Brevet FR2104779A1 — publié le 19720421

La présente invention concerne un dispositif laser. La demande de brevet US No 825.815 déposée le 19 Mai 1969 divulgue un dispos'itif dans lequel le matériau à effet laser est composé de composants laser actifs et de composants sensibilisateurs. Les 5 composants sensibilisateurs sont dopés d'ions qui rehaussent la fluorescence des ions laser dopés à l'intérieur des composants laser actifs. Dans un mode de réalisation le composant laser actif est sous forme d'un barreau et le composant sensibilisateur est sous forme d'un revêtement tubulaire enrobant le barreau en con- -t 10 tact avec celui-ci. La lumière provenant d'une source de pompage, comme par exemple d'un flash, est absorbée par les ions sensibilisateurs à l'intérieur du revêtement et une grande partie de cette énergie lumineuse est transférée aux ions laser à l'intérieur du barreau pour aider à la production d'une inversion dans les 15 ions laser à l'intérieur du barreau. Tel que décrit dans la demande US No 825.815, les deux composants distincts fournissent des moyens efficaces pour sensibiliser la fluorescence des ions laser pour produire l'inversion de population nécessaire tout en empêchant une diminution d'une telle fluorescence par les ions 20 sensibilisateurs comme cela se produit souvent avec les dispositifs de l'état de la technique qui utilisent de fortes concentrations d'ions sensibilisateurs. Bien que le dispositif a composants séparés décrit dans la demande de brevet US No 825.815 produit des résultats plus effi-25 caces que tout autre dispositif de l'état de la technique utilisant des dopants semblables dans un barreau laser homogène, on a découvert que l'efficacité de couplage entre les ions sensibilisateurs et lasers et la prévention d'une réduction de fluorescence est encore améliorée selon la présente invention en séparant les 30 composants et en passant un fluide de refroidissement entre les composants sensibilisateurs et les composants laser actifs. La présente invention comporte donc un composant laser actif et un composant sensibilisateur, le composant laser actif étant monté à l'intérieur du composant sensibilisateur et com-35 prenant des moyens pour refroidir au moins le composant sensibilisateur . Un objet de la présente invention est donc de fournir un dispositif laser efficace dans lequel l'absorption et le transfert de l'énergie de pompage sont réalisés tandis, qu'une réduction ou 40 extinction de la fluorescence est empêchée. 71 26420 2 2104779 La demande n'étant pas accompagnée de dessins les mêmes parties du dispositif laêer sont désignées par la même référence numérique tout au long de la description des modes de réalisation préférés. 5 Un dispositif lasèr désigné par la référence numérique 10 est constitué d'un barreau laser actif 12 à l'intérieur d'un revêtement ou manchon 14, une douille entretoise 16 s'étendant entre la surface extérieure du barreau 12 et la surface intérieure du manchon 14. Puisque la construction de cet appareil laser 10 est 10 substantiellement la même à chaque extrémité, une seule extrémité sera donc décrite. Un tube extérieur désigné par la référence numérique 18 se prolonge par dessus le revêtement 14 et il est séparé de ce revêtement par une douille entretoise 20, la longueur du tube 18 étant 15 légèrement supérieure à celle du revêtement 14 et du barreau laser 12. Ces douilles entretoises peuvent être fixées à leur structure respective au moyen d'adhésif ou autre semblable, ou elles peuvent être montées avec un ajustage serré. Une pluralité d'ouvertures désignées par 22 sont espacées 20 circulairement et se prolongent axialement à travers la douille entretoise désignée par 16. et des ouvertures semblables désignées par 24 sont prévues pour la douille entretoise 20. Un bouchon désigné par 30 bute contre la partie en avant du tube 18 et à une ouverture s'étendant à travers celui-ci. Le bou-25 chon ou couvercle peut être fixé à l'extrémité du tube par un adhésif ou autre moyen de fixation comme par exemple des vis, l'é-tanchéité étant fourni par un joint désigné par 34. Un bloc de conduit désigné par 36 est fixé au couvercle 30 et possède un conduit 38 à travers celui-ci qui s'aligne avec l'ouverture 32 du 30 couvercle. Tel que susmentionné, le barreau laser 12 est dopé avec des ions laser tandis que le revêtement tubulaire 14, est dopé avec des ions qui sensibilisent la fluorescence des ions laser. Il est à remarquer qu'un verre dopé particulier ne fait pas partie 35 de la présente invention. En fait, les verres divulgués par la demande de brevet US No 825.815 peuvent être fabriqués dans les formes géométriques nécessaires à la présente invention et peuvent être utilisés avec les gammes exactes de dopants divulgués comme composant sensibilisateur et comme composant laser actif dans cet-40 te demande pour les composants sensibilisateurs et composants 71 26420 3 2104779 laser actifs correspondants de la présente invention. Tel qu'il est connu dans l'art, une extrémité du barreau laser est partiellement réfléchissante et partiellement transmetteuse tandis que, l'autre extrémité est presque entièrement réfléchissante afin de, 5 fournir une cavité laser résonante optiquement. Les extrémités du revêtement 14 sont transmetteuses de façon que toute oscillation produite à l'intérieur du revêtement soit restreinte au barreau laser 12. Pour plus de détails du barreau laser 12 et du manchon 14, référence est faite à la demande US No 825.815. 10 Le tube 18 et le couvercle 30 sont formés tous deux d'un matériau transmetteur de lumière comme par exemple, du quarts, du verre, matière plastique ou autre semblable qui transmettent de la lumière dans la même longueur d'onde que le revêtement ou manchon 14. Il est souhaitable d'utiliser les bouchons ou couvercles 15 30 comme déflecteurs dans ce cas, des revêtements réfléchissants appropriés sont appliqués aux surfaces intérieures. Les extrémités opposées du tube 18 étant plans et parallèles l'une à l'autre, le couvercle réfléchissant sera aligné convenablement pour former une cavité laser. Ce dispositif et tout autre mode de réalisation 20 décrits dans cette demande fonctionnent au moyen d'une lumière engendrée d'une source de pompage tel un flash disposé à proximité du dispositif. Le tube flash émet un flash d'énergie de lumière de pompage qui est dirigé à travers le tube 18 transmetteur de lumière, dans et à travers le manchon 14 et vers le barreau laser 25 12 par quoi l'énergie venant de la lumière de pompage produit une inversion des ions lasers, cette inversion étant aidée par les ions sensibilisateurs à l'intérieur du manchon, le résultat étant une émission d'un faisceau d'énergie laser du barreau, le faisceau étant émis du dispositif à travers l'extrémité partiellement transmettri-30 ce du barreau laser. Un fluide refroidisseur, comme par exemple, de l'eau, est introduit dans le bloc refroidisseur désigné par 36 et venant d'une source extérieure à travers une ouverture 38 c'est-à-dire à travers l'ouverture 32 dans le couvercle 30 et dans l'espace définie par la surface intérieure du couvercle 30 et du tube 35 18, et les extrémités du barreau laser 12, le manchon 14 et les douilles entretoises 16 et 20. De cet espace, le fluide refroidisseur passe par des ouvertures 22 et 24 prévues dans les douilles 16 et 20 et dans et à travers les espaces cylindriques entre le barreau laser et le manchon et entre le manchon et le tube 18. Bien 40 entendu le fluide de refroidissement passe à travers toute la à ^ - 71 2642Ô' 4 2104779 longueur axiale de ces espaces cylindriques puis il est éjecté par des ouvertures semblables prévues à l'autre extrémité du dispositif laser. Dans un autre mode de réalisation un dispositif laser dési-5 gnë par la référence numérique 40, comprend un barreau laser disposé dans une cavité résonante régénératrice optiquement. En particulier un barreau laser désigné par 42 est disposé dans un manchon tubulaire désigné par 44, la composition du barreau et du manchon étant la même que pour le mode de réalisation précédent. 10 Une douille identifiée par 46 est ajustée par dessus l'extrémité du barreau laser 42 pour supporter coaxialement le barreau à l'intérieur du manchon. Comme pour le mode de réalisation précédent seulement l'une des extrémités du dispositif est décrite vu que l'autre extrémité est d'une construction substantiellement sem-15 blable. Un tube extérieur désigné par 48 d'un matériau transmetteur de lumière est supporté par dessus le manchon désigné par 44 au moyen d'une douille désignée par 50. Ces douilles 46 et 50 peuvent être fixées à leur composant respectif au moyen d'adhésif, 20 ou par un ajustage serré. Un réflecteur désigné par la référence numérique 52 bute contre l'extrémité de la douille 46 et à la même hauteur que l'extrémité du manchon 44, avec un joint désigné par 54 se prolongeant entre la douille et le réflecteur. Un revêtement réfléchissant est 25 prévu au côté du réflecteur en face du barreau laser 42. Le revêtement est adapté pour réfléchir partiellement et transmettre partiellement de la lumière laser, bien entendu, la surface correspondante ou le revêtement du réflecteur disposé à l'extrémité opposée du dispositif est adapté pour réfléchir entièrement la lu-30 miêre. Les réflecteurs sont disposés avec précision l'un en face de l'autre. Dans une autre variante du mode de réalisation, les réflecteurs peuvent buter contre les extrémités du manchon désigné par 44 et maintenus en place par l'action d'un ressort, ou tout autre dispositif élastique placé entre les réflecteurs et le cou-35 vercle désigné par 60. Un avantage de cet arrangement consiste dans le fait que le manchon 44 peut être facilement découpé, rectifié et poli de façon que, lorsque les réflecteurs sont serrés contre les extrémités, ceux-ci seront à la distance exigée et seront aussi en relation parallèle l'un par rapport à l'autre. 40 Le couvercle d'extrémité désigné par 60 est en matériau trans 71 26 420' 5 2104779 metteur de lumière et bute contre les extrémités du tube désigné par 48 et la douille désignée par 50 avec le joint désigné par 62 pour rendre le tout ëtanche. Le réflécteur désigné par 52 et le couvercle 60 peuvent être fixés en place au moyen d'adhésif, ou 5 tout autre moyen approprié. Un bloc conduit désigné par 64 est fixé à la surface extérieure du tube 48 et a une ouverture désignée par 66 qui est alignée à un orifice s'étendant à travers le tube 48 et la douille 50. Chacune des douilles 46 et 50 ont respectivement une pluralité 10 d'orifices désignés par 70 et 72, ainsi qu'une pluralité d'orifices désignés par 74 sont prévus à travers le manchon 44 et la douille 46. Ce dispositif fonctionne comme dans le mode de réalisation précédent, lorsqu'il est pompé d'une source de pompage, par quoi 15 un faisceau d'énergie laser est émis de ce dispositif. Un fluide refroidisseur venant d''une source extérieure est introduit dans le bloc refroidisseur désigné par 64 à travers l'ouverture désignée 66 par quoi il pénètre l'espace défini par la douille 50, le réflecteur 52 et le couvercle 60. Ensuite, le fluide de refroidis-20 sement s'écoule à travers les orifices désignés par 72 prévus dans la douille 50 puis, passe dans l'espace cylindrique entre le manchon 44 et le tube 48. Une partie du réfrigérant coulera dans cet espace sur la longueur axiale du dispositif et une autre partie passera de l'espace à travers les orifices 74 puis dans l'es-25 pace défini par la douille 46, l'extrémité du barreau laser 42 et le réflecteur 52. Cette partie du réfrigérant coulera par les orifices 70 de la douille 46, dans l'espace cylindrique entre le barreau laser 42 et le manchon 44, puis à travers la longueur axiale du dispositif. Après cet écoulement de cette façon, le ré-30 frigérant venant des deux espaces cylindriques sera éjecté par une structure semblable prévue à l'autre extrémité. Plusieurs variantes de ces modes de réalisations peuvent être réalisées sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, il est suffisant de faire circuler le réfrigérant sur la longueur 35 axiale de seulement l'un des espaces cylindriques définis entre la surface extérieure du barreau laser et la surface intérieure du manchon, et entre la surface extérieure du manchon et la surface intérieure du tube extérieur. De même, d'autres fluides de refroidissement peuvent être utilisés à la place de l'eau. En outre, 40 d'autres moyens peuvent être utilisés pour fournir l'espacement 71 2642Î3 6 2104779 entre le barreau laser, le manchon et le tube extérieur, comme par exemple, des brides radiales formées à l'un ou plusieurs des composants ci-dessus. Une telle variante est un peu semblable à l'appareil laser 5 refroidi à l'eau divulgué par M.R. Thorburn dans son brevet US No 3.482.183. Cette structure peut être utilisée selon la présente invention, si le composant sensibilisateur de la présente invention est substitué au tube ou cylindre en matériau transmetteur de lumière qui renferme le fluide refroidisseur de cette invention. Un 10 composant sensibilisateur désigné par la référence numérique 80 a deux côtés opposés 82 qui sont plans et parallèle l'un à l'autre autant que possible et pratique. Le composant sensibilisateur 80 est aussi pourvu d'une série d'orifices désignés par 84 qui sont espacés circonfêrentiellement autour du tube à chaque extrémité 15 du tube pour communiquer avec les rainures annulaires 86 se prolongeant autour de l'intérieur des douilles de châssis désignées par 88. De préférence, ces douilles ont aussi des rainures pour recevoir un joint annulaire' de façon que le composant sensibilisateur 80 est rendu étanche à la lumière et liquide à chaque ex-20 trémitë du tube. Un barreau de matériau laser actif désigné par la référence numérique 92 est alors situé à l'intérieur du tube d'acti-vateur désigné par 80. De préférence, une paire de manchons adap-teurs désignés par 96 sont ajustés dans les extrémités respectives et opposées du barreau, afin de supporter ce dernier dans le tube 25 en relation coaxiale avec celui-ci. Dans un certain mode de réalisation, une extrémité du manchon adapteur creux désigné par 96 présente une cavité de petit diamètre désignée par 98". 1, qui reçoit une extrémité du barreau laser désigné "par 92 et présente une portion désignée par 96.2 de relativement grand diamètre, s'ajustant 30 correctement à l'intérieur du tube, en vue du centrage du manchon ou douille dans le barreau du tube. Les manchons adapteurs peuvent être attachés au barreau laser ou au tube activateur désigné par 80, par l'emploi d'un matériau adhésif, si besoin est, pour ajuster le barreau axialement,sur la longueur du tube. D'autre part, les 35 manchons ou douilles peuvent être conçus pour que, lors de leur ajustage dans les extrémités opposées du barreau désigné par 92, elles s'encastrent dans le tube et supportent le barreau sans adhérer ou être fixées de toute autre manière à celui-ci ou au tube désigné 40 par 80. Les manchons adapteurs désignés par 96 sont de préférence pourvus d'une série d'ouvertures désignées par 98, circonférentiel- 71 26420 7 2104779 lement espacées, qui communiquent avec les orifices correspondants désignés par 84 dans le composant activateur désigné par 80. La périphérie de ces manchons adapteurs est pourvue aussi d'une série d'ouvertures espacées désignées par 99, qui communiquent avec la 5 portion centrale du tube désigné par 80. Si ce mode de réalisation comporte une paire de réflecteurs désignés par 100, il est nécessaire que chacun d'eux soit formé d'un disque désigné par 102, de matériau transparent tel du verre, du quarta ou du plastique et qu'un côté soit revêtu d'une couche 10 superficielle réfléchissante désignée par 104. Ces réflecteurs sont alors montés parallèlement, l'un faisant face à l'autre, contre les extrémités opposées parallèles désignées par 106* du composant activateur désigné par 80. Alors que ce dernier peut avoir un diamètre relativement grand, les extrémités de tube dë-15 signées par 106, procurent des moyens d'appui relativement larges, contre lesquels disposer les réflecteurs en relation parallèle. Selon cette invention, la couche ou surface réfléchissante désignée par 104, sur le disque réflecteur désigné par 100, est adaptée de façon à réfléchir et à transmettre partiellement la lumiè-20 re. Néanmoins, la couche ou surface correspondante désignée par 104, sur le réflecteur désigné par 100, à l'extrémité opposée du composant activateur -désigné par 80, est adaptée pour réfléchir toute la lumière. Dans ce mode de réalisation de l'invention, les réflecteurs 25 désignés par 100, sont souplement maintenus contre les extrémités désignées par 106, du composant activateur. Chacun des manchons de bâti par exemple désigné par 88, est pourvu d'une seconde rainure de joint désignée par 108, qui reçoit un joint annulaire désigné par 110, pour obturer un disque réflecteur désigné par 100, 30 et procurer l'ëtanchéitë dans le manchon. Une nondelle à ressort désignée par 112, comportant une ouverture centrale désignée par 112.1, appuie de manière élastique contre chaque disque réflecteur et une bague ou collier désigné par 114, comportant une ouverture centrale désignée par 115, se visse dans chaque manchon désigné 35 par 88. Chaque collier présente de préférence trois vis de réglage désignées par 118, établissant trois points de contact avec la rondelle désignée par 112. Dans cette construction, les colliers désignés par 114 tournent dans les douilles ou manchons désignés 40 par 88 et appuient contre la rondelle à ressort, pour maintenir 7 1 264310 8 2104779 souplement les disques réflecteurs désignés par 100 en relation parallèle, contre les extrémités du tube désigné par 82. Les vis de réglage désignées par 118 se règlent aussi pour un ajustage précis du parallélisme des disques désignés par 100. 5 Selon cette invention, la canalisation 121 est adaptée pour pomper ou diriger autrement un courant de fluide réfrigérant transmetteur. de lumière à travers une ouverture du bâti et à travers les ouvertures communiquantes d'autres composantes du dispositif, dans le tube ou cylindre désigné par 80. Ce fluide réfrigérant dé-10 signé par 178 s'écoule à travers le tube autour de la tige ou barreau laser désigné par 92, et s'écoule du tube dans la canalisation désignée par 121, à travers les ouvertures correspondantes des composantes du dispositif à l'extrémité opposée du tube désigné par 80. Dans le mode de réalisation privilégié de cette 15 invention, le fluide réfrigérant comprend de l'eau, mais d'autres fluides transmetteurs de lumière comme l'air peuvent traverser le • tube, et être inclus par 1'invention . La conduite désignée par 121 servant au pompage du fluide réfrigérant à travers le tube peut être de type courant, il est 20 donc inutile de décrire d'autres moyens de pompage et il est à noter que n'importe quel moyen conventionnel de mise en circulation du liquide peut être employé pour diriger le fluide réfrigérant désigné par 178, à travers le tube, de la manière décrite. Durant l'opération du dispositif laser décrit précédemment 25 les colliers désignés par 114, et les vis de réglage désignées par 118 sont ajustés si besoin est, pour régler les réflecteurs désignés par 100 à l'intérieur de l'appareil, en relation précise et parallèle l'un avec l'autre. Le fluide réfrigérant transmetteur de lumière est ensuite dirigé à travers le tube désigné par 30 80 autour de la tige désignée par 92, de matériau sélectionné actif de laser. Un tube flash est ensuite actionné pour émettre un éclair de lumière ou d'énergie de pompage de laser dirigé dans et à travers le tube désigné par 80, à travers le fluide transmetteur de lumière 178, dans la tige de laser désignée par 92. Cette éner-35 gie de pompage du laser assistée du transfert d'énergie, du composant activateur stimule ensuite l'émission d'un faisceau d'énergie du barreau laser désigné par 92, lequel faisceau d'énergie est émis par le dispositif, par l'intermédiaire du réflecteur de transmission partielle désigné par 100. 40 Dans tous les modes de réalisation de l'invention on retient 71 26420 9 2104779 les avantages d'utilisation d'un composant actif de laser dopé avec une quantité active d'ions laser, et d'un composant activateur dopé avec une quantité d'ions activateurs. De plus, la châleur est extraite du dispositif avant qu'elle n'atteigne le barreau ou tige, 5 en raison du refroidissement. En résultat; la plupart de l'énergie absorbée par le barreau est à/ou environne la longueur d'onde d'émission du matériau composant ce dernier, en raison du couplage optique des ions activateurs, où elle est efficacement convertie en énergie lumineuse, avec très peu de châleur engendrée. Ainsi, 10 non seulement l'énergie de transfert des ions activateurs en ion laser est plus efficace, mais ce système empêche aussi une déformation optique du barreau actif, résultant de l'énergie engendrée par la source de pompage dans un système répétitif à haute vitesse Cette distortion optique évitée constitue évidemment un avantage. 15 Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. 20 ' 10 71 26420 2104779 REVENDICATIONS 1. Dispositif laser constitué de deux composants, l'un étant un composant actif de laser et l'autre un activateur, caractérisé par le fait que le composant actif de laser est monté à l'in- 5 tërieur de 1'activateur et qu'un moyen refroidit une surface au moins d'un de ces composants. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le composant actif de laser est dopé avec une certaine quantité active d'ions de laser, et que le composant activateur 10 est dopé avec une quantité d'ions activateurs, suffisant à absorber l'énergie d'une source de pompage et à transférer ces ions actifs de laser. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérise par le fait que le composant actif de laser est une tige, et que l'acti- 15 vateur est un revêtement d'enrobage de celle-ci. 4. Dispositif selon-la revendication 3, caractérisé par le fait que la surface interne du revêtement est espacée de la surface externe de la tige, et par le fait qu'ion agent réfrigérant circule dans cet espacement. 20 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il comprend encore un manchon d'espacement localisé entre la surface externe de la tige et la surface interne du revêtement 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'agent réfrigérant circule à travers les ouvertures 25 aménagées dans ledit manchon. 7. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il-comprend encore un tube de matériau de transmission lumineuse renfermant ledit revêtement et dont la surface interne est espacée de la surface externe du revêtement, puis par le 30 fait qu'un agent réfrigérant circule dans cet espacement. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'au moins un manchon d'espacement est situé entre la surfa ce externe du revêtement et la surface interne du tube. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le 35 fait que l'agent réfrigérant circule à travers les ouvertures aménagées dans ce manchon. 10. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il comprend encore un tube de matériau transmetteur de lumière renfermant ledit revêtement, et dont la surface interne 40 est espacée de la surface externe du revêtement, puis un agent ré 71 26420 11 2104779 frigérant circulant dans cet espace. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu'il conq?rend encore au moins un manchon d'espacement intercalé entre la surface externe delà tige et la surface interne du revêtement, puis entre la surface externe du revêtement et la surface interne du tube. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé par le fait que l'agent réfrigérant circule à travers les ouvertures aménagées dans lesdits manchons d'espacement.