Brevet FR2137165A1 — publié le 19721229

l'invention décrit un laser de longueur d'onde réglable utilisant l'émission stimulée dans un milieu liquide ou une matière amorphe « Dans les lasers à pigments, également appelés lasers liquides, 5 l'émission stimulée peut être produite dans -un intervalle spectral étendu ; un réseau d'inclinaison réglable, introduit dans la cavité résonnante, permet généralement de sélectionner la longueur d'onde désirée. Il est par ailleurs connu d'introduire dans la cavité réson-10 nante d'un dispositif laser une lame mince d'un cristal nématique, sur laquelle sont disposées des "électrodes transparentes, afin de sélectionner au sein de la cavité, par 1'intermédiaire de tensions appliquées sur la lame, -une ou plusieurs zones d'oscillations, le cristal jouant dans ce cas un simple rôle d'obturateur. 15 L'invention propose d'utiliser l'effet électro-optique exis tant dans les cristaux liquides nématiques pour sélectionner la longueur d'onde d'émission dans les lasers à pigments. La mise en oeuvre de l'effet électro-optique permet d'obtenir, par rapport au système à réseau, un dispositif plus compact et une exploration de 20 l'intervalle spectral beaucoup plus rapide. Comparés aux autres matériaux généralement utilisés pour obtenir tm effet électro-optique, les cristaux liquides nématiques présentent l'avantage d'être beaucoup moins onéreux et de/nécessiter que des tensions de commande faibles, qui peuvent alors être obtenues directement à partir de 25 transistors.. L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ci-après et de la figure annexée qui représente un dispositif selon l'invention. Suivant l'exemple représenté, une source de lumière 1 fournit 50 un faisceau 2 de lumière excitatrice qui déclenche l'émission stimulée dans tm milieu amplificateur 3 contenu dans une cuve parallélé-pipèdique 30, à parois transparentes ; le faisceau 2 est perpendiculaire à deux des faces de la cuve. Parallèlement à deux autres faces sont disposés deux miroirs, l'un, 40, totalement réfléchissant, 35 l'autre 41 semi-transparent, qui forment.une cavité optique résonnante à coefficient de surtension élevé. Une cuve 50, également parallélépipëdique, transparente et très étroite suivant l'axe de la cavité optique, est accolée à la cuve 30 et utilise me de ses faces comme paroi ; elle -contient la 71 17557 2 2137165 lame de cristal liquide nématique 5. Les parois internes de la cuve 50 sont recouvertes d'une couche- transparente conductrice, formant deux électrodes 60 et 61 enserrant la lame de cristal liquide et soumises à une différence de potentiel réglable V. A l'in-5 térieur de la cavité résonnante, et de part et d'autre des cuves, sont disposés, dans des plans parallèles à ceux des miroirs, deux polariseurs 70 et 71• En agissant sur la différence de potentiel V appliquée sur les deux électrodes 60 et 61, on commande la longueur d'onde du fais-10 ceau de lumière parallèle 8 sortant du miroir semi-transparent 41• Il est en effet connu que les cristaux nématiques, qui sont normalement biréfringents, présentent en outre, sous l'action d'un champ électrique, une biréfringence induite très importante. Cet effet se produit pour des tensions appliquées V faibles, inférieures 15 à la tension seuil VD pour laquelle se produit l'effet de diffusion dynamique ; il est en outre fortement dépendant de la longueur d'onde. On considérera alors, à titre d'exemple, la configuration où les polariseurs sont croisés et à 45° des lignes neutres de la lame 20 de cristal nématique. Pour une longueur d'onde donnée, comprise dans l'intervalle spectral où peut se produire l'émission stimulée du milieu amplificateur, il y aura toujours une tension de polarisation V telle que la lame se présente comme une lame demi-onde. Pour cette longueur d'onde, le plan de polarisation, fixé par le 25 premier polariseur, tournera d'un angle droit en traversant la lame et l'onde sera transmise sans atténuation par le second polariseur; le coefficient de surtension de la cavité n'est donc pas modifié. Plus on s'écartera de cette longueur d'onde, pour une même tension appliquée, plus la vibration transmise par la lame sera elliptique, 30 plus elle sera atténuée par le deuxième polariseur, et plus le coefficient de surtension de la cavité sera abaissé. On dispose ainsi d'un moyen permettant de contrôler, par une simple tension électrique, le coefficient de surtension de la cavité, et par conséquent la longueur d'onde de l'émission stimulée. 35 Le système décrit peut fonctionner avec une grande variété de milieux amplificateurs. Un exemple possible est l'umbelliférone en solution dans un liquide ou dans un support en matière amorphe ; l'intervalle spectral dans lequel il est alors possible de produire O l'émission stimulée est d'environ 2000 A . Une source excitatrice 40 excellente pour un tel milieu est constituée par un laser puisé à 71 17557 3 2137165 l'azote, dont l'émission est situés dans l'ultra-violet. la lame de cristal nématique contrôlant la longueur d'onde de l'émission stimulée peut être fort mince, de l'ordre d'une djaaine de microns; elle est alors parfaitement transparente. Il est pos-5 sible d'utiliser des couches d'oxyde d'étain comme électrodes transparentes. la tension de polarisation appliquée sur les électrodes variera entre 0 et 5 volts ; la biréfringence induite s'établit alors en quelques millisecondes. Une variante possible, dans le cas où. 10 l'on désire que la biréfringence induite s'établisse plus rapide^-ment, consiste à polariser la lame par des impulsions de durée inférieure à 50 ns, synchronisées avec les impulsions commandant le laser excitateur, la tension crête variant aux environs de 50 V; bien que cette tension soit très au-dessus du seuil au-delà duquel 15 se produit l'effet de diffusion dynamique, celui-ci n'a pas le temps de s'établir, du fait de la "brièveté de l'impulsion» Ces tensions demeureront faibles si on les compare à celles nécessitées par les autres dispositifs électro-optiques actuellement connus. la disposition géométrique de l'ensemble de la cavité résonnante 20 est remarquablement simple et compacte. Un des notables avantages de la configuration décrite par l'invention est que la surface émet-trice du milieu amplificateur peut être relativement étendue. Cette propriété peut être mise à profit pour disposer, sur une des faces de la lame de cristal nématique plusieurs électrodes différentes, 25 commandées par des tensions indépendantes, l'électrode • commune, située sur l'autre face, étant portée à un potentiel de référence. On remplacera ainsi le faisceau monochromatique 8 par autant de faisceaux parallèles juxtaposés qu'on a disposé d'électrodés indépendantes, la longueur d'onde de chaque faisceau pouvant alors être 30 réglée séparément» 71 17557 A 2137165 REVENDICATIONS 1. Source optique à émission stimulée de longueur d'onde réglable comportant un générateur de lumière excitatrice, un milieu amplificateur, deux miroirs disposés de part et d'autre de ce milieu et formant une cavité optique à coefficient de surtension 5 élevé , caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une lame de cristal liquide nématique, disposée parallèlement aux miroirs entre deux polariseurs et munie sur chacune de ses faces d'au moins une électrode transparente, lesdites électrodes permettant d'appliquer une tension en au moins une région déterminée de la lame, 10 2„ Source suivant la revendication 1, caractérisée en ce que ladite tension a une valeur inférieure à la tension seuil au-dessus de laquelle se manifeste le phénomène de diffusion dynamique. 3. Source suivant la revendication 1, caractérisée en ce que ladite tension est appliquée aux électrodes transparentes aous 15 forme d'impulsions synchrones des impulsions de lumière excitatrice, la valeur crête de cette tension étant alors très supérieure à ladite tension de seuil.