule électro-optique 6 de manière, par exemple, à créer dans cette cellule un déphasage de o/2. Ainsi, une onde lumineuse issue du milieu actif 3, polarisée rectilignement par le prisme de Glan 5, subit un déphasage de #/2 à la traversée de la cellule 6 et, après réflexion sur.l'élément réfléchissant 1, un nouveau déphasage de #/2. La vibration émergeant de la cellule 6 présente donc une direction de polarisation symétrique de celle de la polarisation de la- vibration incidente par rapport aux axes neutres de la cellule 6, et elle est réfléchie par le polariseur de Glan dans une direction Il au niveau de l'hypoténuse commune aux deux prismes rectangles qui le composent. La cavité optique est alors "ouverte" : son coefficient de surtension est nul. Dans le second stade du procédé, on annule la différence de potentiel entre les électrodes de la cellule 6. La cellule n'a alors plus aucun effet sur les ondes lumineuses qui la traversent ; ces ondes polarisées rectilignement par le prisme de Glan 5 effectuent un grand nombre d'allers et retours entre les deux éléments réfléchissants 1 et 2. Le coefficient de surtension de la cavité est maximum. Dans le troisième stade du procédé, on extrait de la cavité laser l'énergie emmagasinée dans cette cavité en rétablissant une différence de potentiel entre les deux électrodes de la cellule 6. Les rayons lumineux effectuent un trajet analogue à celui qui a été décrit dans le premier stade du procédé, et sont réfléchis par le polariseur de Glan. L'obtention d'un faisceau de sortie 11 sous forme d'une impulsion lumineuse de courte durée, par exemple de l'ordre de 5 nanosecondes, nécessite l'application aux bornes de la cellule 6 d'un créneau de tension d'intensité très élevée et présentant un front de montée et surtout un front de descente très raices. Or, l'obtention d'un créneau de tension parfaitement carré et de forte intensité implique l'utilisation d'un système électronique très compliqué et très croûteux. Le dispositif selon l'invention, dont un exemple est schématiquement représenté sur la figure 2 permet de pallier ces-inconvénients. Il comprend un milieu actif-20 disposé entre-deux éléments réfléchissants 22 et 23. L'élément 22 peut être par exemple un prisme tournant, associé à une lame 23 pouvant être totalement ou partiellement réfléchissante. A titre d'exemple, la lame 23 présente avantageusement un facteur de réflexion égal à 95 t ou à 98 %, )pour la longueur d'onde d'émission laser considérée. Le générateur laser selon l'invention comprend des moyens pour accroître brutalement le coefficient de surtension de la cavité optique définie par les élé ment s 22 et 23, par exemple des moyens mécaniques pour maintenir pendant un certain temps tT l'hypoténuse Go prisme 22 parallèle à la face réfléchissante de la lame 23. tT peut être de l'ordre de quelques centaines de nanosecondes. Le générateur laser selon l'invention comprend en outre des moyens pour extraire un rayonnement électromagnétique émis par le milieu actif 20 et qui comprennent - un polariseur 24 disposé dans la cavité optique ; à titre d'exemple on peut utiliser un prisme de Glan permettant de séparer angulairement deux faisceaux lumineux polarisés dans des directions perpendiculaires. - une cellule optique passive 25 disposée à l'intérieur de la cavité optique et contenant un milieu présentant une biréfringence induite quand il est traversé par le champ électromagnétique, c'est-à-dire un effet Kerr induit. A titre d'exemple, ce milieu peut être un liquide diélectrique comme du nitrobenzène, du sulfure de carbone ou analogue. Pour une énergie de pompage et une cavité optique données, c'est-à-dire pour un champ électromagnétique connu rayonnant dans la cavité, on choisit de préférence les dimensions longitudinales de la cellule de manière qu'elle introduise un déphasage de w/2 entre les deux composantes rectangulaires d'une vibration lumineuse qui la traverse. Dans le cas d'un champ électromagnétique de faible amplitude. c'est-à-dire d'une biréfringence induite faible, on peut disposer dans la cavité un élément biréf-ringent supplémentaire 26 qui peut introduire avec la cellule 25 un déphasage de #/2. Cet élément biréfringent supplémentaire peut être constitué par l'élément 23 lui-même, par exemple lorsqu'il est formé d'un empilage de lames de verres adhérées l'une à I'autre présentant de la biréfringence ; il peut être aussi constitué par le milieu actif 20 lui-même, pouvant présenter une biréfringence naturelle ou provoquée. On peut également mettre en oeuvre une cellule 25 dont le milieu actif est soumis à un champ électrique transversal d'amplitude constante pendant les trois phases du procédé. Le dispositif selon l'invention fonctionne de la façon suivante Dans un premier stade, on pompe le milieu 21 à l'aide des moyens de pompage 21. Dans un second stade. on accroît brutalement le coefficient de surtension de la cavité. Le rayonnement électromagnétique, émis par le milieu 20 et oscillant dans la cavité optique, induit dans la cellule 25 une certaine biréfringence. Ainsi, la cellule 25 associée à l'élément biréfringent 26, transforme une vibration rectiligne en une vibration elliptique ou circulaire et permet d'extraire de la cavité une fraction de rayonnement constituant une impulsion lumineuse de très courte durée : cette fraGtxPn de rayonnement présnte en effet une direction de polarisation perpendiculaire à celle du rayonnement osctllaRt initiaement dana la cavité et parcourt au maximum deux fois la longueur de la cavité avant d'être déviée par le prisme 24. On constate que les générateurs lasers déclenchés selon l'invention présentent de nombreux avantages par rapport aux générateurs connus. A titre d'exemple, un générateur laser, dont la lame de sortie 23 présente un coefficient de réflexion sensiblement égal à 98 %, peut émettre simultanément deux impulsions lumineuses présentant des puissances analogues et des polarisations perpendiculaires - l'une de durée 5 nanosecondes dans la direction 27 réfléchie par le prisme 24, - l'autre de durée 10 nanosecondes dans la direction de l'axe optique de la cavité. Le déclenchement de telles impulsions très courtes ne nécessite pas de système électronique complexe. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode d'exécution décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, on peut sans sortir du cadre de l'invention apporter des modifications de détail, changer certains moyens par des moyens équivalents. REVENDICA r IONS 1/ Générateur laser dés esché comportant un milieu actif interposé entre deux éléments réfléchissantc, .es moyens de pompage dudit milieu actif, des moyens pour faire croître brusquement le coefficient de surtension de la cavité optique constituée par lesdits éléments réfléchissants. caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour extraire de ladite cavité un rayonnement électromagnétique issu dudit milieu actif, distincts desdits moyens pour faire croitre le coefficient ne surtension de ladite cavité, et constitués par un polariseur et une cellule optique disposés sur le traJet dudit rayonnement. ladite cellule contenant un milieu présentant une biréfringence induite par ledit rayonnement électromagnétique. 2/ Générateur laser selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit polariseur est un déviateur dudit rayonnement électromagnétique sélectif suivant la polarisation de ce rayonnement. 3/ Générateur laser selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ledit système polariseur est un polariseur de Glan. 4/ Générateur laser selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un élément optique à biréfringence constante est disposé sur le trajet dudit rayonnement électromagnétique. 5/ Générateur laser déclenché selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit élément à biréfringence constante est constitué par ledit milieu actif l meme. SZ Générateur laser déclenché selon la revendication 4, caractérisé par le ait que ledit élément à biréfringence constante est constitué par l'un desdits éléments réfléchissants fermant ladite cavité optique. 7/ Générateur laser déclenché selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit élément à biréfringence constante est constitué par ladite cellule optique à laquelle est appliqué un champ électromagnétique transversal constant fourni par un générateur extérieur.