Brevet FR2101067A1 — publié le 19720331

La présente invention concerne les appareils du type lasers à liquide, notamment les lasers à molécule fluorescente dits également lasers à colorant. On sait qu'un laser se compose d'un milieu amplificateur, ou milieu actif, constitué par un ensemble d'ions, atomes ou molécules d'énergie quantifiée associé à un résonateur optique : dans le cas d'un laser liquide le milieu actif est précisêment le liquide. Ce liquide est contenu dans une cuve comportant deux fenêtres transparentes baignées par ledit liquide et convenablement disposées par rapport à deux miroirs formant le résonateur optique précité. L'un de ces miroirs est semi-transparent afin de permettre la sortie du rayonnement laser émis par le milieu actif contenu dans la cuve. le plus généralement cette cuve a la forme d'un tube. Ce tube sera désigné désormais par le terme : "tube laser". L'ensemble que forment le tube laser et les deux miroirs constitue ce qu'il est convenu d'appeler la "tête laser". On sait aussi quelle milieu actif des lasers à liquide à molécule fluorescente consiste en une solution préparée à partir d'un solvant et d'un soluté fluorescent dissous dans ce solvant. le solvant peut être, par exemples de l'éthanol ou de l'acétone, et le soluté, par exemple, de la rhodamine B ou 6 O. Comme la longueur d'onde du rayonnement émis par de tels lasers est liée à la réabsorption du rayonnement au sein du liquide, la valeur de cette longueur d'orde se trouve donc elle-nieme liée à la valeur de la concentration du soluté dans le solvant c'est ainsi, par exemple, que, avec l'éthanol comme solvant et la rhodamine B comme soluté, pour le rayonnement émis on passe d'une longueur d'onde de 610 nm pour une concentration de rnodamine B de 10-4 mole/litre à une longueur d' onde de 620 nm pour une concentration de rhodamine B de 5,10'4 mole/litre.Un moyen d'ajuster la longueur d'onde du rayonnement e,-lis par un laser à liquide consiste donc à changer la concentration du soluté dans le tube laser. Pour mettre en oeuvre le moyen précité il était jusqu'à présent nécessaire de vider le tube laser de la solution qui l'emplissait, puis de le rincer et de le remplir de la nouvelle solution élaborée à la concentration calculée ou définie expérimentalement pour donner la longueur dlonde souhaitée. Il est évident que de telles manipulations manquent de souplesse : on conçoit qu'il soit difficile d'optimaliser d'emblée dans ces conditions la concentration de la solution pour obtenir la longueur d'onde recherchée du rayonnement et, encore plus, de l'optimaliser de façon continue. De plus il doit être procédé à l'ouverture de la tête laser et ccci conduit à se priver de l'emploi de l'appareilvpendant toute la durée des-opérations de démontage, de remontage et de réglage de celui-ci. le dispositif suivant l'invention permet d'éviter ces inconvénients et, en outre, permet de régler aussi finement que désiré la valeur de la concentration du soluté au sein du solvant à l'intérieur même de l'appareil, sans avoir à démonter la tête laser, facilitant ainsi considérablement l'utilisation du laser à molécule fluorescente comme source à longueur d'onde rapidement variable. le dispositif, objet de l'invention, adaptable au tube laser d'une tête de laser à liquide à molécule fluorescente, permet de modifier la concentration en molécule fluorescente de la solution de remplissage dudit tube laser à l'intérieur même du tube laser sans aucun apport extérieur des constituants, solvant et soluté, de cette solution. Ce dispositif est constitué d'une cuve à deux compartiments disposés de part et d'autre d'une cloison poreuse et contenant chacun une electrode conductrice. L'un de ces deux compartiments est raccordé au tube laser par deux canalisations de jonction dont l'une comporte une pompe de circulation.L'ensemble formé par les deux compartiments de la cuve, le tube laser, la pompe et les canalisations est empli de la solution précitée rendue conductrice par addition d'un sel. Une tension électrique continue est appliquée entre les deux électrodes précitées : le courant électrique qui en résulte provoque à la surface des électrodes des réactions d'oxydoréduction qui transforment la molécule fluorescente, sur l'une des électrodes, en un produit inapte à l'effet laser. le phénomène est réversible et les rôles respectifs des électrodes se trouvent permutés par inversion de la polarité de la tension appliquée entre les électrodes. Il s'ensuit que, suivant le sens du courant, son intensité et la durée de soe: passage, la concentration de la molécule fluorescente peut être, à la demande, augmentée ou diminuée dans le compartiment raccordé au tube laser, et, grace à la pompe de circulation, dans le tube laser lui-mêne.Il est ainsi possible, sans aucun démontage, de modifier à volonté la concentration de la molécule fluorescente dans le tube laser et par lâ-meme, comme on l'a vu, la longueur d'onde du rayonnement émis par l'appareil. Une telle façon de procéder évite donc d'avoir à changer la solution c'est-à-dire d'avoir à procéder au démontage, vidage, rinçage, remplissage, du tube laser et au réglage de la tête laser laquelle peut donc rester fermée et l'appareil continuer à fonctionner. L'invention sera mieux comprise en se référant au dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, dont la figure unique est une vue schématique du dispositif conforme à l'invention. Sur cette figure la têtue laser 1 est délimitée par le rectangle tracé en traits discontinus et comprend le tube laser 2 et les deux miroirs 3 et 4 du résonateur optique montés orthogonalement à l'axe du tube laser 2, le miroir 7 c'tant semi-transparent afin de permettre, ainsi qu'il a t précisé précédemment, 7 la sortie du rayonnement laser, symbolisé par la flèche marquée Dl. le tube laser 2 est relié par deux canalisations 5 et 6 à une cuve 8 composée de deux compartiments 8a et 8b, une poupe 7 étant intercalée dans l'une des canalisations 5. les deux compartientos 8a et 8b sont réunis par un tube 9 obturé en sa partie médiane par un disque de verre fritté 10 constituant une cloison poreuse et assurant donc la sép-ra-tion du liquide contenu dans les deux compartiments 8a et 8b sans empêcher la conduction de l'électricité dans ce liquidddans les conditions qui seront précisées ci-après.Dans les compartiments 8a et 8b plongent-respec tivement,ainsi qu'il a été dit, deux électrodes,de platine ou de tout autre métal précielnx,11a et ilb traversant les bouchons d'obturation 12a et 12b de ces compartiments. Entre les deux électrodes lia et ilb est appliquée une tension électrique continue V fournie par une alimentation électrique 13 qui, dans les conditions de réglage de l'appareil, débite un courant i, lequel a pour effet, salivant la polarité de la tension V applique,e entre les deux électrodes lia et lib par le jeu de l'inverseur 14, de faire s'accroître ou se réduire la concentration de la solution 15 qui emplit la partie de l'appareil formé par le compartiment 8a de la cuve 8, le tube laser 2, leurs canalisations de raccordement 5 et 6 et la pompe 7. Ainsi qu'il a été dit, la solution 15 est composée du solvant et du soluté choisis (par exemple éthanol et rhodamine B), et additionnée d'un sel (par exemple perchlorate de sodium) afin d'etre rendue conductrice de l'électricité. le processus d'ajustement de la concentration de la solution 15 en vue d'obtenir, ainsi que précédemment décrit, un rayonne- ment laser d'une longueur d'onde définie est pratiquement le suivant Dans les conditions de montage qui sont celles de la figure c'est dans le comparti;ent 8a que s'effectue le réglage de la concentration en molécule fluorescente : la rhodamine B se détruit sur l'électrode lia lorsque cette électrode est cathode et se transforme en un produit stable à partir duquel, en changeant la polarité de l'électrjde lia par le jeu de l'inverseur 14, on reforme la rhodamine B initiale. les reactions dans le comp1rtiment 8b sont symétriques, mais les produits formés sont isolés du reste du circuit liquide par le disque de verre fritte 10. Les quantités de produits formés ou détruits sont proportionnelles aux quantités d'électricité qui passent dans la solution : ce qui permet de régler la concentration par le temps d'application de la tension électrique V. les tensions électriques ainsi appliquées sont de l'ordre de la dizaine de volts et le courant qui passe dans la cuve 8 est de l'ordre du milliampère : la puissance électrique dissipée est donc de l'ordre du centième de watt, ce qui est négligeable eu égard à la puissance à dissiper résultant de l'excitation optique du laser laquelle est en effet au moins de l'ordre du watt. le milieu actif d'un laser à liquide n'étant pas conducteur de l'électricité la mise en oeuvre du dispositif conforme à l'invention exige que soit ajouté à la solution qui constitue le milieu actif un sel qui soit un électrolyte. Ce sel doit, sans perturber d'aucune façon les qualités optiques de la solution, permettre des réactions électrochimiques sur les électrodes. Il a été trouvé à ce sujet que le bromure de tétraéthylammonium ou le perchlorate de tétraéthylammonium conviennent bien lorsque le solvant utilisé est l'acétone s lorsque le solvant est l'éthanol les sels les mieux adaptés au point de vue solubilité sont le perchlorate de sodium et l'hypophosphite de sodium. Ccci permet d'étendre à tous autres lasers à liquide le champ d'application du dispositif objet de l'invention : en effet l'addition, dans les solutions utilisées généralement dans ces lasers comme milieu actif, d'un sel tel que le bromure de tétraéthylammonium précité, en rendant la solution conductrice, ne modifie pas les propriétes optiques de celle-ci, de sorte que le processus décrit d'optimalisation de telles solutions confor dément à l'invention est applicable comme décrit. REVENDICATIONS 1. Laser à liquide, comportant un tube rempli dudit liquide, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif permettant de faire varier la concentration d'un constituant dudit liquide à l'intérieur dudit tube. 2. Laser à liquide selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit dispositif comporte : - une cuve à deux compartiments séparés par une cloison poreuse, chacun de ces deux compartiments contenant une partie dudit liquide ; - des moyens permettant de faire passer un courant électrique continu, dans un sens ou dans l'autre, entre lesdits compartiments ; - des moyens permettant d'assurer la circulation dudit liquide entre l'un desdits compartiments et ledit tube. 3. Laser à liquide selon la revendication 1 caractérisé en ce que les constituants du liquide sont un solvant, un soluté à molécule fluorescente et un sel rendant électriquement conducteur ledit liquide.