Brevet FR2124303A1 — publié le 19720922

L'invention concerne un procédé et un dispositif pour la production d'impulsions géantes de laser, reproductibles et à flanc raide, au moyen d'un laser comportant un commutateur optique du facteur de qualité (ou coefficient de 5 surtension Q du résonateur optique du laser) et un circuit de réaction. Les commutateurs optiques du facteur de qualité pour des lasers à impulsions géantes, utilisés le plus souvent jusqu'à maintenant, fonctionnent avec des cellules de 10 Pockel qui nécessitent des tensions de commande élevées de 3 kV au moins. Il en résulte de longues durées de commutation qui augmentent la constante de temps du flanc de montée de l'impulsion géante. L'écart qui sépare l'impulsion d'amorçage de l'impulsion lumineuse de la lampe flash est sujet à des variations de sorte 15 que les impulsions géantes de laser ont des énergies différentes, lorsque l'instant de commutation du commutateur du facteur de qualité est dérive de l'instant où apparaît l'impulsion d'amorçage de la lampe flash. Un autre inconvénient est dû au fait que le rendement lumineux diminue d'autant plus que la lampe vieillit, 20 la hauteur des- impulsions géantes diminuant de ce fait. De plus, les propriétés différentes des lampes respectivement utilisées et les irrégularités de l'alimentation sont la cause d'autres fluctuations de la valeur de l'amplitude des impulsions. Si de plus il apparaît, des variations des effets Fabry-Perot, dues aux 25 conditions thermiques^d'autres irrégularités se manifestent. La présente invention a pour objet de créér un procédé et de réaliser un dispositif pour la production d'impulsions géantes au moyen d'un laser comportant un commutateur optique du facteur de qualité et un circuit de réaction, les 30 impulsions géantes de laser, produites par ce dispositif étant * reproductibles, a flanc raide et de même énergie. Ce résultat est obtenu grâce au fait qu'à l'instant où est atteint le niveau d'énergie correspondant à l'occupation de la valeur du seuil du matériau actif, un signal, 35 obtenu par division (ou découplage) du faisceau de lumière et provenant de l'intérieur du résonateur optique, est transmis au circuit de réaction qui commande le commutateur optique et le commute dans l'état correspondant à ùn facteur de qualité élevé. Un dispositif pour la mise en oeuvre du 40 procédé est constitué de préférence par un matériau actif en 72 03065 2 2124303 forme dé tige, en particulier un matériau à corps solide, disposé dans un résonateur optique, par un dispositif de pompage et par un commutateur optique du facteur de qualité qui comporte un circuit de réaction et qui bloque le résonateur optique dans l'état 5 fermé, ledit circuit de réaction étant constitué par une photodiode qui est reliée, par l'intermédiaire d'un circuit d'adaptation, avec un générateur de haute tension, ce dernier étant relié avec les électrodes du commutateur optique du facteur de qualité et étant commandé par la photodiode. 10 La photodiode est avantageusement disposée de telle sorte qu'elle reçoit par réflexion sur chaque surface de Brewster contenue dans le résonateur, par exemple sur le commutateur optique du facteur de qualité, le signal émis par le matériau actif lorsque celui-ci se trouve dans l'état défini 15 par l'occupation du niveau d'énergie correspondant à la valeur du seuil. Le commutateur optique du facteur de qualité est constitué de préférence par un cristal présentant l'effet électro-optique. 20 Le matériau electro-optique est de préférence constitué par LiNbO^. Le cristal électro-optique est avantageusement pourvu de surfaces disposées de façon à former l'angle de Brewster:avec la direction du faisceau de lumière, de sorte 25 qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser un polariseur dans le résonateur optique du laser. Le procédé conforme à l'invention ainsi que le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé* permettent d'obtenir des impulsions géantes à flanc de montée raide repro-30 ductible et de forme pointue. La constante de temps de montée d'une impulsion est de l'ordre de grandeur de 1ns. Etant donné que ces impulsions sont indépendantes des perturbations causées par le vieillissement, par l'alimentation ainsi que par le changement des lampes flash, le procédé et le dispositif confor-35 mes à l'invention sont aptes à être utilisés dans un télémètre optique et pour l'holographie impulsionnel]e. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré au dessin annexé une forme de réalisation du dispositif suivant l'invention. 40 On désigne par 1 le matériau actif, par 72 03065 3 2124303 exemple une tige YA1G (tige constituée par un grenat d'yttium et d'aluminium) qui est disposé, avec un commutateur optique du facteur de qualité 2, par exemple un cristal de LiNbGg, dans un résonateur optique constitué par deux miroirs 3 et 4. Le 5 montage d'un polariseur dans le résonateur optique est inutile étant donné que le surface terminale du matériau actif tournée vers le commutateur optique du facteur de qualité, ainsi que les deux surfaces du cristal électro-optique traversées par le faisceau de lumière, représenté ici en trait interrompu, sont j_0 disposées de façon à former un angle de Brewster avec la direction du rayon lumineux. Grâce à cette disposition des surfaces, lesquelles forment un angle de Brewster avec la direction du rayonnement, les effets Fabry-Perot sont évités, ces effets pouvant, par suite des fluctuations de température, entraîner une variais tion du facteur de qualité-du résonateur optique dans l'état ouvert. On désigne par 5 une photodiode qui est reliée, par l'intermédiaire d'un circuit d'adaptation 6, avec un générateur haute tension 7, qui à son -tour est relié aux deux électrodes qui servent à la modification de la transmission du commutateur du facteur de 20 qualité 2. Le mode de fonctionnement du dispositif est le suivant : Le matériau actif 1 est, lorsque le commutateur optique du facteur de qualité 2 est dans son état bloqué,^pompé par un dispo-25 sitif optique de pompage non représenté. Quelque temps après, le niveau d'énergie correspondant à la valeur du seuil est occupé et il apparaît une oscillation laser. Celle-ci est enregistrée, lorsque le commutateur du facteur de qualité se trouve dans l'état bloqué, par une photodiode étant donné qu'on dispose 30 cette dernière de telle sorte qu'elle reçoit une partie de la lumière qui tombe sur une des surfaces de Brewster, par exemple le commutateur du facteur de qualité, plus précisément qu'elle reçoit la partie correspondant à la lumière réfléchie par cette surface . Le signal qui en résulte est transmis, par l'intermé-35 diaire d'un circuit d'adaptation 6, à un générateur haute-tension qui commande le commutateur optique du facteur de qualité et qui commute le résonateur optique dans son état caractérisé par un facteur de qualité élevé . Après la commutation, la photodiode ne peut plus recevoir aucune lumière étant donné que, dans l'état 40 ouvert du commutateur, aucune réflexion ne peut plus avoir lieu ?2 03065 4 2124303 sur les surfaces de Brewster. On obtient à partir d'une évaluation de l'amplification de puissance, une amplification nette de 6,5 par trajet. Il en résulte que l'amplification de puissance totale 5 par trajet, dans le cas d'un découplage de 20%, est approximativement égale à 8. Avec cette valeur la constante de temps du flanc de montée de l'impulsion géante est égale à l,8r-.ns dans le cas d'un laser possédant une longueur de 50 cm et comportant une tige YA1G possédant une longueur de 5 cm et un diamètre de 10 6 mm. L'impulsion proprement dite a une longueur égale approximativement à 15 ns et sa puissance de crête est égale approximativement à 200 kW. On obtient une brève durée de commutation du commutateur optique du facteur de qualité par application des alternances de même signe d'une faible tension, qui, dans le 15 cas d'un cristal LiNbOg possédant une longueur de 30 mm, une section carrée et une capacité de 20 pF, est égale approximativement à 500 V. La constante de temps égale à 1,8 ns résultant d'une amplification de puissance par trajet égale à 8, 20 peut encore être raccourcie lorsque, dans le cas où l'on utilise des lampes flash puissantes, on dispose dans le résonateur d'autres surfaces réfringentes,inclinées de l'angle de Brewster par rapport à la direction du faisceau de lumière ou aussi lorsque l'on utilise, pour les éléments situés dans le résonateur (tige 25 constituant le laser, commutateur) des matériaux possédant un indice de réfraction plus élevé. De ce fait, il apparaît, à l'instant de la commutation, un effet de blocage plus important et par conséquent une plus forte occupation du niveau d'énergie correspondant à la valeur du seuil ce qui entraîne une dimi-30 nution de la constante de temps de montée de l'impulsion. Pour des lampes flash qui ne permettent pas d'obtenir une amplification de puissance par trajet égale a 8, l'action de blocage du commutateur du facteur de qualité doit être diminuée. La diminution de l'effet de blocage du commu-35 tateur résulte en général d'une diminution du nombre des surfaces réfringentes, inclinées de l'angle de Brewster par rapport à la direction du faisceau de lumière. On peut par exemple tailler la face du cristal de LiNbO^, tournée du côté opposé au matériau actif, perpendiculairement à l'axe de la tige et déposer par 40 vaporisation directement un miroir laser. Une autre possibilité, 72 03065 5 2124303 permettant de diminuer l'effet de blocage consiste à commander le commutateur LiNbC^ uniquement avec une partie de la tension totale de commande. On peut aussi utiliser le dispositif propos avec un laser fonctionnant en continu. Par suite du couplage de réaction du commutateur du facteur de qualité,par 1'intermédiair de la photodiode,il apparaît alors dans l'émission une série d'impulsions qui peuvent être utilisées dans la modulation par impulsions codées. 72 03065 6 i 2124303 REVENDICATIONS 1. Procédé pour la production d'impulsions géantes de laser, reproductibles et à flanc raide, au moyen d'un laser comportant un commutateur optique du facteur de qualité 5 et un circuit de réaction, caractérisé par le fait qu'à l'instant où est atteint le niveau d'énergie correspondant à la valeur du seuil du matériau actif, un signal, obtenu par division ou découplage du faisceau de lumière et provenant de l'intérieur du résonateur optique, est transmis au circuit de réaction qui 10 commande le commutateur optique et le commute dans l'état correspondant à un facteur de qualité élevé. 2. Dispositif pour la production d'impulsions géantes de laser, reproductibles et à flanc raide pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, constitué 15 par un matériau actif ayant la forme d'une tige, en particulier un matériau à corps solide, par un dispositif de pompage et par un commutateur optique du facteur de qualité comportant un circuit de réaction et bloquant le résonateur optique dans l'état fermé, caractérisé par le fait que le circuit de réaction est 20 constitué par une photodiode qui est reliée, par l'intermédiaire d'un circuit d'adaptation, à un générateur haute-tension, le générateur haute-tension étant relié aux électrodes du commutateur optique du facteur de qualité et étant commandé par la photodiode. 25 3. Dispositif pour la production d'impulsions géantes de laser reproductibles et à flanc raide suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que l'on dispose la photodiode de telle sorte qu'elle reçoit, par réflexion sur une des surfaces de Brewster, de préférence.sur le commutateur optique 30 du facteur de qualité, le signal émis par le matériau actif lorsque le niveau d'énergie correspondant à la valeur du seuil est occupé. 4. Dispositif pour la production d'impulsions géantes de laser, reproductibles et à flanc raide suivant la 35 revendication 2, caractérisé par le fait que le commutateur optique du facteur de qualité est constitué par un cristal présentant l'effet électro-optique. 5. Dispositif pour la production d'impulsions géantes de laser, reproductibles et à flanc raide suivant la 40 revendication 4, caractérisé par le fait que le cristal électro 72 03065 7 2124303 optique est constitué par du LiNbOg. 6. Dispositif pour la production d'impulsions géantes de laser, reproductibles et à flanc raide suivant l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé par le fait que le cristal électro-optique ainsi que le matériau actif sont pourvus de surfaces disposées de façon à former l'angle de Brewster avec la direction du faisceau de lumière, en sorte qu'il n'est pas nécessaire de prévoir un polariseur dans le résonateur optique.