Brevet FR2077738A1 — publié le 19711105

.70 04668 2077738 La présente invention, due aux travaux de Monsieur Louis JACCB de la Compagnie Générale d'Electricité, a pour objet un dispositif d'amélioration des qualités optiques d'un faisceau laser» On appelle qualité d'un faisceau lumineux des propriétés telles que sa 5 divergence géométrique, l'intensité du flux lumineux qu'il transporte, les caractéristiques de la surface d'onde qui lui est associée (par exemple les valeurs dBB aberrations de sphéricité, de coma, d'estigmations ou de distorsion qui caractérisent les défauts de la surface d'onde par rapport à une surface d'onde parfaite), la cohérence spatiale des différents points de la surface 10 d'onde, la polarisation, etc. - Les qualités optiques d'un faisceau lumineux issu d'un laser ne sont pas toujours satisfaisantes et pour certaines applications, il est nécessaire de les améliorer. C'est ainsi, par exemple, que pour la télémétrie laser, le faisceau lumineux doit être très peu divergent ; pour l'holographie ou l'inter-15 férométrie par laser, la longueur de cohérence doit être grande et la surfece d'onde du faisceau lumineux exempte d'aberration ; pour le diagnostic de plasma, l'état de la surface d'onde est important, mais il est souhaitable également que la polarisation des rayons lumineux soit sensiblement identique en chaque point de la section du faisceau lumineux. 20 Pour les lasers à gaz, le milieu actif gazeux est contenu dans une enveloppe, généralement un tube en verre. De nombreux atomes gazeux excités et situés à la périphérie du milieu actif entrent en collision avec la paroi de l'enveloppe. Ils se désexcitent et une quantité d'énergie non négligeable est perdue du fait de ces collisions. Il en résulte un manque d'homogénéité de la 25 polarisation des rayons lumineux et la densité d'énergie n'est pas répartie uniformément le long d'une section droite du faisceau lumineux issu de ces lasers. L'inversion de population d'un milieu laser solide ou liquide est généralement obtenue par pompage optique grâce à l'éclair émis par une ou plu-30 sieurs lampes à décharge disposées autour du milieu actif. Ce mode de pompage fait apparaître des contraintes thermiques à la périphérie du milieu pompé : il en résulte une variation d'indice optique dans le milieu et une biréfringence induite. On constate alors que le faisceau laser émis diverge notablement, que sa surface d'onde est entachée d'aberrations diverses et que la polarisation 35 des différents rayons lumineux constituant le faisceau émergent n'est pas uniforme . 1 3472.3 70 04668 2077738 L'invention fournit un dispositif correspondant mieux que ceux de l'art antérieur aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il est de conception et de réalisation très simples et que son emploi est commode. L'invention vise en particulier à obtenir un dispositif permettant d'améliorer les qualités op-5 tiques d'un faisceau laser et plus particulièrement sa surface d'onde, la polarisation uniforme des différents rayons lumineux le constituant et l'homogénéité de sa densité d'énergie en chaque point. A cette fin, l'invention propose un dispositif d'amélioration- des qualités optiques d'un faisceau lumineux sensiblement parallèle issu d'un laser, 10 caractérisé en ce qu'il comporte successivement un système optique centré sur ledit faisceau lumineux, capable de transformer ledit faisceau sensiblement parallèle en un faisceau de rayons lumineux d'inclinaisons différentes sur ledit axe optique, et un élément optique biréfringent centré sur le faisceau issu du-dit système optique et permettant de créer entre les deux composantes perpendi-15 culaires d'une vibration lumineuse associée à l'un desdits rayons lumineux un déphasage dont la valeur est fonction de l'angle d'incidence dudit rayon sur ledit élément biréfringent. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode d'exécution de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif. La 20 description se réfère au dessin qui l'accompagne dans lequel la figure unique représente un mode de réalisation avantageux de l'invention adapté plus particulièrement à l'amélioration des qualités optiques d'un faisceau lumineux issu d'un laser solide. Sur la figure unique, un faisceau lumineux 1 polarisé, sensiblement 25 parallèle et issu d'un générateur laser pénètre dans un amplificateur 2 constitué d'un milieu actif solide 3, un barreau de verre dopé au néodyme par exemple, et des moyens de pompage optique 4 constitues d'une lampe à décharge. Le faisceau lumineux issu de cet amplificateur pénètre dans le dispositif 5 en vue de l'amélioration de ses qualités optiques. Ce dispositif, conforme à l'invention, 30 comporte successivement un système optique 7 centré sur le faisceau lumineux 6 et un élément optique biréfringent 8. Le système optique 7 est un système centré formé par des surfaces réfléchissantes ou réfringentes de révolution autour d'un même axe optique et permettant de transformer le faisceau 6 issu de l'amplificateur 2 en un faisceau convergent ou divergent. Dans le cas de la figure unique, 35 le système 7 est une lentille divergente et l'élément biréfringent 8 est une lame cristalline uniaxe à faces parallèles et réalisée en quartz. L'axe optique de ladite lame, représentée par la flèche 9, est parallèle à l'axe du faisceau laser 6 et .perpendiculaire aux faces parallèles du système 8. BADOftIGJNAL Ti , ' 7f 04668 3 -,2077^38 Le a: se es.-- ds x 'amcl i.r icateur 2 est sensiblement paral lèle.- Après passage tTn-tr.2 "î.ri lentille divergente 7, il est divergent et les rayer s co-st! t..-;1- raiscea-^ pénètrent dans l'élément optique bi réfringent 8 avec dïss in-lmai sens différentes. 5 L'élément biréfiir.gor.t.G crée entre deux composantes perpendiculaires d/ur.e vibration ] jnrvr.euoe associée à un rayen du faisceau un déphasage dont la valeur est fcnctinr de l'angle d'incidence dudit rayon sur l'élément biréfringent 8. Or,, a constaté expérimentalement qu'un amplificateur 2, associé au dispositif 5 conforme à l'intentions- est capable d'amplifier un faisceau laser po~ 10 larisé 1 dénué d?aberrations gptiaues,.sans détériorer la polarisation, la surface d'onde et la orrérence spatiale du faisceau laser incident. Il va sans .lire que la présente invention ne se limite pas au seul mode de réalisation q^i a été représenté et décrit à titre d'exemple'et que la portée eu présent tre..ef: s'éter.a à tcjt eu partie des dispositions décrites, 15 restant dans le r,a-:re ces éu.'.i .'a.lsnces, ainsi qu'à toutes applications de telles dispositions. Er. particulier, le système optique 7, qui est une lentille divergente dans le cas de la figure unique, ceut être, par exemple, une lentille convergente eu un n-ircir --p^érinue. L'élément optique biréfringent G n'est pas obligatoirement ;.r.a iaass à fac-ea parallèles et l'axe optique 9 de cet élément 8 20 peut ne pas être parallèle à l'axe du faisceau lumineux incident. Le dispositif 5 peut être placé à l'extrémité d'une chaîne laser amplificatrice ou associé à un générateur laser c.. enecre intercalé entre deux amplificateurs d'une chaîne laser amplif2eatrice. Le milieu actif 3 peut être également un liquide ou un gaz. M . -•••- 1 BAD ORIGINAL ' COP^ * j . , - ^^3^?:'. 3-"" 70 04668 4 2077 "33 ^ n REVENDICATIONS 1 o Dispositif d'amélioration des qualités optiques d'un faisceau neux sensiblement parallèle issu d'un laser caractérisé en ce qu'il comporte successivement un système optique centré sur ledit faisceau lumineux capable de S transformer ledit faisceau sensiblement parallèle en un faisceau de rayons lumineux d'inclinaisons différentes sur ledit axe optique, et un élément optiqua biréfringent centré sur le faisceau issu dudit système optique et permettant de créer entre les deux composantes perpendiculaires d'une vibration lumineusB associée à l'un desdits rayons lumineux un déphasage dont la valeur est fonction 10 de l'angle d'incidence dudit rayon sur ledit élément biréfringent. 2„ Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit système optique est une lentille» 3. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément optique biréfringent est une lame cristalline uniaxB à faces parallèles. 15 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'axe optique de ladite lame est perpendiculaire auxdites faces et parallèle à l'axe dudit faisceau lumineux„ B-3472.3 HD/pr BÂD original 4