Brevet FR2317789A1 — publié le 19770204

La présente invention concerne un laser à colorants utilisant une nouvelle matière laser efficace pour la plage spectrale de 660 à 685 nanomètres. Des lasers à colorants émettant par impulsion d'une durée de l'ordre de la nanoseconde permettent à l'heure actuelle en principe, moyennant une forte puissance de pompage, d'accéder sans lacune à la plage spectrale de 330 à 1 180 nm. Pour cela on utilise en tant que matières laser des solutions de colorants organiques doués d'une bonne fluorescence. La plage laser obtenue est chaque fois déterminée par l'inter vallwe de fluorescence des colorants. Comme source de lumière de pompage pour les lasers à colorants émettant par impulsions d'une durée de l'ordre de la nanoseconde on utilise principalement des lasers à impulsions présentant une longueur d'onde fixe. Ces lasers provoquent un peuplement satisfaisant au niveau de sortie du laser et cela soit directement ou par l'intermédiaire d'états d'excitation plus élevés soit, lorsqu'il s'agit de mélanges de colorants, par voie de transmission d'énergie. Entre le processus de pompage et le processus laser peuvent agir différents mécanismes de déperdition qui déterminent la qualité de la matière laser utilisée. Un indice de la qualité d'une matière active de laser à colorants est fourni par le degré de transformation rayonnement de pompage/rayonnement laser ou par la puissance de pompage nécessaire pour atteindre le seuil laser,ces grandeurs étant chaque fois rapportees à des conditions de résonateur bien déterminées. Dans l'ensemble du spectre d'accordabilité des lasers à colorants se trouvent un certain nombre de plages spectrales pour lesquelles on ne connaît pas encore de matières laser d'une qualité satisfaisante. Une telle plage se situe à 680 1 30 nm. Actuellement on utilise pour cette plage principalement le mélange de colorants violet de crésyle et iodure de diéthylthiadicarbocyanine (DUC) ainsi que le diméthylaminonitrostilbène. Le maximum de fluorescence du violet de crésorle se situe a 630 manomètres et celui du 3?DUC à 730 nn.Etant donné que la section efficace pour l'émission stinulée pour une longueur d'onde donnée est proportionnelle à la valeur du spectre de fluorescence, rapporté suivant les normes au rendement quantitatif, pour cette longueur d'onde, il n'est pas possible d'obtenir dans la plage voisine de 680 nmun taux de transformation optimal rayonnement de pompage, rayonnement laser, c'est-à-dire une faible valeur de seuil pour le mélange de colorants. Par conséquent, à faible puissance de pompage, il peut se produire une lacune dans la plage d'accord du laser à colorants aux environs de 680 nm.D'autres inconvénients découlent, d'une part, des concentrations très élevées auxquelles ces mélanges de colorants doivent être utilisés (parfois on utilise des solutions saturées), lesquels mélanges réduisent par réabsorption et extinction de fluorescence l'efficacité du laser à colorants, et, d'autre part, de la consommation de colorants anormalement élevée, en particulier en cas d'utilisation de systèmes de circulation. La présente invention crée un laser à colorants plus efficace pour la plage spectrale voisine de 680 nm. L'invention a pour objet de proposer, en vue de l'optimisation d'un laser à colorants, une matière laser qui pour une longueur d'onde appropriée à des fins de pompage, par exemple dans l'ultraviolet proche à 337 nm, présente une absorption suffisante et devient fluorescente avec un bon rendement quantitatif dans la plage spectrale voisine de 680 nm, tout en présentant de faibles pertes seulement lors de l'émission stimulée et une stabilité photochimique suffisante. Il s'est avéré qu'un mélange de pigments extrait de plantes vertes et contenant comme composants principaux du chlorophylle a, du chlorophylle b, et des caroténoides constitue une matière de laser à colorants efficace pour la plage spectrale voisine de 680 nm. Dissous dans différents solvants organiques, comme par exemple du méthanol, du dioxane, du benzène ou 1'é- thanol, ce mélange de pigments présente dans un résonateur à largeur de bande usuelle, en cas de pompage avec le rayonnement d'un laser à impulsions d'une durée de l'ordre de la nanoseconde dans l'ultraviolet proche (laser à N2 gazeux émettant par impulsions ou laser à rubis du type appelé SHG Q-switch), une activité laser dans l'ensemble d'une plage d'environ 25 nm. Dans un résonateur dispersif à bande étroite ce rayonnement de laser à colorants peut être de manière connue rétréci spectralement et accordé. Le seuil se trouve en moyenne à un niveau quatre fois supérieur à celui obtenu dans des conditions comparables pour la Rhodamine 6C connue en tant que milieu de laser à colorants. Cette nouvelle matière active de laser permet à des lasers à colorants d'exercer une activité laser sans lacune spectrale dans la plage de 660 à 680 nanomètres et cela même pour une puissance de pompage comparativement faible. Cette matière est très économique puisqu'elle peut être obtenue par simple extraction de plantes vertes et ne nécessite pas d'autres opérations d'épuration ou de séparation de composants. L'invention est expliquée plus en détail ci-dessous à l'aide d'un exemple de réalisation. Pour l'extraction de la matière laser suivant l'invention on choisit des plantes de germe de blé (feuilles primaires) mises en culture pendant huit jours sous une lumière permanente de 2 000 lux et à témpérature ambiante. L'extraction se fait avec de l'acétone à 100 %. Par transfert dans de l'éther de pétri et condensation subséquente, le mélange de pigments ainsi obtenu (rapport chlorophylle a : chlorophylle b voisin de 2,8 en fonction dé la substance et des conditions de culture) peut être facilement incorporé dans différents solvants. Les indications données ci-dessous se rapportent au solvant dioxane. La transmission du mélange de pigments à base de chlorophylle utilisé en tant que matière laser est de 1 % à 337 nm et pour une épaisseur de couche de 1 mm, cequiQrrespond approximativement à une concentration molaire de 5.10-5 moles/litre. Le laser à chlorophylle suivant l'invention est excité transversalement avec un laser à N2 émettant par impulsions 337 n'a nm ; puissance d'environ 500 kW, demi-largeur d'onde 2,5 ns, fréquence de répétition de 5 Hz). Le rayonnement excitateur est focalisé au moyen d'une lentille cylindrique en quartz (f 3 100 mm) sur la matière active qui se trouve dans une cuvette de spectrophotomètre en quartz, polie de tous les cavés, avec une épaisseur de couche de 1 cm. Le résonateur du laser à colorants est constitué par un miroir diélectrique (R = 100 %) et par la paroi (R U 8 O/o) de la cuvette à paroi plane et parallèle. Dans ces conditions la plage laser du mélange de pigments dans le dioxane s'étend de 663 à 674 nm. Si le miroir réflecteur à 100 % est remplacé par un réseau de réflexion (2 500 L/mm, R qK 80 %) en position d'autocollima tion il est possible d'obtenir dans une plage de 10 n'a un ac cord à bande étroite avec A f 0,7 nm. Pour une fréquence de répétition du laser à N2 gazeux émettant par impulsions d'une durée inférieure ou égale à 5 Hz on peut opérer sans soumettre la matière active du laser à colorants à une nouvelle excitation. Un essai de stabilite de longue durée s'étendant sur 105 impulsions n1 accuse pas de variations perceptibles. REVENDICA2IONS 1- Laser à colorants, caractérisé en ce qu'il utilise en tant que matière à activité laser un mélange de pigments naturels à base de chlorophylle obtenu par simple extraction à partir de plantes vertes et dissous dans un solvant. 2- Laser à colorants suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est utilisé en tant que solvant pour le colorant à base de chlorophylle du méthanol, du dioxane, du benzène ou de l'éthanol. 3- Laser à colorants suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qutil est utilisé en tant que source de lumière de pompage le rayonnement d'un laser émettant des impulsions d'une durée de l'ordre de la nanoseconde dans l'ultraviolet proche. 4- Laser à colorants suivant l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu'il est prévu un résonateur dispersif pour le rétrécissement spectral et l'établissement de l'accord.