Brevet FR2217831A1 — publié le 19740906

La présente invention concerne l'amélioration des systèmes lasers de grande puissance utilisés par exemple en télémétrie, en physique des Plasmas ou en fusion thermonucléaire sans que cette énumération soit limitative. Les systèmes laser de puissance comportent en général un ou plusieurs éléments amplificateurs dans lesquels se propage un faisceau d'intensité croissante, l'un d'eux formant l'oscillateur. Par suite des conditions aux limites (diaphragme,bord des amplificateurs) et des imperfections de ces milieux, un faisceau même parfait (onde plane ou sphérique) se déforme et présente assez rapidement des surintensités dont la dimension transversale peut être petite par rapport au diamètre du faisceau. Ces surintensités limitentconsidérablement l'énergie globale contenue dans le faisceau car elles subissent dans tous les milieux transparents donc dans les amplificateurs, un effet d'autofocalisation qui dans le cas de systèmes à solides crée des dommages irréversibles. On sait également que cet effet est d'autant plus rapide que la dimension transversal le de la surintensité est plus faible (voir par exemple G. BRET Annales de Radio Electricité nO 89.Juillet 1967) La présence de ces surintensités diminue donc considérablement la puissance limite admissible dans les milieux amplificateurs. L'invention vise a produire dans un milieu placé à l'extérieur des milieux amplificateurs et judicieusement choisi cette autofocalisation dont l'effet est d' éliminer les surintensités. Quand on ecrit les equations d'interaction des champs électromagnetiques avec un milieu optique, on considere en géneral, des ondes planes infinies, ce qui simplifie le probleme. Le faisceau laser a une section finie de Rayon R et la distribution transversale d'energie présente un maximum au centre du faisceau. Considérons alors un milieu dont l'indice de réfraction comporte un terme qui dépend du carré du champ electrique : n = nô "2 E2 si bien que l'indice de refraction est plus grand sur l'axe du faisceau que sur ses bords.Dans ces conditions, un rayon du faisceau se propageant parallèlement à l'axe à une distance r est infléchi vers l'axe du faisceau, avec un rayon de courbure donné par (voir figure 1) la dérivée seconde de l'intensité du faisceau laser étant de l'ordre de On a ainsi un ordre de grandeur de la distance 1, à laquelle ce rayon coupe l'axe On obtient une condition critique en écrivant que cette courbure des rayons sur les bords du faisceau compense l'effet de la diffraction on en déduit la puissance au seuil Ce modèle est évidemment très simplifié mais il a l'intérêt de montrer que tout mécanisme introduisant une variation de l'indice proportionnelle à l'énergie contenue dans le faisceau permet en principe, à la lumiere laser, si EL est suffisant, de s'autofocalîser dans le milieu. L'équation 2 montre bien que la longueur d'autofocalisation dépend du terme N2 et du rayon R de la surintensité. On peut donc choisir un milieu tel que le sulfure de carbone, sans que cet exemple soit limitatif, qui possede un très grand N2. La figure 1 représente la propagation d'un faisceau intense dans un tel cas. Le gros du faisceau traverse le milieu sans déformation. La surintensité est focalisée et l'énergie qu'elle contient dispersée dans un grand angle solide ou absorbée dans le milieu. La figure 2 indique un dispositif possible. Ce dispositif peut être multiplié suivant les besoins sur un même faisceau. La position relative des éléments sera choisie de façon à diminuer la réinjection de lumière focalisée dans le milieu amplificateur suivant. Une possibilité d'application concerne l'amélioration du rendement des lasers par l'utilisation de faisceau d'intensité moyenne plus élevée que celle qui est utilisée actuellement. REVENDICATIONS 1/ Systeme permettant d'éliminer les surintensités dans les faisceaux laser de grande puissance. Caractérisé par la présence dans le faisceau d'un milieu transparent, de préférence liquide ou gazeux dans lequel on produit par ajustement de la longueur et par le choix du milieu une autofôcalisation des surin tensités. 2/ Dispositif suivant la revendication 1. Caractérisé par la disposition de la figure 2; 3/ Dispositif suivant la revendication 1 placée à l'intérieur de la cavité d'un oscillateur laser et produisant les mêmes effets sur le faisceau émis.