Brevet FR2077380A1 — publié le 19711022

i 2077380 L'invention concerne un laser comportant un milieu dis-posé à l'intérieur d'un résonateur optique, stimulable et excitable au moins pour deux longueurs d'onde, de préférence un verre au néodyme ou un monocristal, une source lumineuse de pompage, et 5 un système de miroirs concentrant la lumière de ladite source sur le milieu stimulable. Un laser, dont le milieu stimulable est constitué par un verre au néodyme ou par un monocristal, se caractérise par le fait qu'une inversion apparaît déjà lors de très faibles excita-j.0 tions de pompage. L'excitation peut s'effectuer en outre dans un. domaine étendu de températures dans les mêmes conditions. Le milieu stimulable d'un laser de ce genre, est excité, sans disposition spéciale, pour une longueur d'onde = 1,06 wm. • J. Comme il ressort de la revue "Physics Letters", vol. 28A, n°6,1968, 15 il est cependant également possible d'émettre d'autres longueurs d'onde au voisinage de 1,3 u. Un inconvénient usuel inhérent à l'utilisation d'appareils à laser, notamment d'appareils possédant une puissance élevée, réside dans un danger latent d'endommagement de la rétine 20 des yeux des personnes approchant et touchant de tels appareils. Le rayonnement monochromatique produit suivant un faisceau serré par un laser peut provoquer, après focalisation par le cristallin, en certains endroits de la rétine l'apparition de densités d'énergie si élevées que la rétine se coagule aux endroits corres-25 pondants. Cependant le danger d'endommagement de la rétine dépend fortement de la longueur d'onde du rayonnement tombant sur l'oeil, comme il ressort de la revue "Journal of Investigative Ophthalmo-logy", vol. 1, n°6, 1962, pages 776 à 783. Cette sensibilité de l'oeil humain, se différenciant suivant des puissances de dix, 30 est due à l'absorption, dépendant fortement de la longueur d'onde du rayonnement, par les parties optiques de l'oeil placés en avant de la rétine. Il ressort également du document précédemment cité ci-dessus, qu'un rayonnement de longueur d'onde* 2 = 1,3m est absorbé beaucoup plus fortement en avant de la rétine qu'un rayon-35 neraent de longueur d'onde 1,06 y . Le danger d'une coagulation de la rétine est donc, dans le cas d'un milieu stimulable d'un laser, excité pour une longueur d'onde *2 = v » sensiblement plus réduit que dans le cas d'un verre au néodyme ou d'un monocristal, excité habituellement pour une longueur d'onde A ^ = l,06u . 40 L'invention a pour but d'indiquer un moyen pour n'exciter 71 02627 2 2077380 qu'une longueur d'onde dans un milieu stimulable d'un laser, susceptible d'être excité par au moins deux longueurs d'onde, et pour supprimer l'autre longueur d'onde. Ce problème se présente notamment dans le cas d'un laser comportant un milieu stimulable 5 constitué paï yn verre au néodyme ou par un monocristal. Ce problème est résolu conformément à l'invention par le fait qu'au moins un miroir du résonateur esticonstitué par un réflecteur résonnant à plusieurs plaques, dont les intervalles d'air séparant lesdites plaques possèdent, pour l'excitation d'un 10 rayonnement non dangereux pour l'oeil humain, une épaisseur ayant pour valeur un multiple entier de la demi longueur d'onde A^ = l,064v et un multiple impair du quart approximatif de la longueur d'onde - 1,318^ . Ces dispositions permettent de rendre faible le pouvoir 15 réfléchissant du réflecteur résonnant à plusieurs plaques pour le rayonnement indésirable de longueur d'onde ^ et de rendre élevé ledit pouvoir réfléchissant pour le rayonnement de longueur d'onde non dangereux pour l'oeil. A partir d'un rapport déterminé des deux pouvoirs réfléchissants, le rayonnement de la longueur d'on-20 de faiblement réfléchie est presque complètement supprimé et seul le rayonnement de la longueur d'onde privilégiée^ es^ encore excité. La longueur d'onde = 1>318 y est celle des longueurs d'onde qui a la plus grande amplification"au voisinage de 1,3 m . Un dimensionnement approprié, du réflecteur résonnant 25 à plusieurs plaques est obtenu lorsque l'épaisseur d'un intervalle d'air situé entre les plaques a pour valeur 3/2 ou approximativement 5/4 L'écart numérique entre les pouvoirs réfléchissants du réflecteur résonnant à plusieurs plaques pour les deux longueurs 30 d'onde A et a peut être encore augmenté en améliorant par traitement les surfaces extérieures dudit réflecteur, situées sur le chemin du rayonnement stimulé, pour la longueur d'onde Aj=l,064u . Afin d'éviter une destruction du réflecteur résonnant à plusieurs plaques dans le cas de puissances élevées, on utilise 35 de préférence du" verre quartzeux.pour constituer le matériau des plaques, en raison de sa faible absorption pour la longueur d'onde V A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé une forme de réalisation du dis-40 positif conforme à l'invention. 71 02627 3 2077380 La figure 1 est une vue en élévation latérale d'un réflecteur résonnant La figure 2 est une vue de face d'une plaque dudit réflecteur de la figure 1. 5 Les figures 3 et 4 sont des diagrammes représentant les variations périodiques du pouvoir réfléchissant du réflecteur de la figure 1 ën fonction de la longueur d'onde. Le réflecteur résonnant à plusieurs plaques suivant la figure 1 est constitué par trois plaques cylindriques 1 comportant 10 des faces frontales planes parallèles. Les plaques 1, disposées les unes à la suite des autres,sont appliquées l'une contre l'autre par leurs surfaces frontales par l'intermédiaire des couches annulaires 2. L'épaisseur h^ de ces dernières a pour valeur 1,596m . Cette épaisseur correspond à une épaisseur de l'espace 15 d'air égale à une fois et demie la valeur de la longueur d'onde = l,064jiou à approximativement 1,25 fois la valeur de la longueur d'onde A. = l,3i8y . L'intervalle d'air représenté sur le dessin est représenté avec une épaisseur sensiblement plus grande en proportion de l'épaisseur d'une plaque pour l'intelligence du 2° dessin. Le rapport de l'épaisseur h^ de l'intervalle d'air à l'épaisseur optique des plaques 1, qui est donnée par le produit de leur épaisseur géométrique par l'indice de réfraction n du matériau, a pour valeur approximative 1/lQOQ. La vue de face de la plaque de gauche 1, représentée en 25 figure 2 et correspondant à la coupe AB de la figure 1, montre mieux l'intervalle d'air 3 formé entre les faces frontales voisines de deux plaques 1 du fait de la couche annulaire intercalaire 2. Cette couche annulaire intercalaire 2 est constituée par une pellicule annulaire déposée par vaporisation sur la plaque. La 30 plaque devant être montée sur cette couche intercalaire peut être fixée par exemple par simple adhérence. Comme on peut le constater, le pouvoir réfléchissant maximum R d'un réflecteur résonnant à plusieurs plaques, du ui8A type faisant l'objet de l'invention est donné par la formule : 35 R _ ( 1 - n2k \2 maX [ 1 + n2k ; Le pouvoir réfléchissant maximal dépend donc uniquement du nombre k des plaques et de l'indice de réfraction n du matériau utilisé formant les plaques. Pour l'utilisation qui en est indiquée ici, 40 pour supprimer la longueur d'onde indésirable d'un laser compor 71 02627 4 2077380 10 30 tant un milieu stimulabletau néodyme, un nombre de plaque k = 3 suffit. Pour k = 3-et pour l'indice de réfraction n = 1,45 valable pour le verre quartzeux, on obtient la valeur Rmax = 0,65 pour la longueur d'onde x2 = 1»318 m. Le pouvoir réfléchissant maximal R' du réflecteur résonnant à plusieurs plaques, au voisinage de nid x la longueur d'onde = l,064y est donné par la formule : *• ( i - "2f max —I _ 1 \ 1 + n2/ Pour l'indice de réfraction du verre quartzeux n = 1,45, R*_ FTÎtfX prend la valeur 0,13. Cet éc^rt numérique entre les valeurs 0,13 et 0,65 du pouvoir réfléchissant pour les deux longueurs d'onde *1 *2 Pour supprimer presque complètement le rayonnement de longueur d'onde X^ dans la dispositif à laser et pour exciter le rayonnement de longueur d'onde x^, non dangereux pour l'oeil. D'ailleurs le facteur de réflexion est une fonction presque périodique de la longueur d'onde, comme le montrent les figures 3 et 4. L'intervalle àX^ entre deux zones voisines de suppression au voisinage de la longueur d'onde *2 e~t l'intervalle ûx^ entre deux maxima voisins à proximité de la longueur d'onde x, po sont donnés par les formules suivantes : 4X1 = : UL- et "2 , i2 2knh2 2nh2 L'épaisseur de plaque utilisée étant h2 = 2mm, les formules ci-dessus donnent : 25 AX^ = 0,65 . 10"10 m. AX"2 =3,0 . 10~10 m. Les figures 3 et 4 montrent la variation du pouvoir réfléchissant pour les parties intéressantes du spectre au voisinage des longueurs' d'onde x^ et x^. Les maxima du pouvoir réfléchissant sont approximativement équidistants et ont la même hauteur. Au voisinage de la longueur d'onde *2 = 1,318 y, seuls sont intéressants, dans la pratique, les maxima de réflexion élevés dans les zones de suppression. Entre deux zones de suppression, on trouve trois points d'annulation du pouvoir réfléchissant, en raison du nombre k = 3 des plaques, et donc deux maxima. A l'échelle choisie en figure 4, un seul de ces deux maxima est visible. Lorsqu'on fait varier le nombre de plaquesk, il en résulte simplement une modification du pouvoir réfléchissant maximal au voisinage de la longueur d'onde X2 = l,318y.sans modification du pouvoir réfléchis35 71 02627 5 2077380 sant maximal au voisinage de la longueur d'onde A . Pour k = 4, on obtient un pouvoir réfléchissant maximal Rmax = 0,80 au voisinage de la longueur d'onde X2. De faibles variations Ô X X 6 h? 71 02627 6 2077380 REVENDICATIONS 1. Laser comportant un milieu disposé à l'intérieur d'un résonateur optique, stimulable et excitable au moins pour deux longueurs d'onde, de préférence un verre au néodyme ou un 5 monocristal, une source lumineuse de pompage, et un système de miroirs concentrant la lumière de ladite source sur le milieu stimulable, caractérisé par le fait qu'au moins un miroir du résonateur est constitué par un réflecteur résonnant à plusieurs plaques dont les intervalles d'air (2) séparant lesdites plaques 10 (1) possèdent, pour l'excitation d'un rayonnement non dangereux pour l'oeil humian, une épaisseur ayant pour valeur un multiple entier de la demi longueur d'onde A^ = 1,064 p et un multiple impair du quart approximatif de la longueur d'onde A^ = 1,318 M . 2. Laser suivant la revendication 1, caractérisé par 15 le fait que l'épaisseur d'un intervalle d'air situé entre les plaques a pour valeur 3/2 A^ ou approximativement 5/4 a 3. Laser suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les surfaces extérieures dudit réflecteur, situées sur le chemin du rayonnement stimulé, sont améliorées par traite- 20 ment pour la longueur d'onde A^ = 1,064 p. 4. Laser suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait que le matériau des plaques dudit réflecteur est du verre quartzeux.