Brevet FR2132426A1 — publié le 19721117

La présente invention concerne un laser du type dans lequel des radiations optiques cohérentes sont produites dans un milieu actif lorsqu'il est alimenté par une énergie de pompage provenant d'une source. 5 Jusqu'à présenta les efforts faits pour produi re l'effet d'émission laser directement dans des pellicules minces se sont avérés amplement infructueux. Les raisons en sont certes diverses,, mais certaines parmi les plus importantes d'entre elles sont liées aux difficultés qu'il y a à établir la ré-10 tro-action requise de la lumière guidée. Par exemple, des pertes optiques élevées se produisent normalement lorsqu'on utilise un résonateur à laser pour stimuler l'effet laser dans la pellicule mince. En conséquence, les sources à laser utilisées dans les travaux courants effectués sur des pellicules minces optiques 13 sont relativement encombrantes et de ce fait limitent le degré de miniaturisation et la compacité des circuits intégrés. D'une façon plus particulière, les lasers doivent avoir soit un gain inhabituellement élevé, soit une rétroaction positive efficace pour entretenir des oscillations dans 20 une structure miniature. Toutefois, les structudes de guides d'ondes ont habituellement une masse et une surface dissipatrices de chaleur relativement faibles comparées à celles des autres lasers. Il n'est pas souhaitable que ces structures voient naître de la dissipation de chaleur par des processus ineffica-25 ces car l'accroissement de température qui en résulterait pourrait détruire ces structures. De plus, à part les circuits intégrés optiques, il est souhaitable d'avoir des sources de lumière de laser qui ne dépendent pas de l'alignement critique du résonateur optique 30 typique. L'invention a pour objet vin laser pour produire des radiations optiques cohérentes qui répondent à ces desiderata. Le laser selon l'invention comprend, supporté sur un corps, un moyen de guidage ayant au moins une dimension 35 de l'ordre d'une longueur d'onde pour guider des radiations cohérentes et établir au moins un trajet de rétro-action positive en forme d'anneau afin de stimuler l'émission des radiations cohérentes. L'invention apparaîtra plus clairement à la 40 lecture de la description qui va suivre, faite en regard des 72 11802 2 2132426 dessins joints sur lesquels s - la figure 1 illustre, partiellement en plan et partiellement schématiquement , une première forme de réalisation de la structure selon 1'invention; 5 - la figure 2 illustre , partiellement en élévation et partiellement schématiquement, la forme de réalisation de la figure 1; - les figures 3, 4, 5 et 6 sont des graphiques servant à expliquer le fonctionnement du dispositif selon l'invention; - la figure 7 représente schématiquement un laser à injection 10 suivant l'invention; - la figure 8 montre une modification du dispositif de la figure 1 ; - la figure 9 représente schématiquement un laser de Maxwell suivant l'invention; 15 - les figures 10 et 11 sont des graphiques servant à expliquer le fonctionnement du dispositif de la figure 9; - la figure 12 montre une modification en spirale du dispositif de la figure 1 ; - la figure 13 montre une modification en hélice du dispositif 20 de la figure 1 ; - les figures 14 et 15 sont des vues, respectivement en plan et en élévation, d'une autre variante de la forme de réalisation de la figure 1 ; - la figure 16 représente schématiquement une autre forme de réa-25 lisation de la structure selon l'invention; - les figures 17 et 18 sont des graphiques servant 4 expliquer le fonctionnement du dispositif selon la figure 16; - la figure 19 illustre une forme de réalisation selon 1'invention, propre à fournir un signal de sortie sélectif en fréquence; 30 - la figure 20 illustre une forme de réalisation modifiée destinée à être utilisée dans des circuits optiques intégrés à pellicule mince; - la figure 21 représente un montage de couplage pouvant être utilisé avec la structure de la figure 16. 35 Dans les formes de réalisation illustrées à ti tre d'exemple, un dispositif de guidage d'ondes pour l'émission stimulée de radiations cohérentes contient des structures en forme d'anneau dans des pellicules minces de manière à produire une rétro-action positive. Une telle rétro-action peut aisément en-40 tretenir des oscillations avec des pertes très faibles autres 72 11802 3 2132426 que celle qui résulte de l'extraction d'énergie optique du laser à des fins d'utilisation. Le milieu actif peut avantageusement être prévu soit dans les structures de guidage, soit dans la matière adja-5 cente. De plus, il est avantageux que les structures en forme d'anneau ne doivent pas utiliser des discontinuités brusques de l'indice de réfraction, mais peuvent même utiliser des variations progressives de l'épaisseur de la pellicule mince sans aucune variation de l'indice de réfraction de la masse. De tel-10 les variations progressives d'épaisseur de la pellicule mince sont réalisées aisément. Dans une forme de réalisation d'un laser en anneau, les oscillations à mode réglable se produisent dans une pellicule de guidage optique en matière diélectrique active le 15 long d'un axe enroulé autour d'un diélectrique à indice de réfraction plus faible. La rétro-action requise pour produire les oscillations s'établit par propagation continue de la lumière stimulée le long de cet axe, cette propagation se fermant sur elle-même. Le couplage de sortie est ordinairement réalisé par 20 couplage par champ marginal avec un corps diélectrique voisin ayant un indice de réfraction plus élevé. La forme de réalisation fondamentale représentée aux figures 1 et 2 comprend la pellicule mince de guidage optique 11 déposée sur tan substrat 12. La pellicule 11 présente 25 une partie contiguë constituée d'une structure de guidage de radiations de laser 15 comprenant une partie épaissie de la pellicule 11 et un milieu actif dans ou à proximité de cette partie de pellicule. La structure de guidage 15 assure une rétroaction positive en forme d'anneau. La lumière de pompage desti-30 née à pomper le milieu actif se trouve appliquée à la pellicule mince 11 par le coupleur d'entrée 14 à partir d'une source de pompage à laser 13, et les radiations stimulées obtenues à la sortie de la structure 15 sont extraites par l'intermédiaire d'un coupleur de sortie 16 et dirigées vers un dispositif d'uti-35 lisation 17. A titre d'exemple, on suppose que le milieu actif est compris directement dans la partie en forme d'anneau de la pellicule mince 11 au sein de la structure de guidage 15. La constante de propagation de phase accrue p nécessaire pour le 40 guidage est réalisée dans la structure 15 par un accroissement 72 11802 4 2132426 de l'épaisseur de la pellicule mince 11 dans cette région sans variations des compositions de la pellicule mince 11 et du substrat 12 dans ces régions. Néanmoins, des modifications de ces compositions, propres à accroître la densité optique, pourraient 5 également faciliter le guidage. La modification d'épaisseur est le moyen qui peut être illustré le plus aisément pour réaliser le guidage nécessaire à l'invention. Le coupleur d'entrée 14 et le coupleur de sortie 16 peuvent être constitués d'un type de coupleur quelconque 10 bien connu dans le domaine de l'optique pour assurer tin couplage par l'intermédiaire d'une large surface d'une pellicule mince. Le coupleur de sortie 16 écoule les radiations stimulées provenant de la pellicule mince 11 et, en particulier, il annule le guidage dans la structure 15 au point sélectionné pour le coupla-15 ge de sortie. Ces deux aspects du couplage peuvent être séparés. Le transfert entre la structure 15 et la pellicule 11 l'entoure est suivi du transfert à partir de la pellicule 11. Le dispositif d'utilisation 17 pourrait également être intégré dans la pellicule mince environnante. S'il est utilisé,le coupleur desor-20 "tie 16 est disposé par exemple très près de la structure de guidage 15, par exemple à une distance d'une longueur d'onde environ. Une telle annulation du guidage produit typiquement deux faisceaux de sortie, comme le montre la figure 1, un pour chaque sens de déplacement des oscillations laser dans la structure 15. 25 On remarquera également que la lumière de pompage provenant de la source 13 est concentrée en un faisceau large capable de pomper l'entièreté du milieu actif associé à la structure 15. La plus grande partie de la lumière de pompage est de préférence absorbée dans le milieu actif avant d'atteindre le 30 coupleur de sortie 16. Néanmoins, des moyens peuvent être prévus en association avec le dispositif d'utilisation 17 pour filtrer la lumière de pompage résiduelle. Ordinairement, seules les radiations cohérentes stimulées qui se produisent à une fréquence décalée par rapport à la fréquence de pompage sont souhaitables 35 pour être utilisées dans le dispositif 17. Celui-ci peut être un modulateur pour un système de communication optique ou un dispositif analogue. La structure .15 peut présenter une utilité supplémentaire si elle est réalisée comme partie intégrante d'un cir-40 cuit optique ou opto-électronique, l'ensemble étant inclus dans 72 11802 5 2132426 la pellicule mince 11. En fait, même le laser de pompage pourrait être une diode à laser à injection contenue dans la pellicule mince 11. Dans une telle structure intégrée, il n'est pas besoin des coupleurs extérieurs 14 et 16, quoique un couplage 5 interne soit toujours prévu, et il n'existe aucun problème de stabilité dans la relation mécanique entre la source 13 et le dispositif d'utilisation 17, d'une part, et la pellicule mince 11 et les dispositifs associés 11, d'autre part. Dans la forme de réalisation illustrée par les 10 figures 1 et 2, on remarquera que l'onde de pompage est également une onde guidée. L'intensité du pompage est maintenue élevée par suite du confinement de l'onde de pompage dans la pellicule mince 11. On remarquera également à propos de la structure 15 de la forme de réalisation représentée aux figures 1 et 2 que le diamètre global de la structure 13 peut être très petit, en sorte que l'on puisse réaliser des densités d'emmagasinage élevées. Des diamètres de l'ordre de 0,234 mm semblent tout à fait pratiques. De telles sources petites peuvent également être très 20 souhaitables pour être combinées à d'autres structures optiques et électriques, en particulier pour la miniaturisation du dispositif complet. La description du fonctionnement, qui va suivre, est spécifique à des structures de guidage 13 qui sont contiguës 25 à une couche de guidage telle que la couche 11 par l'intermédiaire de laquelle est réalisé le couplage d'entrée ou de sortie avec 14anneau. Il est également possible de réaliser des structures de guidage qui sont isolées d'autres structures de guidage telle que la pellicule mince environnante 11, sauf pour le 30 couplage d'entrée et de sortie à champ évanescent. On croit cependant qu'un aspect important de l'invention réside dans la compatibilité des structures de guidage avec des dispositifs optiques intégrés dans des guides à pellicule mince. Dans le fonctionnement de la forme de réalisa-35 tion illustrée par les figures 1 et 2, la structure de guidage 15 assure une variation de l'indice de réfraction effectif (ou plus correctement, 72 11802 6 2132426 tiorx de phase est illustré aux figures 3, 4, 5 et 6. La variation radiale de la constante de propagation de phase utilisée dans la forme de réalisation des figures 1 et 2 se rapproche le plus de la courbe 24 sur la figure 6. On remarquera que toutes 5 ces variations de la constante de propagation de phase présentent une symétrie circulaire. D'autres structures qui sont topo-logiquement similaires à des structures à symétrie circulaire sont possibles et sont équivalentes du point de vue théorique. Néanmoins, ces autres structures ne seront pas considérées dans 10 le présent mémoire. Les exemples de profils d'indice de réfraction peuvent être décrits comme suit. La courbe 21 sur la figure 3 montre un profil qui décroît monotoniquement à mesure que croît le rayon, avec une pente continuellement décroissante. Il est 15 assez surprenant de constater qu'une analyse montre qu'une telle structure est une structure de guidage efficace pour une rétroaction positive en forme d'anneau. La courbe 22 sur la figure 4 illustre un profil d'indice de réfraction qui décroît monotoniquement à mesure que croît le rayon, mais présente une inflexion 20 entre une amplitude de pente croissante et une amplitude de pente décroissante à mesure que croît le rayon. La courbe 23 sur la figure 5 illustre un profil d'indice de réfraction qui croît d'abord en fonction du rayon, puis décroît à mesure que croît le rayon, avec un point d'inflexion de pente comme pour la courbe 25 22 à la figure 4. La courbe 24 sur la figure 6 montre un profil d'indice de réfraction qui coïncide dans sa partie centrale avec la valeur de l'indice de réfraction environnant, puis croît rapidement jusqu'à une valeur maximale pratiquement constante,et enfin décroît rapidement jusqu'à la valeur de l'indice de ré-30 fraction environnant à mesure que croît le rayon. Ces variations pourraient également être plus progressives, comme illustré dans la forme de réalisation des figures 1 et 2. Les profils d'indice de réfraction montrés aux figures 3 à 6 sont simplement des exemples de nombreuses possi-35 bilités de guidage en anneau des radiations du laser, suivant les principes de l'invention. Les critères pour établir un guidage stable sont les suivants s (1) un rayon donné doit avoir des rayons de spires intérieur et 72 11802 7 2132426 extérieur qui peuvent être notés rv et rQ Respectivement. Le produit du rayon et de l'indice de réfraction effectif doit avoir la même valeur, par exemple k, pour les rayons des spires: ri ne r=r. x = r n o e r=r^ °- k. (1) Lorsque cette condition est satisfaite, le rayon peut être capturé. (2) Le produit rn lr doit dépasser k entre rA et rQ. Cette condition assure que la lumière soit capturée entre r^ et r0. 10 (3) Le taux de variation de l'indice de réfraction effectif en fonction du rayon doit obéir aux inégalités suivantes : dn n" "ïïr>-1 P°ur r = ri (2) e 15 r n" ~ïïr e Alors que la condition (1) convenait pour capturer la lumière dans me région annulaire voulue, les conditions (2) et (3) sont des conditions suffisantes pour assurer que le rayon tourne vers 1 extérieur au rayon ri et vers l'intérieur au rayon rQ. 20 Les conditions (1) à (3) sont toutes basées sur des dispositifs optiques à rayons,ce qui implique que les variations des indices de réfraction soient négligeables sur la gamme des longueurs d'ondes optiques. La limite de variations brusques de l'indice de réfraction assure également la capture 25 ainsi qu'il est bien connu par tous les travaux réalisés sur les guides diélectriques. On remarquera que le comportement de l'indice de réfraction à l'extérieur du rayon de propagation n'a aucune importance, en première approximation, en sorte que seule une 30 région annulaire limitée doit satisfaire aux critères ci-dessus. On admet que les critères sont en correspondance étroite avec les résultats d'une analyse d'onde aussi longtemps qu'une analyse de rayon est valable. Un traitement d'onde fournit d'autres informations, telles que les longueurs d'ondes qui sont 35 compatibles avec les modes résonants. La condition (2) peut en réalité être assouplie. La courbe du profil rn (r) peut présenter des va-et-vient entre ri et V les va-e"t-vient peuvent même tomber en dessous 72 11802 8 2132426 de k à condition qu'ils soient suffisamment petits en largeur pour permettre un couplage entre ondes situées de chaque côté de l'inflexion. On remarquera que dans la description de la figu-5 re 1 on n'a mentionné aucun milieu actif spécifique,ni aucune source de pompage spécifique. Le choix de ces détails peut se faire dans une gamme étendue. Par exemple, le milieu actif pourrait être une matrice de rhodamine 6-G et la source de pompage serait alors un laser à ions gazeux de fréquence suffisamment 10 élevée, par exemple un laser à azote puisé de 3371 Angstrom. Les besoins d'énergie de la source 13 sont réduits en raison du confinement de 1'onde de pompage dans la pellicule mince 11. Il faut remarquer que des ions inorganiques tels que des ions de neodymium peuvent également être souhaitables pour être utilisés 15 comme milieu actif dans la structure 15. Un tel laser peut également être pompé optiquement à une fréquence plus élevée que la fréquence prévue pour le laser. Les principes de l'invention s'étendent également, à des lasers en anneau pratiquement plans qui sont pompés comme 20 des lasers à injection. Une telle structure est illustrée à la figure 7. Sur celle-ci, la jonction 31 est formée dans le substrat 32 constitué d'un semi-conducteur de type n, par une région alliée 33, de type p. Le laser à jonction est pompé par 25 injection au moyen des électrodes 34 et 35 appliquées aux régions 32 et 33, respectivement, et connecté à des bornes opposées d'une source de pompage 36. A titre d'exemple,le substrat 32 est suffisamment mince pour guider la lumière et empêcher celle-ci de diffuser 30 dans la direction de l'épaisseur. Pour le cas illustré, le guidage de forme annulaire peut être réalisé dans la jonction 31 par un profil d'épaisseur du substrat 32 tel que montré à la figure 4. L'oscillation du laser suit alors un trajet annulaire autour de la région d'épaisseur la plus grande. Comme un gain 35 est prévu pour les radiations du laser en chaque point du trajet circulaire, la rétro-action positive nécessaire pour l'oscillation est présente. De plus, il est clair en examinant la forme de réalisation de la figure 7 que plus d'une pellicule mince peut 40 faire partie de la structure de guidage selon l'invention. En 72 11802 9 2132426 fait, des pellicules minces multiples peuvent être utilisées dans toutes les formes de réalisation de l'invention. De plus, il est clair que la région de guidage de la lumière à l'extérieur de la structure annulaire peut être liée symétriquement à ses 5 deux surfaces principales par des matières diélectriques présentant des indices de réfraction similaires, comme à la figure 7, ou qu'elle peut être liée par des matières diélectriques ayant des indices de réfraction non semblables, comme aux figures 1 et 2. 10 II est également possible dans la forme de réalisation de la figure 7 d'assurer aisément plus que tout juste une variation d'épaisseur de la pellicule mince afin d'assurer le guidage, c'est-à-dire que la composition de la structure de guidage peut dépendre de la position radiale. Ce dernier effet peut être 15 réalisé dans la forme de réalisation de la figure 7 en prévoyant une région alliée 33 (non représentée) d'épaisseur variable, dont l'indice de réfraction diffère considérablement de celui du substrat 32. Une telle différence d'indice de réfraction peut être obtenue, par exemple, en prévoyant un élément relativement 20 lourd avec des concentrations élevées de la région alliée 33. L'utilisation de dopants constitués d'or ou de platine est préconisée, L'épaisseur variable de la région 33 pourrait être réalisée en modifiant la forme de réalisation de la figure 7 pour rendre la jonction plane. 25 Pour extraire les radiations stimulées dans la forme de réalisation de la figure 7, il peut être souhaitable d'amener un organe de couplage de sortie tel qu'un prisme, très près d'une partie du bord de la jonction 31, qui s'étend jusqu'à la surface supérieure du dispositif au delà de l'électrode 35. Une 30 légère asymétrie des contours circulaires d'épaisseurs variables pourrait également permettre une fuite d'une partie des radiations stimulées en un point choisi sur le pourtour de la jonction. A part les types de structures illustrées aux figures 35 1, 2 et 7, il semble également possible de fabriquer des lasers suivant l'invention dans lesquels le guidage se fait en rendant la densité de la structure de guidage dépendante de la position radiale dans celle-ci. Cela peut être réalisé sans variation de l'épaisseur ou de la composition initiale, par exem-40 pie, en développant correctement des structures à symétrie cirai 72 11802 10 2132426 laire qui sont formées dans une gélatine dichromée par exposition d'une structure correspondante à la lumière bleue ou ultraviolette. Il est évidemment toujours, nécessaire dans une telle structure de prévoir que la matière contienne également un milieu 5 procurant un gain, qui peut être pompé pour produire l'inversion de population nécessaire» Le milieu à gain peut être prévu dans la couche de guidage, dans un milieu de liaison, ou dans une combinaison quelconque des deux. Actuellement, les colorants de laser et les ions de neodymium apparaissent être les meilleures 10 solutions pour ces milieux, sauf que les lasers à injection du type représenté à la figure 7 utilisent ordinairement de l'ar-séniure de gallium. Pour extraire les radiations stimulées des lasers selon l'invention, on peut utiliser une variété de procédés. 15 Un de ces procédés est illustré par la forme de réalisation de la figure 8. Cette forme de réalisation est fondamentalement une modification de la forme de la réalisation de la figure 1 dans laquelle le coupleur de sortie 16 a été éliminé et dans 20 laquelle le profil effectif de l'indice de réfraction a été modifié pour se rapprocher plus intimement du profil illustré à la figure 6. Le couplage, de sortie est à présent réalisé par un guide à couche mince 31 disposé dans un plan au-dessus du 25 plan du laser à anneau 35. Le champ évanescent des radiations stimulées dans la structure 35 atteint le guide de couplage 31, et, si le couplage est suffisamment faible pour ne pas étouffer la rétro-action et les oscillations résultantes dans la structure 35, une partie de l'émission stimulée se trouve aisément ap-30 pliquée au guide 31 qui peut la délivrer au dispositif d'utilisation 37. Un tel couplage ne requiert pas de conditions de propagation de phase adaptée dans les deux guides. Il semble qu'il soit possible de réaliser une variété d'autres procédés de couplage de sortie. Par exemple, on 35 peut prévoir dans la structure de guidage une région en forme de coin. Cette région diffère par son indice de réfraction effectif du restant de l'anneau de guidage. Un bord est radial et réfléchit la lumière uniquement dans l'anneau de guidage* L'autre bord est non radial et dévie des parties de la lumière vers 40 les parties intérieure et extérieure de l'anneau de guidage. 72 11802 n 2132426 Ordinairement, la partie déviée vers la partie intérieure se trouve absorbée par un moyen convenable en sorte de ne pas se trouver réintroduite dans la structure en un autre point. Un tel coin peut être réalisé avec, soit un accroissement, soit une 5 réduction de l'indice de réfraction effectif par rapport à l'indice de réfraction de la partie adjacente de la structure; et la variation d'indice de réfraction associée doit être rapide, c'est-à-dire que la variation de l'indice de réfraction doit se produire sur une longueur de moins d'une longueur d'onde envi-10 ron. Un type particulier de couplage va être décrit en se référant à la figure 12. Il est également possible de disposer le guide de couplage 31 dans le plan de la structure en anneau 35 à une distance égale à la distance de couplage à champ évanescent, par 15 exemple une longueur d'onde, particulièrement s'il se trouve disposé du côté de la structure en anneau 35 distante de la direction d'application de la lumière de pompage, en sorte qu'il n'interfère pas avec le processus de pompage» Un autre procédé pour réaliser le couplage de 20 sortie dans les formes de réalisation selon l'invention utilise l'un quelconque des coupleurs à réseau de diffraction qui ont été décrits dans la littérature technique récente. Par exemple, les lignes du r é s eau sont ordinairement orientées en sorte qu'elles traversent entièrement le trajet de rétro-action posi-25 tive de la structure suivant un angle oblique sur ce trajet. Cette fois encore, un absorbeur dans le centre d'une structure annulaire est souhaitable. Le réseau peut être constitué d'une matière diélectrique ou de toute autre matière, et sa période doit être adaptée à la longueur d'onde envisagée pour les radia-30 tions du laser. Des variations du couplage d'entrée des radiations de pompage sont réalisables. Des sources de pompage irradiait le plan par le dessus sont intéressantes pour des montages dans lesquels la lumière de pompage est absorbée par la matière active du laser sur quelques longueurs d'ondes. 35 Une variante très inhabituelle du dispositif selon l'invention fait usage d'un profil spécial de l'indice de réfraction effectif. Un profil à trois dimensions analogue a été originellement proposé par James Clerck Maxwell. Cette forme de réalisation spéciale suivant l'invention est illustrée à la fi- 72 11802 12 2132426 gure 9. Ce dispositif comprend le substrat 42 et la pellicule mince de guidage 41 dans laquelle est formée la structure de rétro-action 45, comme décrit ci-après, le coupleur de sortie 46 étant disposé à proximité de cette structure» Les radiations de 5 pompage sont appliquées à la pellicule mince 41 par l'intermédiaire d'un coupleur d'entrée 44 à partir d'une source 43, tous ces éléments étant similaires aux éléments correspondants dans la forme de réalisation illustrée aux figures 1 et 2, La forme de réalisation montrée à la figure 9 diffère de celle de la figu-10 re 1 par le fait qu'elle utilise une version spéciale du profil d'indice de réfraction de la figure 4» Ce profil spécifique est représenté par la courbe 51 sur la figure 10. La constante de propagation de phase p , dans les mêmes unités que l'indice de réfraction effectif discuté plus haut, varie entre une valeur 15 maximale pm pour ton rayon r = o jusqu'à une valeur environnante de la pellicule mince de guidage 41, au delà duquel point le profil peut diminuer progressivement dans la pellicule mince 41 comme indiqué en trait interrompu sur la figure 10. Pour les besoins de l'invention, c'est la région de la courbe 51 située au-20 tour d'une valeur de = i m qui est la plus importante. La valeur du rayon pour cette valeur de est égale à a. La forme de la courbe 51 satisfait à 3a relation; un_corps sphérique ayant un indice de réfraction qui varie radia-lement, tous les trajets des rayons sont des cercles. En conséquence, un point situé à l'extérieur du cercle r = a correspond 30 à un point situé à l'intérieur du cercle, déterminé par inversion par rapport au centre, où le produit des distances respectives à partir du centre de la structure est égal à a . De plus, tous les trajets des rayons reliant deux points quelconques ont la même longueur de trajet optique. Dans la forme de réalisation à 35 deux dimensions illustrée à la figure 9, un tel profil de l'indice de réfraction effectif implique un résonateur optique fortement dégénéré au voisinage de r « a. Il apparaît ainsi que la forme de réalisation de la figure 9 est une pellicule mince en forme d'anneau analogue au résonateur de Fabry-Perot. 25 En fonctionnement9 comme l'a montré Maxwell pour 72 11802 13 2132426 Il importe de reproduire le profil de Maxwell au voisinage de r = a, puisque ce cercle doit être traversé par un trajet de rayon fermé quelconque à l'intérieur de la structure. En raiscn des limitations physiques imposées aux variations de l'am-5 plitude de l'indice de réfraction réel en faisant varier l'épaisseur de la pellicule, il apparaît souhaitable de reproduire le profil de Maxwell uniquement dans une région comprise entre r' et r", qui sont des valeurs de r situées également en dessous et au-dessus de a, respectivement, comme le montre la courbe 52 10 sur la figure 11. Ordinairement, la valeur de r" est choisie en sorte que la valeur correspondante de p corresponde à celle de la pellicule mince environnante 41. En plus des formes de réalisation qui précèdent, il existe une famille de structures ouvertes topologiquement, 15 y compris les spirales et hélices planes, qui deviennent des structures en forme d'anneau suivant l'invention lorsque des parties avoisinantes sont suffisamment proches pour permettre le couplage croisé fermé des radiations stimulées entre elles. De telles réalisations sont illustrées par les figures 12 et 13. 20 Dans la forme de réalisation de la figure 12, la structure de rétro-action 65 est une région en spirale ayant une épaisseur accrue dans une pellicule mince de guidage 61 qui se trouve disposée sur un substrat 62. La structure 65 comprend à titre d'exemple un milieu actif tels que des ions Nd . Bien qu' 25 elle puisse être pompée par un faisceau optique large guidé dans la pellicule mince 61, une variante consiste à étendre 1'extrémité extérieure de la région en spirale au-delà de la distance de couplage jusqu'à une spire adjacente quelconque et de coupler un faisceau de pompage étroit provenant d'une source 63 di-30 rectement avec la structure 65 afin de produire le guidage dans la structure. Ce faisceau est avantageusement à peu près totalement absorbé dans la structure 65 et il traverse le moyen de couplage 66 sans réflexion appréciable. L'extrémité intérieure de la structure 65 est mu-35 nie d'un réflecteur 68 pour diriger les radiations stimulées vers le prisme dichroîque qui sert de moyen de couplage 66 par lequel au moins une partie se trouve réfléchie vers les circuits d'utilisation 67. Ceux-ci sont à titre d'exemple intégrés dans la même pellicule mince 61 que la structure 65. 72 11802 14 2132426 L'espacement entre les spires adjacentes de la structure en spirale 65 , tout comme les espacements entre les spires adjacentes des structures 75 et 85 sur les figures 13» 14 et 15, est choisi de l'ordre d'une longueur d'onde des ra-5 diations stimulées et pour assurer un couplage serré entre les spires, en sorte qu'un échange appréciable de radiations se produit entre les spires par couplage à champ évanescent. Le couplage se produit de façon continue dans l'espace des deux côtés d'une spire typique. 10 Dans la structure en spirale 65 sur la figure 12, ce couplage serré assure la rétro-action positive car elle réalise l'équivalent de nombreuses structures en forme d'anneau pour différentes parties des radiations stimulées. On obtient ainsi l'oscillation. 15 La structure en spirale plane 65 sur la figure 12, ainsi que la structure à anneaux multiples 85 sur les figures 14 et 15, bénéficie d'une réduction appropriée de la constante de propagation de phase p à mesure que croît r le long de la spirale afin de permettre la correspondance des phases des on-20 des de propagation dans les spires adjacentes de rayons différents. Il apparaît qu'une concordance préférée peut être assurée pour \in mode choisi ou des modes choisis d'oscillation. Par contre, dans la forme de réalisation en hélice représentée à la figure 13, les spires adjacentes de la structu-25 re de guidage en hélie e 75 dans la pellicule mince 71 ont le même rayon car elles sont enroulées sur un substrat cylindrique 72. Dès lors, elles ne requièrent pas un profil d'indice de réfraction relatif d'une spire à la suivante. Cette configuration pourrait également être pompée par une lampe de flash, 30 représentée comme option pour la source de pompage 79, disposée sur l'axe du cylindre 72. A d'autres égards, la forme de réalisation de la figure 13 est analogue à celle de la figure 12. La forme de réalisation des figures 14 et 15, sauf 35 en ce qui concerne la similitude de sa structure de guidage à anneaux multiples 85 avec la structure en spirale 65 de J.a figure 12, est très similaire, par sa structure et son fonctionnement, à la forme de réalisation de la figure 1. Il est entendu que dans toutes les formes de réali-40 sation qui précèdent, un milieu actif peut être prévu adjacent 72 11802 15 2132426 à la structure de guidage. Par exemple, une matière colorante peut être répandue sur la structure de guidage et pompée optiquement par le dessus, c'est-à-dire dans une direction orthogonale au plan de la structure de guidage à pellicule mince. 5 La figure 16 représente un laser annulaire dans lequel se produisent des oscillations à mode contrôlé dans une pellicule de guidage optique constituée d'une matière diélectrique active enroulée autour d'un diélectrique à indice de réfraction plus faible. La rétro-action nécessaire pour produire 10 l'oscillation du laser est réalisée en propageant de façon conti nue la lumière stimulée le long de cet axe, qui se ferme sur lui-même. Le couplage de sortie est ordinairement réalisé par couplage à champ marginal vers un corps diélectrique ayant un indice de réfraction plus élevé. 15 La pellicule mince de guidage 11 peut être consti tuée d'une pellicule de polyuréthane dopée avec de la rhodami-ne 6G et pompée par une source de laser à a20te puisé 12. La pellicule 11 est appliquée sur la surface d'une tige de verre cylindrique 13 afin d'établir un trajet optique 20 fermé le long d'une circonférence quelconque de la tige. Ce trajet fermé crée la rétro-action requise pour produire l'oscillation du laser. Celle-ci se produit le long d'une circonférence donnée si le gain le long de cette circonférence dépasse la perte le long du parcours circulaire. Comme la matière est homo-25 gène le long de ce trajet,sans surfaces intervenant dans le trajet, on peut obtenir des pertes très faibles. Dans la forme de réalisation de la figure 16, la lumière engendrée dans la pellicule peut être envoyée vers un dispositif d'utilisation par un coupleur à prisme tel que le 30 prisme isocèle en cristal 14 disposé en sorte d'être pratiquement en contact avec la pellicule 11. Toutefois, dans la pratique, le prisme est séparé de la pellicule par un petit intervalle en raison des particules de poussière et des petites imperfections superficielles qui sont présentes sur les surfaces ad-35 jacentes de la pellicule 11 et du prisme 14. Deux faisceaux de sortie sont obtenus en raison de la nature directionnelle du couplage par l'intermédiaire du prisme 14. Ces faisceaux de sortie correspondent respectivement aux oscillations de la lumière émise par le laser dans le sens 40 du déplacement des aiguilles d'une montre et en sens opposé 72 11802 16 2132426 autour de la circonférence de la tige 13 dans la pellicule 11 lorsqu'on la regarde suivant l'axe de la tige 13 dans l'une ou l'autre directiono L'un et l'autre de ces deux faisceaux peuvent être utilisés dans un dispositif d'utilisation convenable (non 5 représenté), qui pourraient être un échantillon de gaz ou d'autre matière devant être analysé et un détecteur ou spectromètre approprié. En fonctionnement, une source de pompage constituée par un laser à azote puisé fonctionnant à une longueur d'onde O 10 de 3371 A a été utilisée. En raison de sa configuration à décharge transversale, la source de pompage émettait tin faisceau folioforme de section rectangulaire qui pompait une bande cir-conférentielle étroite (d'approximativement 0,2 mm de hauteur) de la pellicule 11 » Le diamètre de la tige était de 5 millimè-15 très. Pour une intensité de crête, l'énergie de pompage utilisée était approximativement de 15 kilowatts qui atteignait la tige en impulsions de 10 nanosecondes. L'intensité de pompage ainsi réalisée était approximativement de 1,5 mégawatts par centimètre carré. Naturellement, d'autres sources de pompage 20 peuvent être utilisées. La pellicule de polyuréthane 11 avait un indice de réfraction de 1,55. Elle peut revêtir la surface de la tige 13 constituée par exemple de Pyrex ayant un indice de réfraction de 1,47, par des moyens classiques tels que la plongée, la pul-25 vérisation, la peinture. Le dopant de rhodamine 6G doit être réparti uniformément dans la pellicule. Cela peut se faire en mélangeant le polyuréthane avant sa polymérisation avec la rhodamine ou avec une solution de rhodamine dans un solvant organique convenable tel que l'éthanol. Dans une application, avec une 30 pellicule ayant une épaisseur de 0,8 micron environ, la concen-tration de la rhodamine 6G était comprise entre 10~J et 10" moles par litre environ. Le prisme 14 avait un indice de réfraction de 1,64. Toutefois, le couplage de sortie peut être obtenu au moyen d'au-35 très structures disponibles. Par exemple, on peut également réaliser des coupleurs à réseau de diffraction qui peuvent être déposés sur la surface de la pellicule 11 dans une région limitée de celle-ci. En faisant fonctionner la forme de réalisation de 40 la figure 16, on a observé des gains pouvant atteindre 100 dB/cnj 72 11802 17 2132426 en mesurant l'amplification de l'émission spontanée. Les deux faisceaux de sortie sont parfaitement parallèles dans la direction verticale par suite de la faible hauteur (approximativement 0,2 millimètre) de la région pompée. Dans la direction horizon-5 taie, ces faisceaux s'étalent sur un angle d'environ un degré par suite de la largeur spectrale finie de la lumière émise par le laser et de la courbure de la pellicule. La courbure de la pellicule 11 produit une distribution d'intensité approximativement gaussienne dans le plan horizontal des faisceaux de sortie. 10 Une telle distribution gaussienne est la plus désirable dans de nombreuses applications, telles que celles qui utilisent des dispositifs optiques non linéaires, et elle constitue par conséquent une particularité tout spécialement intéressante du dispositif de couplage par prisme lorsqu'il est utilisé avec le laser 15 en anneau à pellicule mince. La raison de la distribution d'intensité gaussienne réside dans la largeur non uniforme particulière S(x) de l'espace de couplage entre la base du prisme 14 et la pellicule 11. La direction x est indiquée sur la figure 16 et elle est 20 tangente au cylindre au centre de la région de couplage. La largeur de l'interstice peut s'exprimer par la relation S(x) « S0 + x2/2R . (5) où SQ est la largeur minimale de l'interstice et R est le rayon de courbure de la pellicule mince 11. A l'aide de la relation 25 (5) et des formules mathématiques données dans le Journal of the Optical Society of America,vol. 60, pages 1337 à 1350, on peut montrer que les faisceaux de sortie ont une section transversale gaussienne dans le plan horizontal. On suppose ici que seule une petite fraction de l'énergie qui circule dans le laser se trouve 30 émise. Le rayon de ceinture w des faisceaux, mesuré à la base du prisme dans la direction x, est approximativement w - RXtî"1(N2 |)"1/2 . (6) où X. est la longueur d'onde de l'oscillation, ijg l'indice 35 de réfraction du milieu à 1'extérieur de la pellicule 11, et N est l'indice de réfraction effectif de la pellicule. Il a été déterminé que la largeur SQ de l'interstice entre le prisme et la pellicule, bien qu'elle ne soit pas mesurée, pourrait être optimisée en réglant la pression entre 40 le prisme et la tige du laser afin d'obtenir le couplage de sor 72 11802 18 2132426 tie maximum. Ordinairement, la largeur de cet interstice est inférieure à une longueur d'onde de la lumière émise. Il peut sembler qu'il pourrait se produire une perte de radiationsprovoquée par la courbure de la pellicule min-5 ce 11. Ces radiations quitteraient le laser tangentiellement et présenteraient des rayons fortement parallèles dans le plan de l'anneau. Des estimations quantitatives montrent cependant que ce mécanisme est entièrement négligeable. En particulier, il —10 est inférieur à 10 par circonvolution pour un rayon de cour-10 bure de la tige 13 de 2,5 millimètres. De telles pertes sont en deçà du niveau établi ci-dessus pour des rayons de courbure de l'ordre de 0,5 millimètre. Dans le montage illustré par la figure 16, seule une petite fraction de l'intensité de pompage appliquée à la 15 pellicule 11 est réellement utilisée pour pomper le laser car la pellicule 11 est tellement mince qu'elle ne l'absorbe que très faiblement. De plus, aux deux extrémités de la région de pompage, l'angle d'incidence de la lumière de pompage par rapport à la normale à la pellicule est tellement grand qu'une 20 fraction considérable des radiations de pompage se trouve réfléchie. On estime qu'environ 1 kilowatt de la lumière de pompage est absorbé dans le montage. La sortie d'intensité mesurée était d'environ 100 watts dans chacun des deux faisceaux de sortie. Il apparaît ainsi que le rendement net de ce laser est très 25 é 1 e v é * Le rendement global du laser peut être amélioré considérablement et l'énergie de pompage totale requise être réduite en prévoyant des moyens pour faire passer la lumière de pompage de façon répétée à travers la pellicule ou en pompant sur une bande d'absorption plus forte de la matière de dopage 30 de la pellicule 11. Avec la rhodamine 6G, on obtient ce résultat en pompant dans sa bande d'absorption du vert, où sa section transversale d'absorption est de plus d'un ordre de grandeur plus O grande que pour la longueur d'onde de 3371 A. La figure 17 montre une courbe 21 indiquant l'in-35 tensité relative de l'émission du laser en fonction de la Ion- O O gueur d'onde comprise entre 5800 A et 6600 A environ. Le spectre O atteint son maximum aux environs de 6200 A. Cette longueur d'on- —3 de relativement longue resuite du dopage élevé de 8x10 moles par litre dans la pellicule. Pour un dopage plus faible, le 72 11802 19 2132426 spectre se déplace vers les longueurs d'onde plus courtes. La largeur de bande du laser dans laquelle l'intensité n'est pas inférieure à cinquante pour cent de la valeur de crête est de O 110 A. Cette largeur est beaucoup plus étroite que la largeur de 5 l'émission spontanée qui est de plusieurs centaines d'Angstroms, telle que mesurée dans la même matière h Ôte. Un tel rétrécissement du spectre de sortie est également caractéristique d'une émission super-radiante. Néanmoins, on obtient une preuve directe de la rétro-action positive dans la région pompée de la pelli-10 cule 11 autour de la tige 13 en observant les modes d'oscillation circonférentiels individuels ayant un espacement de fréquences caractéristique du résonateur à laser en anneau. Ces modes sont illustrés par la courbe 22 sur la figure 18. Cette courbe indique l'intensité de sortie relative, exprimée en uni-15 tés arbitraires comme sur le graphique de la figure 17, mais avec une échelle des longueurs d'ondes beaucoup plus détaillée O et centrée autour de la longueur d'onde de 6204 A, et où les crêtes des modes individuels d'oscillation ont été marquées par des flèches au-dessus de la courbe 22. On peut voir que ces O 20 flèches sont équidistantes d'environ 0,555 A. Des espacements de mode peuvent être déterminés analytiquement par analogie avec l'espacement des modes longitudinaux des résonateurs à laser de Fabry-Perot utilisant deux réflecteurs séparés. L'espacement théorique entre modes d'oscillation est 25 X2/*dN (7) I g où d « 2R est le diamètre de la tige, et Ng = °/vgroupe es* 1'indice de vitesse de groupe effective du guide. Aux modes d'oscillation transversaux d'un résonateur à laser de Fabry-Perot correspondent les modes d'oscilla-30 tion radiaux et axiaux de la pellicule mince à l'extérieur de la tige. Les modes d'oscillation radiaux sont les modes TEffl et TM^ bien connus d'un guide à pellicule mince. Les pellicules diélectriques dopées avec des matières colorantes, décrites ici, permettent la propagation des modes d'oscillation fondamentaux 35 (m=0) dans la direction radiale. Dans la direction axiale, il n'existe aucune limite pertinente pour définir les modes axiaux en l'absence de pompage. Toutefois, dans la tige pompée, la bande de gain élevé est bordée des deux côtés par des régions non pompées à faibles pertes qui déterminent les modes d'oscil 72 11802 20 2132426 lation dans la direction axiale, le mode fondamental ayant la perte la plus faible. De la distribution uniforme de l'intensité lumineuse dans les faisceaux de sortie et de la divergence limitée par 5 diffraction, on avait conclu que l'oscillation du laser dans le mode transversal fondamental (radial aussi bien que axial) du laser en anneau se produit effectivement. Toutefois, toute non-uniformité du guide à pellicule mince, par exemple une particule de poussière, altère les modes d'oscillation idéaux décrits ci-10 dessus. Lorsque le laser est pompé au voisinage d'une telle non-uniformité, les faisceaux de sortie se divisent en une série de plusieurs lignes horizontales et ils couvrent un angle vertical plus large que le mode fondamental. Cela indique une oscillation de mode axial d'ordre plus élevé. 15 Pour la tige de 5 mm de diamètre et tin indice de vitesse de groupe du guide de Ng = 1,584, l'espacement des modes longitudinaux n'est que deAX ■ 0,154 A, espacement qui est difficile à analyser avec un spectromètre à réseau. Afin d'accroître l'espacement entre modes jusqu'à une valeur mesurable, 20 on a pompé une tige plus mince de 1,397 millimètres de diamètre et ayant un espacement théorique entre modes d'oscillation de O AX » 0,551 A. Le spectre de sortie de cette tige est celui qui se trouve illustré à la figure 18. Les modes individuels sont + ° clairement séparés. Leur espacement mesuré est de 0,555 -0,005 A 25 et il est en conformité avec la valeur théorique escomptée. Dans les tiges minces, la structure en mode axial n'est pas aussi propre que celle de la tige de 5 mm de diamètre. On croit que c'est là la raison de l'existence de la série secondaire de lignes observée sur la figure 18. Pour prouver que les 30 modes d'oscillation longitudinaux du résonateur en anneau ont été observés et non le spectre dû à une structure quelconque de la molécule de rhodamine 6G, une autre tige mince de 1,054 millimètre de diamètre a été pompée. Cette tige avait été dopée moins fortement et le faisceau de sortie présentait une crête O 35 à 6050 A. Son espacement théorique entre modes d'oscillation o + était de à\* 0,696 A et son espacement mesuré était de 0,71 -0,02 A. Comme dans d'autres matières hôtes , la rhodamine 6G présentait une décoloration irréversible résultant des 40 radiations de pompage. Cet effet limitait le fonctionnement du 72 11802 21 2132426 laser à environ 10^ - 10^ projectiles pour un spot donné sur la tige du laser. L'action du laser démarrait de nouveau lorsque le faisceau de pompage se trouvait déplacé vers un nouveau spot sur la tige. 5 La forme de réalisation représentée à la figure 19 est une version modifiée de la forme de réalisation de la figure 16 en sorte de produire une oscillation sélective en fréquence autour de l'axe d'une tige 33 et un faisceau de lumière cohérente correspondant de fréquence sélectionnée destiné à un dis-10 positif d'utilisation 32. Un faisceau de sortie à bande étroite ou à fréquence unique est souhaitable dans de nombreuses applications, par exemple celles où le dispositif d'utilisation est un modulateur dans un système de communication optique. La tige 33 est constituée d'une matière diélectri-15 que transparente du type décrit pour la forme de réalisation de la figure 16, et la pellicule 31, qui revêt la surface latérale de la tige, peut être constituée d'un polymère dopé avec une matière colorante ou une autre pellicule diélectrique du type décrit plus haut pour la forme de réalisation de la figure 16. 20 La source de pompage est, comme dans la forme de réalisation de la figure 16, sélectionnée pour avoir une fréquence qui permet qu'une partie au moins de l'énergie de pompage soit absorbée par le milieu actif dans la pellicule 31. La forme de réalisation représentée à la figure 19 25 présente cependant deux différences principales avec la forme de réalisation de la figure 16. Primo, le couplage de sortie est réalisé par exemple au moyen d'un réseau 34 formé sur la surface de la pellicule 31 dans une direction transversale au trajet des oscillations autour de l'axe du cylindre 33. Un pris-30 me de couplage de sortie devient ainsi inutile. Secundo, un prisme sélectif en fréquence 35 est prévu dans le trajet fermé d'oscillation et il peut être reproduit en un certain nombre d'autres positions axiales pour d'autres trajets d'oscillation possiblesdans la pellicule 31, comme on le voit sur le dessin. 35 Chaque prisme 35 comprend les éléments triangulaires 36, 37 et 38. Ces éléments triangulaires sont par exemple des régions ayant des épaisseurs différent es, à la fois de ^lle de la région environnante de la pellicule 31 et de celle des éléments de prisme a voisinant s. Les épaisseurs différentes procurent des constantes de 72 11802 22 2132426 propagation de phase différentes dans les trois éléments de prisme qui sont avantageux pour obtenir un degré élevé de sélectivité en fréquence. L'effet combiné des trois prismes 36, 37 et 38 est qu'il réalise un trajet de rétro-action fermé pour une lon-5 gueur d'onde sélectionnée de lumière seulement. La lumière de longueurs d'ondes différentes est déviée par les prismes suivant des trajets en spirale sur la tige 33 afin d'empêcher la rétro-action pour ces longueurs d'ondes indésirables. Lorsque le milieu actif dans la forme de réalisait) tion de la figure 19 est une matière colorante de rhodamine 6G dans une pellicule de polyuréthane 31» la large bande d'oscillation qui peut être obtenue lorsque la source 13 fournit une énergie de pompage au-dessus du seuil, rend une telle sélection de fréquence souhaitable» Même dans le cas de milieux actifs avec 15 des largeurs de bande d'oscillation inférieure à celle des matières colorantes, une telle sélection de fréquence est toujours avantageuse. Par exemple, le milieu actif pourrait être constitué d ' j.ons de neodymium trivalents répartis dans une pellicule de verre 31 ayant un indice de réfraction plus élevé que celui 20 d'une tige de verre centrale 33. L'épaisseur de la pellicule 31 est choisie égale à environ un demi-micron, selon la différence des indices de réfraction, afin d'assurer un bon contrôle du mode d'oscillation transversal du laser de neodymium, et le prisme 35 assure une sélectivité suffisante pour les oscillations 25 de mode axial au voisinage de 1,06 micromètre. Une telle sélectivité des oscillations du laser de neodymium au voisinage de 1,06 micromètre n'a pu être obtenue jusqu'à présent dans un dispositif simple et fiable quelconque. Il est clair que dans les formes de réalisation 30 des figures 16 et 19, si on prend une tranche transversale mince de la structure cylindrique, on obtient toujours une structure de laser en anneau fondamentalement similaire. Une telle modification montre que l'invention est compatible avec des dispositifs optiques à pellicule mince. Un laser en anneau à pellicu-35 le mince convenant pour fournir de la lumière à d'autres dispositifs optiques à pellicule mince est illustré à la figure 20. Sur cette figure, la tige cylindrique des formes de réalisation précédentes est remplacée par un substrat 42 sur une surface principale de laquelle est déposé le milieu 40 actif en pellicule mince 41 en une forme en anneau autour d'une 72 11802 23 2132426 région inoccupée du substrat. La dimension la plus mince de la pellicule est orthogonale au rayon de courbure. Le couplage de sortie est réalisé au moyen d'une autre région en pellicule mince 43 qui se trouve déposée sur le substrat 42 avec un intersti-5 ce de l'ordre de grandeur d'une longueur d'onde d'oscillation. La lumière de pompage est appliquée à l'anneau 41 par un prisme 44 et tua trajet de guidage 45, qui peut ou non comprendre le milieu actif à pellicule minces, qui se trouve tangent au milieu actif annulaire 41 afin d'assurer la continuité du guidage de la 10 lumière de pompage. La lumière de pompage provient d'une source 46, qui peut être essentiellement similaire aux sources de pompage utilisées dans les formes de réalisation précédentes, sauf que la lumière de pompage doit être concentrée sur le prisme 44 suivant un angle convenable et avec une largeur convenable 15 pour être introduite dans la région de guidage 45 en concordance de phase. Dans la forme de réalisation de la figure 20, le dispositif d'utilisation est ordinairement constitué de dispositifs à pellicule mince 48 qui peuvent être disposés dans la ré-20 gion à pellicule mince 43. Ces dispositifs 48 peuvent comprendre des modulateurs, des guides optiques, des amplificateurs et des détecteurs. Bien que les dispositifs 48 soient représentés de façon compacte, il est bien entendu que la transmission de la lumière dans ces dispositifs peut également se produire sur une 25 distance appréciable. Dans le dispositif représenté à la figure 20, dont le fonctionnement est similaire à celui des formes de réalisation décrites précédemment, il peut être souhaitable d'obtenir l'utilisation maximale du milieu actif en produisant des oscil-30 lations en onde qui se propagent dans un seul sens autour de l'anneau au lieu d'oscillations à onde stationnaire qui sont le résultat d'oscillations qui se propagent dans les deux sens autour de l'anneau. Pour ce faire, tin des sens de propagation des oscillations est inhibé er réfléchissant une partie de ces 35 oscillations qui se trouvent appliquées à la région 43 vers l'anneau 41. L'autre sens de propagation prédomine alors au détriment du premier sens de propagation des oscillations. Dans toutes les formes de réalisation que l'on a décrit jusqu'ici, il est entendu que le trajet en forme d'an-40 neau dans lequel les oscillations se produisent ne doit pas être 72 11802 24 2132426 circulaire; il doit présenter en tous ses points vin rayon de courbure suffisamment grand en sorte que le guidage soit entretenu. Par exemple9 un trajet d'oscillations elliptique semble tout à fait réalisable. Comme corollaire, la tige 13 sur la fi-5 gure 16 ne doit pas être cylindrique; même si elle est elliptique, elle ne doit pas avoir deux foyers disposés symétriquement. Dans ce dernier cas, la tige ne doit pas avoir un axe définissable de façon unique. Ainsi, le terme "axe" tel qu'on l'entend dans le présent mémoire doit être considéré comme un axe quelcon-10 que autour duquel la surface de la tige se trouve incurvée. De plus, dans un tel cas, pour des pellicules 11 qui assurent un guidage optique suffisamment serré» une restriction suffisante en ce qui concerne la forme de la surface de la tige est que la première dérivée de sa courbure soit continue. Cette condition 15 assure une surface uniforme du type convenant pour un guidage optique. Des restrictions similaires en ce qui concerne la courbure du trajet d'oscillation peuvent être établies pour les autres formes de réalisation. La capacité que présente la pellicule mince de guidage pour guider la lumière autour d'un point de 20 courbure maximale dans un tel cas est déterminée par la petitesse de la dimension de la pellicule suivant le rayon de courbure. Divers procédés peuvent être utilisés pour produire une pellicule de guidage optique contenant des molécules ou ions actifs. Une telle pellicule qui procure d'excellents résultats 25 est le polyuréthane. Cette pellicule a été produite en mélangeant une solution de matière monomère avec un réactif chimique convenable pour catalyser le processus de polymérisation. De plus, la matière colorante est ajoutée à cette solution. La solution est appliquée sur la surface de la tige de verre par plon-30 gée, bien qu'elle puisse être réalisée également par pulvérisation ou par brossage de la tige. Celle-ci est alors maintenue en position verticale, et après évaporation du solvant, il y subsiste une mince pellicule douce. La polymérisation est réalisée en chauffant modérément (par exemple à 100°C) la tige pen-35 dant un intervalle de temps, par exemple 1 heure. La température de séchage doit être suffisamment basse pour ne pas produire de décomposition de la matière colorante sous l'effet de la chaleur. L'épaisseur de la pellicule ainsi produite dépend de la teneur en solide et de la viscosité de la solution, ainsi que 72 11802 25 2132426 de la température à laquelle elle est appliquée. Des valeurs typiques sont une concentration de 10 pour cent en volume de matière solide et une viscosité de 20 cps. Ce procédé de fabrication est possible pour un 5 grand nombre d'autres pellicules de polymères et d'autres matières colorantes, par exemple, des pellicules de polystyrène, de polyester, de polyméthyl méthacrylate et d'époxyde. Une autre matière colorante possible est la sodium-fluoresceine donnant une lumière verte, ou n'importe quel composé chimique solide 10 contenant du neodymium trivaient. La pellicule de guidage optique ne doit pas être un polymère organique. Des pellicules ayant de bonnes qualités optiques peuvent être préparées par des procédés chimiques humides, qui produisent des mélanges de bioxyde de silicium et d'oxy-15 de plombayant une consistance comparable à celle d'un gel. Par chauffage modéré (par exemple à 100°C) ces pellicules deviennent dures et vitreuses. Ici encore la matière colorante se trouve mélangée à la solution avant qu'elle ne soit appliquée sur la tige. 20 Les pellicules des guidages optiques peuvent égale ment être produites par dépôt ou pulvérisation sous vide d'une matière vitreuse ou cristalline sur la tige ou un autre substrat. Dans ces cas, on peut, par exemple, amener des ions de neodymium dans la pellicule, soit par évaporation ou pulvérisation simul-25 tanée d'un composé de neodymium convenable (par exemple Nd20^), ou par un procédé de diffusion subséquent dans lequel la pellicule achevée se trouve immergée dans une solution concentrée chaude contenant du neodymium trivalent. La figure 21 illustre un montage de couplage de 30 sortie qui peut être utilisé avec la structure de la figure 16. Pour atteindre la conversion optimale, le couplage doit varier sur la section transversale du faisceau affecté. Un tel couplage peut être réalisé par couplage à onde évanescente entre deux surfaces, dont une au moins est courbe. La courbure bicylindri-35 que est réalisée, en général, par des courbures cylindriques des deux surfaces, orientées de manière appropriée. Le couplage par l'intermédiaire d'une surface sphérique au moins peut également être utilisé en lieu et place du couplage bicylindrique avec une faible réduction du rendement seulement. La courbure 72 11802 26 2132426 cylindrique peut également être compensée par l'utilisation d'un élément à courbure cylindrique appropriée. Dans le montage illustré à la figure 21, un milieu actif à pellicule mince revêt la surface latérale d'un cylindre transparent 33, qui est pompé 5 par la source de pompage 32 dans une bande axiale étroite du milieu 34. Le faisceau de pompage est suffisamment large pour pomper n'importe quelle partie de la circonférence de la bande cylindrique du milieu actif 34, en sorte que le milieu actif excité soit présent dans n'importe quelle partie d'un trajet de 10 rétro-action positive annulaire autour de l'axe du cylindre 33. Dans ce but, on fait en sorte que le faisceau de pompage émanant de la source 32 présente une section transversale rectangulaire ou se trouve concentré au moyen de lentilles cylindriques afin de lui conférer une telle section transversale. 15 L'indice de réfraction du milieu actif 34 est choi si plus élevé que celui du cylindre 33. Par exemple, le milieu actif 34 peut être constitué d'un verre de qualité convenant à un laser, dopé avec des ions de neodymium, et déposé uniformément sur la surface latérale d'un cylindre 33 constitué de poly(méth^L 20 méthacrylate). Comme la pellicule mince 34 est un guide d'ondes pour les radiations du laser, le faisceau de sortie n'est pas aisément disponible en l'absence d'un autre composant quelconque du dispositif. Suivant l'invention, le prisme de couplage de sor-25 tie 35 est disposé à une distance du milieu 34 inférieure à celle à laquelle l'onde s'évanouit dans la région pompée et, de plus, il assure un intervalle d'épaisseur variable cylindri-quement. La courbure cylindrique du milieu 34 elle-même 30 assure un profil gaussien de la section transversale horizontale des deux faisceaux de sortie, un pour chaque sens de propagation des oscillations dans la région pompée. La courbure cylindrique de la surface 36 du prisme 35, dont l'axe est orthogonal à l'axe du cylindre 33, assure un profil gaussien des sections transver-35 sales des deux faisceaux de sortie dans des plans verticaux respectifs de leurs sections transversales. On remarquera que dans cette for aie de réalisation, le plan du milieu pompé annulaire détermine le plan d'incidence. Le prisme 35 peut être déplacé autour du cylindre 33 aussi longtemps que l'axe de la sur 72 11802 27 2132426 face courbe 36 est maintenu dans le plan ainsi défini. Il convient également de souligner en ce qui concerne la forme de réalisation de la figure 21 que son application est tout aussi avantageuse pour un oscillateur paramétrique 5 optique dans le cas où une des longueurs d'onde de sortie de l'oscillateur paramétrique est plus longue que la longueur d'onde de l'énergie pompée. En fait, ceci est un cas typique pour un oscillateur paramétrique. Il faut remarquer que pour des dispositifs du type représenté à la figure 21, la transmission ef-10 fective du coupleur pour obtenir un rendement élevé est proportionnelle à l'exponentielle exp (-ag/X), où a est une constante qui dépend des indices de réfraction des matières et de l'angle d'incidence 9 qui doit être plus grand que l'angle de réflexion intern e totale, et £ est l'épaisseur de l'interstice entre 15 les deux organes 34 et 36, et X est la longueur d'onde de la lumière. Le coupleur peut alors être utilisé effectivement pour transmettre la longueur d'onde plus grande en plus d'assurer le couplage de l'énergie de pompage. Bien que la forme de réalisation de la figure 21 20 ait montré à titre d'exemple une courbure relative bicylindrique de deux corps afin d'assurer un fonctionnement optimal d'un coupleur suivant l'invention, on notera que la courbure bicylindrique n'est point nécessaire à un fonctionnement efficace. Dans le laser représenté à la figure 21, les courbures cylindriques des 25 organes 34 et 35 ne sont pas égales car le milieu actif 34 à l'extérieur de la région pompée exerce un effet qui tend à imposer un profil gaussien des faisceaux de sortie dans les plans verticaux de leurs sections transversales. C'est pourquoi, le prisme 35 peut avoir un rayon de 30 courbure de sa surface 36 plus grand que ce qui est nécessaire, et la courbure nécessaire de sa pellicule autour d'un axe normal au premier axe est seulement celle qui est nécessaire pour compenser cette courbure et pour adapter les profils du faisceau couplé suivant deux coordonnées. 35 II est clair que la forme de réalisation représen tée à la figure 21 permet la conformation de fais-ceauxmême lorsque aucun milieu actif ou milieu optique non linéaire n'ést présent dans le dispositif. Pour ce faire, les courbures des organes de couplage ne doivent être ni cylindriques, 40 ni sphériques, et elles peuvent être choisies pour assurer la 72 11802 28 2132426 variation latérale effective de transmission, suivant les principes exposés plus haut, qui procure la forme de faisceau de sortie voulue. 72 11802 29 2132426 REVENDICATIONS 1. Laser dans lequel des radiations optiques cohéren tes sont produites dans un milieu actif lorsqu'il est alimenté par une énergie de pompage engendrée par une source, caractérisé en ce qu'il comprend, supporté sur un corps, un moyen de gui-5 dage ayant au moins une dimension de l'ordre d'une longueur d'onde pour guider des radiations cohérentes et établir au moins un trajet de rétro-action positive en forme d'anneau afin de stimuler l'émission des radiations cohérentes. 2i Laser selon la revendication 1, caractérisé en ce 10 que le moyen de guidage comprend le milieu actif et en ce que le corps a un indice de réfraction qui est inférieur à celui du moyen de guidage. 3. Laser selon la revendication 2, caractérisé en ce que la dimension du moyen de guidage, qui est de l'ordre d'une 15 longueur d'onde,est transversale au trajet de rétro-action. 4. Laser selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de couplage pour coupler une partie des oscillations provenant du moyen de guidage à travers une surface principale de celui-ci, comprenant un 20 organe ayant un indice de réfraction plus grand que celui du moyen de guidage et qui est séparé du moyen de guidage d'une distance de l'ordre de la longueur d'onde. 5. Laser selon la revendication 4, caractérisé en ce que le corps comprend une tige diélectrique et en ce que le moyen 25 de guidage s'étend autour de la surface latérale de la tige afin de former un trajet de rétro-action en forme d'anneau autour de l'axe de la tige. 6. Laser selon la revendication 5, caractérisé en ce que la dimension transversale du moyen de guidage, qui est de 30 l'ordre de la longueur d'onde des oscillations,est normale à la surface de la tige. 7. Laser selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de couplage pour coupler une partie des oscillations provenant du moyen de guida- 35 ge à travers une surface principale de celui-ci, ce moyen comprenant un réseau de diffraction disposé sur ladite surface principale. 8. Laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de guidage comprend dans le trajet de rétro-ac- 72 11802 30 2132426 tion en forme d'anneau,au moins une région dans laquelle la dimension transversale,qui est de l'ordre de la longueur d'onde des oscillations, est modifiée j.e long du trajet de rétro-action afin de sélectionner une valeur de longueur d'onde d'oscillation. 5 9» Laser selon la revendication 8, caractérisé en ce que la région du moyen de guidage présente deux contours qui s'intersectent et ont une valeur constante de ladite dimension, au moins un des contours étant oblique par rapport au trajet de rétro-action, en manière telle que ladite région produise un effet 10 similaire à celui d'un prisme pour les oscillations. 10. Laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps comprend une tige à surface lisse en matière diélectrique transparente, en ce que le moyen de guidage comprend un mélange d'un milieu diélectrique et d'un milieu actif, et un 15 moyen de couplage pour extraire l'énergie optique dudit mélange. 11. Laser selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen de couplage comprend un moyen pour réfléchir les oscillations sur elles-mêmes dans le moyen de guidage afin de produire dans celui-ci des oscillations à ondes qui se propagent 20 dans une seule direction. 12. Laser selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'organe est déposé sur le corps à l'extérieur du trajet de rétro-action en forme d'anneau. 13. Laser selon la revendication 3, caractérisé en ce 25 que le moyen de guidage a sa dimension transversals suivant le rayon de courbure du trajet de rétro-action. 14. Laser selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen de guidage a line dimension transversale normale au rayon de courbure du trajet de rétro-action. 30 15. Laser selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins le moyen de guidage ou le corps comprend le milieu actif. 16. Laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de guidage comprend un corps en matière transparen-35 te ayant deux surfaces principales avec entre elles une distance de l'ordre d'une longueur d'onde des radiations, ledit corps présentant une région pratiquement annulaire qui a une constante de propagation de phase accrue, et un moyen de couplage pour extraire les radiations du moyen de guidage. 72 11802 31 2132426 17. Laser selon la revendication 16, caractérisé en ce que les valeurs de la constante de propagation de phase dans la région du corps qui est entourée par la région annulaire sont supérieures à une valeur caractéristique de la constante de pro- 5 pagation de phase à l'extérieur de la région annulaire. 18. Laser selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de couplage pour extraire une partie des oscillations du moyen de guidage par une surface principale de celui-ci, comprenant au moins un organe séparé du moyen de gui- 10 dage d'une distance au plus égale à celle-où le champ s'évanouit, cet organe ayant une surface qui forme avec le moyen de guidage im interstice d'épaisseur variable. 19. Laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface du corps est plane. 15 20. Laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface du corps a une courbure cylindrique suivant au moins une des coordonnées. 21. Laser selon la revendication 18, caractérisé en ce que le moyen de guidage ou le corps a une surface courbe 20 pour former une configuration de faisceau sélectionnée.