Brevet FR2134375A1 — publié le 19721208

- 1 - 2134375 L'invention concerne un dispositif d'excitation optique d'une tige laser passant par un foyer d'un miroir ou d'un élément de miroir elliptique par l'autre foyer duquel passe une lampe-éclair parallèle a la tige» la lampe et la tige étant entourées de tubes dans 5 lesquels circule un liquide do refroidissement. Un miroir cylindrique de section elliptique d'un dispositif connu de ce type renferme une cavité que des miroirs elliptiques plans délimitent axialement et dans laquelle la lampe et la tige sont situées sur les lignes de foyer du cylindre de section elliptique. 10 Ch sait que la lampe et la tige de diamètre fini portent des ombres dans les faisceaux lumineux réfléchis par le miro-ir et en conséquence que la tige est illuminée irrégulièrement, donc qu'elle se déforme et finalement que les modes d'oscillation du résonateur laser dans lequel la tige est disposée sont irréguliers. D. Ross décrit explicitement 15 ce processus dans les pages 445 et suivantes d'un ouvrage intitulé "Laser" et publié en 1966 à Francfort sur le Main par la Société d'édition Akademische Verlagsgesellschaft. Selon une particularité essentielle du dispositif de l'invention, qui est destiné à éliminer ces irrégularités expliquées 20 plus en détail par la suite, le tube de refroidissement qui enveloppe la tige laser disperse la lumière. Le remplacement du tube lisse et transparent de refroidissement des dispositifs de l'art antérieur par un tube dispersif améliore très fortement, de manière surprenante, la régularité des 25 modes laser. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels : la figure 1 est une coupe transversale schématique d'un dispositif d'excitation selon la ligne I - I de la figure 2 ; 30 la figure 2 est une coupe correspondante selon la ligae II - II de la figure 1 ; la figure 3 représente les courbes d'intensité constante de 3.1 excitation optique dans une section d'une tige laser placée dans un tube classique de refroidissement. 35 la figure 4 représente les courbes correspondantes d'une tige enveloppée dans un tube de refroidissement opacifié ; la figure 5 représente la courbe d'intensité le long de l'axe X de la figure 3 \ et la figure 6 représents la courbo d'intensité le long 40 de l'axe X de la figure 4. 72 12611 - 2 - 2134375 Le dispositif d'excitation des figures 1 et 2 comprend une enveloppe 1 renfermant une cavité 2 en forme d'ellipsoïde de révolution et dont la paroi est métallisée de manière à former un miroir creux 3 de forme correspondante. L'enveloppe i est formée de manière 5 connue de deux demi-coupelles i' ot i". Les foyers de l'ellipse portent les références et et -*-es demi-axes portent les références a et b, le grand axe 2a de l'ellipse constituant l'axe r - r de révolution. Une lampe-éclair cylindrique 4 et un tube laser 5 parallèle à cette dernière, par exemple en grenat d'yttrium et d'alu-10 minium (YAG), disposés dans la cavité 2 et passant par les foyers F, et Fg sont perpendiculaires à l'axe r - r de révolution. Deux supports 6 fixent les extrémités de la lampe-éclair 4 dans l'enveloppe 1 et comportent des canaux qui relient un tube 7 entourant la lampe 4 à une source d'eau de refroidissement et à une évacuation. Les supports 15 6 renferment également les conducteurs électriques d'arrivée aux électrodes 8 de la lampe 4, la distance entre électrodes correspondant approximativement à la longueur de la tige laser 5« Cette dernière est également fixée dans l'enveloppe 1 par deux supports 9 et entourée d'un tube 10 que des canaux correspondants des supports 9 relient à la source 20 d'eau de refroidissement et à une évacuation. Le tube 10 de refroidissement, contrairement à ceux des dispositifs connus d'excitation de la tige laser, n'est pas un tube lisse et transparent traversé par les rayons lumineux qui sont déviés en fonction de l'indice de réfraction et proviennent directe-25 ment de la lampe-éclair 4 ou après réflexion sur le miroir 3 et qui tombent sur la tige 5, mais il s'agit d'un tube qui provoque une forte dispersion due de préférence à la forte rugosité de sa surface extérieure 11 (voir figure 4). La dispersion peut aussi provenir en principe , ou être amplifiée par la rugosité de la surface intérieure 12,ou par 30 le type du verre■lui-même (verre mat ou dépoli). L'effet surprenant de cette mesure très simple sera expliqué en regard des figures 3 à 6. La figure 3 représente les courbes de même intensité de la lumière fluorescente d'excitation à l'intérieur de la tige 5, sur une section de cette dernière, lorsque le tube 35 10' est du type utilisé dans l'art antérieur, c'est-à-dire uni et transparent. La détection des lignes d'intensité constante a été effectuée par reproduction successive point par point de la section de la tige sur une photo-diode branchée sur un oscillographe et au moyen d'une lentille et d'un diaphragme précédés d'un filtre pour lumière fluores-40 cente, la surface de la tige ayant été recouverte de manière qu'elle 72 12611 "3" 2134375 ne laisse pas passer le rs-yoïmesient, à -L'exception d'une zone annulaire étroite sur le bord de la section. "On remarque d'après la xngurs 3 ie la forme des lignes d'intensité constante diffère fortement de celles d'un cercle. L'intensité relative est portée le long de l'axe f- 5 de la figure 5, 1 - -- i correspondant à la valeur maximale. Une croix Ï*QJ- u portée sur la figure 3 indique que la larspe-éclair 4 se trouve à gauche de la tige 5» nais naturellement à line distance beaucoup plus grande qui correspond à celle des figures i et 2. De même le diamètre du tube 10' représenté sur la figure 3 est considérablement réduit par 10 rapport à celui de la tige 5* On remarque que l'intensité relative croît d'abord très rapidement du côté de la lampe-éclair 4 sur une partie de courbe m partant du bord de la section, puis croît plus lentement sur une seconde partie n de la courbe jusqu'à un maximum p situé au-delà du centre de la section, et ensuite elle décroît sur une partie de 15 courbe légèrement convexe q jusqu'au bord opposé sur lequel elle revient approximativement à la valeur initiale. Cet éclairement, dont la courbe est en principe la même dans chaque section, de la tige 5» a pour conséquence l'irrégularité de l'échauffement de cette dernière et en dernier ressort sa déformation. H en résuite également que l'échauffement 20 de la tige en service provoque non seulement un certain bombement de ses surfaces en bout (effet de lentille de la tige), mais provoque accessoirement une certaine obliquité de ces surfaces en bout par rapport à l'axe de la tige. Cette conséquence est nuisible pour la régularité de l'oscillation propre à l'intérieur du résonateur laser dans 25 lequel la tige 5 est disposée de manière connue, car cette obliquité varie pendant les différentes impulsions de la lampe-éclair et pendant les intervalles séparant ces impulsions successives. La figure 4, qui correspond à la figure 3, mais qui se rapporte à un tube de refroidissement 10 qui disperse forcement la 30 lumière,montre que les lignes d'intensité constant© sont pratiquement circulaires et la figure 6 montre que la ecarba de l'intensité relative le long de l'axe" X comprend deux parties pratiquement symétriques r et s sur les bords opposés de la tige. Bonc, 1* asymétrie mentionnée plus haut de la déformation de la tige laser et ses conséquences 35 en sont évitées. Le miroir 3 forme d'ellipsoïde de révolution peut être remplacé en variante par deux miroirs plans opposés elliptiques y et un miroir cylindrique 3" de section elliptique correspondant à celle des miroirs plans 3% la'cavité ayant " aiiisi la foas d'un eylin~ MO àre de -section elliotisue "telle au'indiquée en traits sixtes sur la 72 12611 - u - 2134375 figure 2. Dans ce cas, la,.'laiape 4 et la tige 5 sont perpendiculaires aux miroirs plans 3' ot sont en principe supportés et refroidis de la même manière. Ce genre de dispositif d'excitation est connu, mais, comme mentionné plus haut, avec un tube 10* de refroidissement qui est lisse et transparent et non pas avec un tube 10 fortement dispersif. Le premier mode de réalisation décrit, comprenant un miroir 3 en forme d'ellipsoïde de révolution et représenté en lignes pleines sur les figures 1 et 2 a l'avantage sur la variante de réalisation que la lumière de la lampe-éclair qui tombe sur la tige laser 5 varie moins dans la direction de l'axe de la tige, c'est-à-dire que les lignes d'intensité constante dans les différentes sections de la tige 5 entourée du tube dispersif 10 de refroidissement diffèrent moins les unes des autres que dans les modes de réalisation comportant les miroirs 3' et 3U. Ce résultat peut être prouvé, par exemple expérimentalement. Dans les dispositions antérieures à miroir en ellipsoïde de révolution, la lampe et la tige laser ont été disposées dans l'axe r - r de révolution et dans un circuit commun d'eau de refroidissement, mais cotte disposition n'est pas avantageuse, car elle n'est pas exempte de vibrations. H faut noter par ailleurs, que pour éliminer les vibrations, il est non seulement préférable d'utiliser un tube dispersif de refroidissement, mais il est aussi très avantageux d'utiliser les supports souples 6 de la lampe-éclair 4. Ces supports peuvent comprendre en particulier un manchon souple en treillis de fil de cuivre ou analogue. On utilise de préférence pour la tige laser 5 des supports 9 dans lesquels une bague de caoutchouc est comprimée sur l'extrémité correspondante de la tige. La tige laser 5 ne doit pas nécessairement être un corps solide unique, en particulier un cristal, mais peut aussi être formée d'un tube.rempli d'un liquide pour laser. H va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. 72 12611 2134375 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'excitation optique d'une tige laser passant par un foyer d'un miroir ou d'une partie de miroir elliptique par l'autre foyer duquel passa une laicpc-éelair parallèle à ladite tige, cette lampe et cette tige étant entourées de tubes dans lesquels circule un liquide de refroidissement, ledit dispositif étant caractérisé en ce que le tube de refroidissement qui entoure la tige laser disperse la lumière. 2. Dispositif selon la revendication î5 caractérisé en ce que le miroir a la forme d'un ellipsoïde de révolution et la lampe et la tige sont perpendiculaires à l'axe de révolution du miroir. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le miroir de refroidissement entourant la tige laser a une surface extérieure rugueuse et/ou une surface intérieure rugueuse. BAD ORIGINAL