Brevet FR2081192A1 — publié le 19711203

a. 2081192 La Présente invention, due aux travaux de MM» Louis JACOB et Hubert JUILLET de la Compagnie Générale d'Electricité, concerne un procédé de compensation de la biréfringence induite dans un barreau laser et un dispositif en comportant application» 5 La présente inventiôn se rapporte aussi bien à un oscillateur laôe-P qu'à un amplificateur laser» On sait que 1'absorption du rayonnement du pompage optique produit dans le barreau actif des gradients thermiaues créant des contraintes mécaniques oui ^e traduisent par une anisotropie optique* 10 Oette anisotropie se présente généralement sous la forme d'une biréfringence induite introduisant des détériorations des propriété» optiques des faisceaux lumineux traversant le barreau ; le faisceau émergeant d'une tête amplificatrice ou oseillatrice est plus divergent, moins polarisé et moins cohérent que le faisceau qui devrait 15 théorinuement être issu de cette tête. Dans une chaîne amplificatrice comportant au moins deux barreaux lâsèr, on a proposé de compenser la biréfringence apparue dans l'un des barreaux par la biréfringence apparue dans l'autre, en disposant entre ces deux barreaux un élément optiaue passif faisant 20 tourner de 90° la polarisation du faisceau lumineux issu du premier barreau. D'une part, cette solution connue ne peut être anpliauée à un oscillateur laser constitué d'un barreau uniaue car l'élément opticiue passif doit être nécessairement disposé entre deux barreaux laser identiques. D'autre part, la mise en oeuvre d'un dispositif 25 optiaue rotateur présente des inconvénients, car on utilise généralement une lame de auartz disposée normalement au faisceau laser : cette lame crée des réflexions parasites du faisceau laser introduisant ainsi des pertes de flux lumineux. Généralement, les faisceaux parasites réfléchis par la lame sont réamplifié» dans la chaîne 30 amplificatrice un sens de propagation orposé à celui du faisceau laser, et risquent d'end:^r faces des barreaux actifs des premiers étages de i1 'amplificateur. La présente invention propose un procédé et un dispositif ne présentant pas les inconvénients ci-dessus. 35 T)p "fanon plus précise 1? présente invention a pour objet un pr°c°d" da compensation de 1 a ^iré-frinq-ence, induite dans un barreau d'un oscillateur on. d'un amplificateur laser par contraintes t'hermi.""ue0 lnr~ du yirin,r'n provoquant 1 in déphasage ^ entre 1 es ' \ » SAD ORIGINAL 70 09429 2 2081192 deux composantes perpendiculaires de la vibration lumineuse se propageant le long dudit barreauf caractérisé en ce ou'il consiste à introduire par polarisation rotatoire un second déphasage égal à î Kif - entre lesdites composantes f K étant im nombre entier 5 quelconque» Selon la présente invention la polarisation rotatoire est obtenue Par un champ magnétioue appli»U.é à une partie ou toute la longueur du barreau» les autres caractéristiques*et des avantages du dispositif 10 selon 1'invention apparaîtront lors de la description qui va suivre en référence aux dessins annexés donnés à titre illustratif mais nullement limitatif et parmi lesauels î " !, v' " • " • • - la Fig. 1 .représente une coupe schématiaue d'un barreau laser donnée pour faciliter l'explication du fonctionnement du laser 15 selon 11invention j . - ; - la FIg. 2 représente schématiauement une vibration' lumineuse rectiligne Y située dans le plan P0 de la face d'entrée du barreau actif de la tête amplificatrice dé' là Sig» î ; - - la Fig. 3 représenté- schématinuement la forme de là vibration 20 transformée de t dans un plan" de section P^' du barreau actif de la t#te amplificatrice de la Fig» 1 ; - la Fig. 4 représente sçhématiauèment la vibration "transformée de "Wdans le plan P du barreau actif de la tête amplificatrice de la Fig. 1 ; ' ' ' 25 - la Fig. 5 représente schématiauement une variante du dispositif de compensation selon l'invention ; ' • - la Fig. 6 représente la .vibration transformée de V dans un plan Pjk/2 dé section médiane du barreau de la tête laser représentée sur la Fig » 5 30 - la Fifo 7 représente Une autre variante du dispositif de compensation selon l'invention.» Gomme le montre ia Fig. 1, un oscillateur ou un étage amplificateur.laser comprend un milieu actif solide 1, comme par exemple un barreau de verre, de YA&. ou de rubis et une source de 35 pompage optinue oui peut être, par exemple, un tube à décharge hélicoïdal 2 entourant le barreau actif ; la source de pompaffe peut être aussi un générateur laser auxiliaire dont Te faisceau d'émission est introduit dans le barreau actif à 1 '^ide d'un réflecteur non /y SAD ORiGi^Ak 70 09429 * ' 2081192 i " v ! . représenté sur les figures» • . * » LjT Selon l'invention, on applique dans an moins une partie*du barbeau'1, par exemple, entre d'eux'plans transversaux T et T* de » - ce barreau, un ohamp wagnétique dent là direction peut Être quelconque 5 par rapport à l'axe du.barreau. Oe chaftp magnétique peut être créé par exemple à l'aide d'une bobine magnétique ou d'un aimant isolés magnétiquement de la source de pompage. Ce champ peut être également créé par un flash appartenant à cette source de pompage. Afin de faciliter la description ultérieure^ on considère 10 des plans de section transversale du barreau 1 de longueur L. - P© plan-de la face d'entrée du barreau 1, • - Pj, plan de .la_ faee de sortie du barreau 1, -.?! plan à une distance 1 de P0 - P, plan situé dans*la zone du barreau soumise au ohamp magnétique. 15 -On considère* en outre,, une vibration~V*rectiligne associée » m - à un rayoû d'un faisceau lumineux 15 tombant sur la face d'entrée « du barreau 1. ' Au cours du pompage du barreau actif 1 par le tube à décharge 2, il apparaît dans ce barreau une^biréfringence globale, due par exemple 20 au gradient thermique créé par le rayonnement du tube à décharge* Pour illustrer les effets de cette biréfringence, on peut dire que , tout se passe comme si le barreau de verre ou de .crist^L présentait deux axes .neutres perpendiculaires, si'tués dans chaque section peiv. , pendiculaire à,l'axe du barreau, affectés respectivement d'un indice 25 optique n* et d'un indice optique n" suivant lesquels les deux composantes de la vibrationse propagent à des vitesses différentes. La Fig. 2 représente, schématiauement dans le plan P0 les deux axeg 0xo et 0yo.et la vibration Y dont les composantes sont par exemple t suivant 0xo : x0 » a cos cot 30 suivant 0yo * y0 = b conçu t La Fig. 3 représente schématiauement la vibration transformée de V dans le plan P^ , la biréfringence ayant introduit entré les deux composantes de la vibration un déphasage *d»nt la valeur est 35 2 H~ C n» - n"J 1-, pétant la longueur d'onde de la vibration V. "TT" —5» —=> Par rapport aux axes neutres Ox^ et Oy^ du plan Pi parallèles respectivement aux axes 0x^ et Ôyy , les composantes de la vibration sont : bad original } 70 09429 4- 2081192 suivant % : x « a cos ou t suivant Oy^ : y = b cos (ctft +^2.) avec 4 ' Oeci signifie que le vibration ^n' est -plus une vibration rectillgne mais une vibration elliptique dont^l'ellipse est inscrite 5 tiens un rectangle de dimensions 2a suivant*Ox^ et,2b suivant.Oy^. . ' ** * On applique dans au moins une tranche de barreau comprise entre deux pians T et ï' (Fig..1), un .champ magnétique■ H - (l) d'amplitude variable le long du barreau j. il s1ensuit un angle de rotation^C(l), variable avec 1, des vibrations, lumineuses sé propageant dans-ce barreau, 10 1*angle dont la valeur est proportionnelle à l'amplitude du champ magnétique appliqué et à la longueur du barreau suivant laquelle ce champ est appliqué, introduit un déphasage Cl) entre les deux composantes d'une vibration lumineuse repérée, par exemple, par rapport au système d'axes neutres du barreau biréfringent. 15 On applique le champ magnétique H de façon que pour 1 » L, c'est-à-dire sur la face de sortie du barreau, la somme des déphasages V (Ii) + (Ii) soit égal à i kTT (fc étant un nombre entier) • La biréfringence du barreau est donc ainsi compensée par la rotation introduite par le champ magnétique et l'a vibration lumineuse 20 est rectiligne au niveau de P^» Ainsi, considérons'dans le plan P compris entre T' et T, comme représenté schématiquement sur la Fig. 4, une vibration elliptique (1) d1équatiox^ initiale t . . , suivant Ox : x * a ..cos W* 25 suivant Oy : y » b cos (o^t +¥) et gui a subi, une rotation d'angle autour du point 0. Soient (OX et Ô^) des axes tels que les angles orientés (Ox, 03^) et (Ôy, ofj - . L *ellipse (B) a pour équations t .. 30 ^X ». à cos C*/t Y = b ces (U)t + ). : Par raPP°^ à (OX, OT) et . fx = X co!^(+ T sinO^. _ ^^ ce qui s'écrit encore t 35 ^x = A cos (t-Ut + |l ) avec $1 » Arc tg * 13 sj~n ^ a cos®^+ b sin© y = B cos (dJt + I2) avec I2 58 ^rc + b cosOÇ sin - a sin®(+ b cos COS BAD OBlOlNAL 70 09429 5 2081192 ou [X = A cos eut) y = B cos ( VJ t + - \1 ) Le déphasage V ( 5 (* Selon l'invention, on a.pt>liaue H (l) de -Façon au1 au niveau de la face de sortie du barreau H* (Ûf ) + ^ soit é^al à — K TT (K étant un nombre entier), 1 10 ~ % ôos fcO t " . tyl a H2 coscaî t H1 et s2 éisaxli! d®s constantes La Pis* 5 représente un exemnle -oarticulier de laser selon l'invention. Le champ magnétique est annliané au niveau de la section médiane 2j,/2 du barreau 1 et son amplitude est suffisante 15 pour nue l'angle La Pi^o 6 représente schématiauement dans un nlan voisin du nlan médian d'axes neutres Ox L/g, Oy L/2 une vibration ellintiaue transformée de la vibration initiale TQ a nour ^nuati.ons 20 suivant OxL/2 xL/2 = a cos o->t suivant *5^1/2 yL/2 = b cos (cot +^l/2) Cette vibration ellintinue inscrite dans un rectangle de —5» * —3» dimensions 2a. suivant OxL/2 pt 2b suivait OyL/2» Anrès une rotation de T/2 la vibration elliptique a nour 25 énuations suivant les mêmes axes : [x = A cos cot y = B cosjcot + $2 - O" f-j = Arc t°- 30 (§•1 = Arc tû-UJ = i L/p + KIT _ _ . f2 = o v ( = - 2 ^ L/2 + Kir= -yL ± kit Autrement dit ï x. = A cos cot y = B cos [iA>t - i> l/2 + Kirj Au niveau du nlan P (L1 on obtient donc une vibration V' telle nue î 35 fx = A cos cot îy = B cos + ^Tj/2 L/p - KTfJ V1 est donc r^ctili/rne» On voit donc r'ue la mise en oenvr® d'une source de chamn ■*s> o^ûlHW- ' 70 09429 6 2081192 r»«^nétîaue convenablement en association o^»/» T-e '^ipnogitif de noirno/?q 0T*"fcj' r,U.e et 1 fi bo-r*i'*BSi.11 locnj r5ermot ■*•«? C0Tn'i'">P>npeT> Q-P-p/a-^ig ■fcViorwninue^ du pom-n&2;e optinu° m^o ^oric; le Qàc. (j »nn oscil latetir Xe1 s or ou amplificateur ne comportant nu. 'un seu"1 barreau, Qeci n'était pa« 5 pnafîiM© êtne 4i-ejr»r»3^c! antre» (Jajijr- ))à1*î,?,'?;T 1_o Evidemment on -n^ut s3t*vnl±«iiA»> le champ r?a»tï4t"î tue wt toute la. 1 onp-ueur du barreau* ta mis? en oeuvre de 3 1 invent? o*> peut flemand«r un isolement 10 magnétique entre 1'enroulement produisant le champ maçn^tinue et le flash de pompage opti nue». Ceci peut être obtenu comme illustré sur la ^i?. 5. ' Le nompet^e optique peut £tre en é^ot »oour4 .p^r de,e flashs 3 et 4 s4p«r4«» -n«r deux cl cisons 5 et 6 isolant ces-flashs d'un enrou-15 lement 7 ou analogue créant le champ magnétique. La Fi£, 7 montre un autre exemple de mise en ' oeuvré, de-, 1 'invention dans lequel les tubes flash «sont linéaire*? e.t disposés tout autour "du barreau dont deux seulement 3' et 41.sont représentés. Le champ magnétique est créé par une bobine 7* de même longueur que 20 le barreau 1. I"i v» sans dire nue la présente invention ne se limite pas aux seuls modes de réalisation qui ont été représentés et décrits à titre d-1 exemple s et nue la- portée du nré^ent brevet s1 étend à tout ou nantie des dispositions, restant dans le cadre de^ énuiv^lences» 25 ainsi qu'a toutes applications de telles dispositions» bad original 70 09429 7 2081192 REVENDICATIONS 1°) La présente invention a pour objet un procédé de compensation de la. biréfringence, induite dans un barreau d'un oscillateur ou d'un amplificateur laser par les contraintes thermiques lors du pompage, provoquant un déphasage W entre les deux composantes perpendicu-5 laires de la vibration lumineuse se propageant le long dudit barreau, caractérisé en ce qu'il consiste à introduire par polarisation rotatoire un second déphasage f / égal à i K TT — entre lesdites composantes, K étant un nombre entier quelconque variant de zéro à l'infini. 10 2a) Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'on applique un champ magnétique à au moins une partie du barreau pour obtenir ladite polarisation rotatoire. 3#) Procédé suivant la revendication 1 et 2 caractérisé en ce qu'on applique ledit champ magnétique, sur toute la longueur dudit 15 barreau. 4°) Procédé suivant la revendication 1, 2 et 3 caractérisé en ce que ledit champ magnétique est variable le long de la partie du barreau à laquelle ce champ est appliqué. 5°) Dispositif laser faisant application du procédé- suivant la 20 revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte, disposé autour du barreau cylindrique actif muni de son moyen de pompage, 'un moyen pour créer un champ magnétique dans une partie dudit barreau. 6°) Dispositif suivant la revendication 5 caractérisé en ce que ledit moyen pour créer un champ magnétique est isolé magnétiquement dudit 25 moyen de pompage. 7°) Dispositif suivant la revendication 5 caractérisé en ce que le moyen pour créer un champ magnétique est constitué par un enroulement coaxial audit barreau et disposé à égale distance de ses extrémités. 30 8°) Dispositif suivant les revendications 5 et 7 caractérisé en ce que ledit moyen de pompage est constitué par des lampes flash hélicoïdales disposées de part et d'autre dudit enroulement. 9°) Dispositif suivant la revendication 5 caractérisé en ce nue ledit moyen pour créer un champ magnétique est constitué par un aimant 35 permanent. 10°) Dispositif suivant la revendication 5 caractérisé en ce que ledit moyen pour créer un champ magnétique est constitué par un ou plusieurs flash faisant partie dudit moyen de pompage. j>\m * cwe bad original l