Brevet FR2085314A1 — publié le 19711224

La présente invention concerne une source de rayonnement tirant part de l'effet connu sous le nom de "laser". Dans les sources laser, on utilise le fait qutun atome excite, c'est à dire porté à un niv@au d'éner@de supérieur à @@@i de l'e ta@ dans lequel il se trouve lorsqu'il ne subit aucun apport d'énergie, état dit fondamental ou de re@@s, éset um rayonnement, soit spontanément, soit sous l'action d'un autre rayonnement qu'il regoit. Dans le premier cas, l'émission est dite spontanée, dans le deuxième induite. Lorsque le dispositif optique est convenable, c'est à dire, en pratique, lersque le milieu émetteur est enferme dans un interféromètre de Fabry@Pé@ot, l'émission induite peut dépa@ ser considérablement l'émission spent@née : c'est l'effet laser. Entre autres classifications, on distingue trcis types de laser suivant l'état de la matière dans lequal se trouve le milieu où s'engendre l'émission. On peut se trouver ainsi en présence de laser solides, liquides, ou gazeux. On a décrit de nombreux montages utxlisant chacun des trois types ; des appareils de fonctionnement très satisfaisant ont te realses cans chacune des trois catégories. Leur mise au point n'en est cependant pas moins délicate, en raison de certaines difficultés pratigues inhérentes à chacun de ces modes de construction. Dans les lasers où le milieu actif est un solide, le problème qui se pose au constructeur est la realisation d'une substance homogène, de façon. que le rayonnement engendré ne soit pas diffusé, diffracté; ou réfracté au cours de son cheminement dans la colonne lumineuse formée par ladite substance. L'avantage des solides est que la densité des centres émetteurs est élevée en raison de la cen- densation du milieu : d'autre part, les centres actifs sont peu perturbes par l'agitation thermique de leurs voisins, les mouvements de ceux-ci étant limités par les forces qui maintiennent le -rés.eau cristallin. Il n'en est pas de même dans les liquides avec lesquels il est facile d'obtenir un milieu homogène ; cependant, les interactions, par l'intermédiaire du mouvement brownien,entre les atomes constituant l'environnement et les atomes engendrant le rayonnement sont importantes, et les chocs entre ceux-ci et ceux-là ont pour effet la désactivation des atomes excités, par l'intermédiaire de processus non radiatifs On est conduit a entraver ces interactions et, à cette fin, e enfermer es centres actifs dans des armures protectrices que l'on réalise à l'aide de molécules de ehélates, en forme de cage, ou boucliers d'ions solvatés, produits de préférence avec des ions lourds. C'est ainsi que l'on a obtenu d'excellents résultats avec des lasers dans lesquels les sources élémentaires sont des ions de néodyme Nd+++, plongés dans une colonne d'oxychlorure de sélé- nium liquide. Les interactions entre centres actifs et milieu environnant sont également faibles lorsque celui-ci est suffisamment dilué c'est le cas des gaz, avec lesquels on construit des lasers de fonc- tionnement souvent remarquable, mais en genéral de dimensions impor tantes. En effet, le gain par unité de longueur est très peu supérieur à 1, en raison précisément de la dilution du milieu environ- nant. Le dispositif de l'invention ne présente pas ces inconvénionts. Dans ce dispositif, le milieu actif est constitué par des fragments d'une substance solide contenant des @entres actifs, plongés dans un fluide ayant un indice de réfraction identique à celui du solide pour la longueur d'onded'émission du laser Le solide et le fluide doivent satisfaire à différentes colldi- tions a/ le solide doit - être parfaitement homogène - ne presenter aucune fracture ou surface dépolie - ne pas être biréfringent b/ le liquide doit - présenter le mème indice de réfraction que le solide pour la longueur d'onde d'émission du laser - être transparent à cette îon-gueur d'onde - être transparent dans la zone de pompage - n'absorber les radiations provoquant la photolyse que dans une région spectrale aussi eqoignée que possible de celle ou se produit le pompage optique, ce qui facilite l'élimination de ces radiations. Dans ces conditions, les éléments actifs sont mis à l'abri du mouvement brownien du liquide. Les indices de réfraction des fragments et du mélange liquidé étant identiques pour ia longueur dton de émise par les fragments solides, 1'ensemble constitué par ces fragments solides et le mélange est optiquement homogène. L'invention va être maintenant décrite en détail dtaprès des exemples de réalisation et en relation avec les dessins annexés dans lesquels : - la Fig. 1 représente le laser de l'invention ; et - les Figs.2 et 3 représentent les détails de l'appareil. En se référant aux figures, le laser est situé à ltintérieur d'une enceinte thermostatée 1 et comprend un-tube 2 contenant le milieu actif, une lampe hélicoidale 3 de pompage optique terminée par des électrodes 4 et contenant du krypton ou du xénon et les embouts 5 permettant l'obturation du tube 2. Le tube 2 et la lampe hélicoidale 3 sont montés coaxialement. Autour de la lampe est placé un miroir cylindrique en argent 6. Le tube 2 est un tube en verre "Pyrex" de 6mm de diamètre intérieur et de 1,5mm d'épaisseur. Il est revêtu extérieurement d'une couche absorbant l'ultra-violet et il est pourvu dtun queusot 7 destiné à l'élimination des bulles gazeuses du liquide que contient le tube. Le tube 2 est rempli dsune pluralité de disques 8 de 6mm de diamètre et de 2mm d'épaisseur d'un verre de crown dopé au néodyme. L'indice de réfraction de ce verre, pour la longueur d'onde de 1 ,058p est de 1,512 à la température de 200 C. Les disques sont placés dans un mélange liquide 9 de sulfure de carbone et de tétrachlorure de carbone en proportion en poids de 0,423/0,577 à 200 Ce La paroi du tube 2 contenant les disques 8 et le liquide 9 est recouverte d'une couche absorbant l'ultra-violet. L'espacement entre disques n'est pas. critique. il est possible de caler les disques 8 dans un peigne 10 comme représenté dans la Fig. 3. Le dispositif laser est placé sur un banc. d'optique 11 entre deux miroirs 12. Chaque extrémité du tube 2 est fermée par une fenêtre 13 en verre de crown dopé au néodyme. Cette fenetre est serrée entre deux raccords filetés 14 et 15 avec interposition de joints plats 16 en polytétrafluoréthylène (dit "Téflon") les raccords filetés se termi- nant par des parties tubulaires 17 et 18. Sur la partie tubulaire t8 peut se visser une bague filetée 19 dans laquelle passe le tube et qui sert à serrer un joint torique drétanchéité 20. Au lieu d'un mélange de sulfure de carbone et de tétrachlorure de carbone on pourrait encore utiliser les mélanges suivants eau - bromomcrcurate de baryum eau - bromomercurate de notassium- chloroforme - bromoforme, (les quantités relatives des deux liquides du mélange étant-détermi- nées pour avoir un indice de réfraction de 1,512.) Dans un second exemple, les disques de verre sont en fluorure de calcium d'un indice de réfraction de 1,4286 à la longueur tonde de 1,058 et et le liquide ou le mélange liquide est l'un des suivants eau - bromomercurate de potassium ou de baryum bromopentane - pentane polytrifluorochloréthylène. Au liquide du thermostat t est mélangée une substance absorbant lwultra-violet pour augmenter l'effet de la couche recouvrant le tube 2 et empêcher le photolyse du liquide qu'il contient. Cet absorbant peut être un mélange de nitrate de cérium et d'ammonium en solution à 1/100 en poids dans l'eau, qui élimine les radiations de longueurs d'onde inférieures à 4600 A (0,46 ). Bien que l'invention ait été décrite diapres des exemples spécifiques de réalisation, il doit être bien compris qu'elle s1appli- que au cas de substances solides à l'état de fragments, émettant une onde de longueur d'onde donnée quand elles sont pompées optiquement à une longueur d'onde de pompage appropriée, baignant dans un liquide ayant un indice de réfraction égal à celui desdites-substances pour la longueur d'onde d'émission. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Dispositif laser comprenant un tùbe contenant des fragments d'une substance active laser et un lictzide dans lequel baignent les fragments, des moyens de pompage optiq@e de ladite substance laser faisant rayonner cette dernière sur une longueur d'onde déterminée, l'frdice de réfraction du liquide à cette longueur d'onde étant égal à celui de ladite substance 2 - Dispositif laser conforme à la revendication 1 dans lequel les fragments de la substance aetive ent la forme de disques paral. lèles écartés les uns des autres, les intervalles les séparant étant remplis dudit liquide. 3 - Dispositif laser conforme à la revendication 1 dans lequel la substance active est un verre dopé au néodyme. 4 - Dispositif laser conforme à la revendication 1 dans lequel -la substance active est un verre de crown dopé au néodyme ayant un indice de réfraction de 1,512 pour une longueur d'onde de 1,058 , et dans lequel le liquide a un indice de réfraction de 1, 512. 5 - bispositif conforme a la revendication 4 dans lequel le liquide est un mélange de sulfure de carbone et de tetrachlorure de carbone 6 - Dispositif conforme à- la revendication 4 dans lequel le liquide est un mélange d'eau et de bromcmercurate de baryum. 7 - Dispositif conforme a la revendication 4 dans lequel le liquide est un mélange d'eau et de bromomercurate de potassium. 8 - Dispositif conforme à la revendication 4 dans lequel le liquide est un mélange de chloroforme et de bromoforme. 9 - Dispositif conforme à la revendication 1 dans lequel la substance active est le fluorure de calcium ayant un indice de refraction de 1,4286 à la longueur d'onde de 1,058 , et dans lequel le liquide a un indice de réfraction de 1-,4286 à cette même longueur d'onde. 10 - Dispositif conforme à la revendication 9, dans lequel le liquide est un mélange d : eau et de bromomercurate de baryum. tt - Dispositif conforme à la revendication 9, dans lequel le liquide est un mélange d'eau et de bromomercurate de potassium. 12 - Dispositif conforme à la revendication 9, dans- lequel le liquide est un mélange de bromopentane et de pentane. 13 - Dispositif conforme à la revendication 9, dans lequel le liquide est du polytrifluorochloréthylène. 14 - Dispositif conforme à la revendication 1, dans lequel le disnositif est plongé dans un thermostat dont le liquide contient un corps absorbant les radiations ultra-violettes.