Brevet FR2085152A1 — publié le 19711224

La présente invention due aux travaux de AIonsieur Denis LE GOFF de la Compagnie Générale d'Bîectricité a pour obJet un générateur laser déclenché délivrant des ir.lpulslons lumineuses brèves et un procédé de mise en oeuvre dudit générateur. e t-pe de générateur peut être aisément associé à une chaîne laser amplificatrice fournissant des impulsions lumineuses de grande puissance. La production d'impulsions lumineuses brèves peut se faire principalement de deux façons différentes. On peut, d'une part, après concentration de l'énergie lumineuse dans la cavité laser, diminuer brusquement son coefficient de surtension, et extraire ainsi toute l'énergie en un temps très court. D'autre part, à l'aide d'un dispositif situé dans l'axe et à l'extérieur de la cavité laser, de transparence au rayonnement laser rapidement varialule, le faisceau laser issu du générateur est "découpé" pour donner naissance à une ou plusieurs impulsions lumineuses brèves. Bien entendu, on peut employer une cembinaison de ces deux solutions. La production d'impulsions brèves est obtenue dans le générateur, objet de la présente invention par variation brutale du coefficient de surtension de la cavité laser. Le procédé bien connu est mis en oeuvre dans le dispositif que montre la figure 1 qui représente l'art connu. Ledit dispositif de la figure 1 est constitué d'une cavité Pérot Fabry rectiligne, formée de deux prismes 1 et 2 à réflexion totale com- prenant, sur l'axe optique de ladite cavité un milieu amplificateur 3 muni de moyens de pompage 4,par exemple une lampe à décilage, permettant de réaliser une inversion de population dudit milieu, un prisme de Clan 5 et une cellule électro-optique de déplissage 5. Celle-ci, lorsqu'on applique entre ses deux électrodes une certaine différence de Eotentiel continue V, fait tourner, après deux passages. le plan de polarisation d'une lumière polarisée rectilignement d'un angle de 900. Le fonctionnement de ce générateur peut se décomposer en trois étanes successives. Dans une première, on "pompe" le milieu actif c'est-àdire que l'on inverse la population dudit milieu à l'aide de la lampe à déciarge 4. Ladite différence de potentiel V est appliquée entre les deux électrodes de la cellule électro-optique Ô. Dans ces conditions, une onde lumineuse issue du milieu actif 3, puis polarisée rectilignement par le prisme de Clan 5, est déviée par ledit prisme 5 après réflexion sur le prisme à réflexion totale 1 et double passage dans la cellule o. La cavité est dite "ouverte" ; son coefficient de surtension est nul. Dans un deuxième stades qui est celui de l'amplification, la différence de potentiel V existant entre les électrodes de la cellule est supprimée : la cellule 6 n'a alors aucun effet sur les ondes lumi- neuses qui la traversent et lesdites ondes polarisées rectilignement par le prisme de Clan 5, effectuent un grand nombre d'allers et retours entre les deux prismes 1 et 2. Le coefficient de surtension de la cavité laser est maximal.Dans la troisième et dernière étape, l'énergie emmagasinée dans la cavité laser est extraite très rapidement en rétablissant la différence de potentiel V entre les deux électrodes de la cellule 6. Les rayons lumineux sont alors déviés à l'extérieur de la cavité par le prisme de Clan 5 et le parcours maximal effectué par un photon ne peut être égal qu'à deux fois la longueur de la cavité, ce qui détermine approximativement la largeur de l'impulsion laser extraite. Cette dernière peut être envoyée dans une chaîne laser amplificatrice représentée sur la figure 1 par un milieu actif 7 muni de moyens de pompage 8. On remarque immédiatement que l'impulsion laser ne sort pas du générateur dans l'axe de la cavité qui ne peut donc alors pas être confondu avec celui de la chaine amplificatrice. L'ensemble de l'installation comprend alors au moins deux bancs d'optique indépendants supportant les constituants du laser, l'un pour le générateur et l'autre pour la chaîne amplificatrice. Aux difficultés d'alignement des différentes pièces d'optique, s'ajoutent les vibrations, en général d'amplitude et de phase différentes, auxquelles sont soumis les deux bancs. Ceci conduit à un désalignement de la direction dans laquelle est émise l'impulsion laser du générateur avec l'axe optique de la chaîne amplificatrice.De plus, il est peu pratique technologiquement et dangereux pour l'utilisateur d'avoir en permanence une tension élevée appliquée à la cellule électro-optique 6. L'invention fournit un dispositif, correspondant mieus que ceux de l'art antérieur aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il ne présente pas les inconvénients ci-dessus. L'invention vise en par ticulier à obtenir un générateur de fonctionnement plus aisé et délivrant une impulsion lumineuse dans une direction confondue avec l'axe optique de la plupart des différents éléments constituant la cavité du générateur. A cette fin, l'invention propose un générateur laser déclenché caractérisé en ce qu'il comporte deux surfaces réfléchissantes et, entre lesdites surfaces, et suivant le même axe optique, un milieu actif muni de moyens de pompage, une cellule électro-optique de déphasage munie de moyens de commande placée entre un polariseur et un déviateur de faisceau sélectif fournissant un faisceau soit dévié, soit dans une direction confondue avec ledit axe optique suivant la polarisation de l'onde lumineuse incidente, l'une des deux dites surfaces réfléchissantes étant centrée sur l'ase du faisceau lumineux dévié par ledit déviateur. Le fonctionnement de ce générateur comporte les différentes opérations suivantes - le pompage dudit milieu actif alors que la différence de potentiel aux bornes de ladite cellule électro-optique est nulle, ce qui rend minimal le coefficient de surtension de la cavité laser, - la fermeture de ladite cavité laser en établi & ant aux bornes dc ladite cellule électro-optique une différence de potentiel telle qu'une onde lumineuse issue dudit milieu actif subisse en traversant une seule fois ladite cellule électro-optique un déphasage de /2, - l'annulation de ladite différence-de potentiel, ce qui a pour effet d'ouvrir ladite cavité laser et de permettre l'extraction de l'énergie lumineuse contenue dans ladite cavité. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode d'e-écution de 1 'invention donné à titre d'exemple non limitatif. Sur les dessins, - la figure 1 représente un générateur laser déclenché selon l'art antérieur - la figure 2 représente un générateur laser déclenché conforme à l'invention Sur la figure 2, la cavité laser est délimitée par deux surfaces réfléciiissantes qui sont deux prismes à réflexion totale 9 et 10.Dans cette cavité sont placés successivement, suivant le même axe optique, un milieu actif 11 constitué d'un barreau de verre laser et muni de moyens de pompage 12, un premier prisme de Clan 13 qui polarise rectilignement les rayons lumineux issus du milieu actif 11, une cellule électro-optique 1 qui peut être par exemple une cellule de Pockels ou de Iierr, un second prisme de Glan 15 qui joue le rôle déviateur de faisceau sélectif suivant la polarisation de l'onde lumineuse incidente. Le- prisme 10 est centré sur ltaxe du rayon lumineux dévié par le prisme de Glan 15. On remarque que la cavité laser ainsi constituée n'est pas rectiligne. Une chaine amplifi catrice -représentée par un milieu actif ló et. ses moyens de pompage 17 amplifie l'impulsion laser délivrée par le générateur. Des moyens non représentés sur la figure 2 permettent d'établir entre les deux électrodes de la cellule électro-optique 1 une différer ce de potentiel V' telle que le plan de polarisation d'une onde lumineuse polarisée rectilignement tourne d'un angle de 900 en traversant une seule fois la cellule 14. Le principe de fonctionnement du générateur laser, objet de la présente invention, peut se décomposer entrois étapes successives. Dans une première, le matériau actif 11 est pompé, est-àdire que l'on réalise dans ledit matériau une inversion de population. La différence de potentiel entre les électrodes de la cellule électro-optique 14 est nulle. Les rayons lumineux émis par fluorescence par le matériau 11, polarisés rectilignement par le prisme de Glan 13, ne subissent aucun déphasage au cours de la traversée de la cellule 14 et ne sont donc pas déviés par le second prisme de Glan 15. La cavité laser est alors "ouverte" ; son cocf- ficient de surtension est minimal. Dans un deuxième stade, on applique entre les électrodes de la cellule électro-optique 14 une différence de potentiel V' telle qu'une onde lumineuse traversant ladite cellule subit un déphasage de /2. Les rayons lumineux provenant du milieu actif 11 et polarisés rectilignement par le premier prisme de Glan 13 sont déviés par le second prisme de Glan 15 puisque leur plan de polarisation a tourné d'un angle de 900 en traversant la cellule 14.La cavité laser est alors "fermée", son coefficient de surtension est maximal. L'oscillation laser peut alors se produire ctest-à-dire que les rayons lumineux vont effectuer un grand nombre d'allers et retours dans la cavité en dépeuplant le milieu actif 11 par émission stimulée. Puis, dans une troisième et dernière étape, on annule la différence de potentiel entre les deux électrodes de la cellule 14 ; la polarisation des rayons lumineux ne subit alors aucune modification au cours de la traversée de ladite cellule et lesdits rayons lumineux ne sont plus déviés par le second prisme de Glan 15. La cavité laser est ouverte et le générateur délivre une impulsion laser dans une direction confondue avec l'axe optique du milieu actif 11. Les avantages de ce générateur laser sont nombreux. La tension électrique n'est appliquée aux bornes de la cellule électro-optique que pendant un temps très court qui correspond au temps de "construction" de l'impulsion laser dans la cavité, c'est-àire tout au plus quelques dizaines de nanosecondes.Le fait que l'impulsion laser soit émise dans une direction suivant l'azote du matériau actif et de la plupart des pièces optiques permet de fixer le générateur laser sur le même banc d'optique que la chaîne amplificatrice, ce qui est très avantageux : d'une part, l'alignement des différents constituants du générateur avec ceux de la chaîne amplificatrice est très aisé ets d:autre part, les vibrations subies par les différents composants sont identiques et donc négligeables puisque leurs périodes sont très grandes devant la durée de l'impulsion laser. Il va sans dire que la présente invention ne se limite pas au seul mode de réalisation qui a été représenté et décrit à titre d'exemple et que la portée du présent brevet s'étend également aux variantes de tout ou partie des dispositions décrites, restant dans le cadre des équivalences ainsi qu'à toutes applications de telles dispositions. REVENDICATIOl{S 1. Générateur laser déclenché caractérisé en ce qu'il comporte deux surfaces réflécllissantes et, entre lesdites surfaces et suivant le même axe optique, un milieu actif muni de moyens de pompage, une cellule électro-optique de déphasage munie de moyens de commande, placée entre un polariseur et mi déviateur de faisceau sélectif fournissant un faisceau soit dévié, soit dans une direction confondue avec ledit axe optique suivant la polarisation de l'onde lumineuse incidente, l'une des deux dites surfaces réfléchissantes étant centrée sur l'axe du faisceau lumineux dévié par ledit déviateur. 2. Générateur suivant la revendication 1 caractérisé en ce que 1 au moins des deux dites surfaces réfléchissantes est un prisme à réflexion totale. 3. Générateur suivant la revendication 1 caractérisé en ce que ladite cellule électro-optique de déphasage est une cellule de Kerr. 4. Générateur suivant la revendication 1 caractérisé en ce que ladite cellule électro-optique de déphasage est une cellule de Pockels. 5. Générateur suivant la revendication 1 caractérisé en ce que ledit polariseur est un prisme de Glan. o. Générateur suivant la revendication 1 caractérisé en ce que ledit déviateur de faisceau sélectif est un prisme de Glan..