Brevet FR2316768A1 — publié le 19770128

La présents inventIon concerne un résonateur de laser, accordable, en particulier pour lasers à colorants, qui peut entre utilisé pour des fluices laser présentant un profil de -1n large du point de vue spectral. On sait que des lasers à colorants qui, en cas d'uti- lisation de plusieurs colorants, sont capables d'émettre un rayonnement laser s'étendant de l'ultraviolet proche à l'infra- rouge procile peuvent être amenés à émettre sur une bande étroite en utilisant un réseau de diffraction et de réflexion au lieu de l'un des miroirs constitutifs du résonateur. En faisant varier l'angle d 'incidence des rayons laser sur le réseau, c'est-à-dire en tournant celui-ci, le laser à colorants peut filtre accordé à l'intérieur de la largeur spectrale du profil de gain des colorants. l'axe parallèle aux traits du réseau et autour duquel le réseau peut tourner, cet axe étant appelé ci-après axe de rotation, est en général situé dans la surface du réseau et cela au niveau de l'intersection de l'axe du résonateur et de la surface du réseau. Afin d'obtenir une émission des lasers à colorants à l'intérieur d'une bande spectrale étroite on utilise des réseaux à forte dispersion angulaire, c'est-à-dire soit des réseaux présentant une constante de réseau importante à nombre ordinal élevé ou des réseaux à constante de réseau faible, qui peut être égale ou inférieure à la longueur d'onde du rayonnement laser, dans le premier ordre. Il est également connu de placer un système télescopique à l'intérieur du résonateur et de multiplier ainsi la dispersion angulaire en fonction du rapport de grossissement du système ou d'obtenir une émission sur une bande étroite accrue par l'utilisation d'étalons. les réseaux de résonateur utilisés jusqu'à présent constituent une source notable de pertes de rayonnement dans le résonateur.Cela est au au fait que si l'efficacité des réseaux, clest-à-dire le pourcentage du rayonnement diffracté dans l'ordre spectral utilisé, présente dans le cas de réseaux de haute qualité dans le premier ordre certes un maximum de 81 à 90%, ce pourcentage diminue cependant rapidement en direction des longueurs d'onde courtes et plus lentement en direction des tondes longues et ne représente par conséquent qu'une petite partie de la plage d' accord d'un laser à colorants.En réalisant le profil des traits du réseau de mainère appropriée, on peut faire varier la position spectrale du maximum d' efficacité. Ainsi le fait de prévoir un résonateur comportant des réseaux échanges- bles à maximum d'efficacité différents permet de réduire les pertes de rayonnement dans le résonateur. Comme on le sait, le rayonnement à l'intérieur d'un résonateur de laser à colorants se trouve en général polarisé linéairement par des conditions d'excitation ou des organes à action polarisante tels que des cuvettes de Brewster.De ce fait la plage d'efficacité optimale se trouve encore rétrécie puisque l'efficacité dépend de la polarisation et que le maximum pour un rayonnement polarisé perpendiculairement aux traits du réseau se situe en général dans une plage d'ondes plus longues que le maximum pour un rayonnement polarisé parallèlement. En outre, le maximum pour un rayonnement polarisé perpendiculairement est, en particulier dans le cas de réseaux à faible constante de réseau, plus élevé et plus étendu. Une diminut-on des pertes produites par les réseaux est obtenue lorsque le réseau est en même temps utilisé en tant qu'organe de découplage pour le rayonnement laser. Sous ce rapport, il convient de citer l'utilisation additionnelle connue d'un miroir plan en tant que dispositif de Littrow, le miroir plan étant amené à tourner avec le réseau autour d'un axe défini par la ligne de coupe de la surface du réseau avec celle du miroir et ayant pour effet que le rayon découplé par rapport à l'ordre nul tombe, en dépit de la rotation du réseau nécessaire à l'établissement de l'accord, toujours dans la me me direction. Ceci a cependant pour inconvénient que le degré de découplage devient fonction de la longueur d'onde. les rertes de rayonnement résultant de la diminution de l'efficacité du réseau conduisent à une diminution corres pondante de la qualité de fonctionnement du résonateur. Ainsi la plage d'accord tant des colorants individuels que de l'ensemble de l'appareil se trouve rétrécie. Il peut devenir nécessaire d'accroître le nombre des colorants afin de couvrir une plage spectrale déterminoe. L rendement de ces lasers à colorants est faible et en cas d'excitation continue l'activit laser peut même se trouver entièrement supprimée. 'invention a pour objet d'améliorer la qualité de fonctionnement de résonateurs de lasers à colorants équipés de réseau et de la rendre plus uniforme dans une plage spectrale adaptée à la plage d'accord du laser à colorants. Il s'agit suivant la présente invention de réaliser le réseau et la disposition de celui-ci dans le résonateur du laser de manière à obtenir une efficacité uniformément importante dans la plage d'accord du laser. la solution apportée à ce problème suivant la présente invention consiste en ce qu'un réseau de diffraction et de réflexion présente des traits de reseau dont la raideur de flanc et la profondeur décroissent progressivement, dans la direction perpendiculaire à la division du réseau, à partir du début de la d vision jusqu'à la fin de celle-ci de telle sorte que le maximum d'efficacité se déplace a partir de la limite côté ondes longues de la plage d'accord du laser jusqu'à la limite côté ondes courtes et que l'axe de rotation du réseau de diffraction se trouve à l'extérieur de l'intersection de l'axe du résonateur et de la surface du réseau, permettant ainsi lors de l'établissement de l'accord du résonateur, en tournant le réseau de diffraction autour de l'axe de rotation, d'amener dans l'axe du résonateur les parties planes du réseau de diffraction dont le maximum d'efficacité correspond à la longueur d'onde d'accord du résonateur. Pour une largeur type du réseau de diffraction de 50 à 70 mm la variation des caractéristiques d'efficacité à l'intérieur de la plage de 1 à 10 mm utilisée par le faisceau laser est sans influence. Le fait que l'axe de rotation du réseau de diffraction soit situé à l'extérieur de l'intersection de l'axe du résonateur et de la surface du réseau a pour effet que, lors de l'établissement de l'accord du laser par rotation du réseau, la surface de celui-ci se déplace en même temps par rapport à l'axe au résonateur. Le réseau doit en même temps être monté de telle sorte qu'en cas de rotation en direction d'angles d'incidence plus importants des parties planes du réseau présentant le maximum d'efficacité pour des longueurs d'onde plus randes arrivent dans l'axe du résonateur. Pour que lté- volution du degré d'efficacité sur le réseau de diffraction et de réflexion drisse être adaptée de maniére optimale il convient de rendre la distance du réseau à l'axe de rotation réglable. Grâce à la disposition de l'axe de rotation il se produit lors de l'établissement de l'accord du laser, outre les effets décrits, une variation de la longueur du résonateur. Cette variation de longueur devient minimale lorsque l'axe de rotation du réseau de diffraction se trouve sur l'une des deux perpendiculaires centrales du réseau de diffraction orientées dans des sens opposes et est perpendiculaire au réseau, ce dernier devant d'abord être réglé sur la longueur d'onde moyenne de la plage d'accord du laser. En général le rayonnement laser est polarisé linéairement. Ceci est dQ par exemple aux conditions d'excitation, au mécanisme d'émission ou a des éléments constitutifs à action polarisante comme par exemple des cuvettes de brewster. En raison des meilleures caractéristiques d'efficacité pouvant être obtenues pour un rayonnement polarisé perpendiculairement aux traits du réseau il est donc avantageux que des organes a action polarisante soient disposés à l'intérieur du résonateur de telle sorte que la direction de polarisation du rayonnement soit perpendiculaire aux traits du réseau.Pour cette direction de polarisation on peut obtenir des caractéristiques d'efficacité particulIèrement avantageuses lorsque la constante du réseau est inférieure à 1,5 fois la longueur d'onde la plus courte située dans -la plage d'accord du laser. On peut avantageusement utiliser des réseaux de diffraction et de réflexion holographiques. Ta présente invention permet, en réduisant les pertes paihites par le réseau, de conférer a un résonateur à réseau, en particulier pour lasers à colorants, une haute qualité de fonctionnement dans une large plage d'accord. Cela présente un grand intéret notamment pour des lasers à colorants excités en continu. Il est ainsi possible notamment d'obtenir une plus large plage d'accord du colorant individuel et de limiter, grâce aux plages d'accord accrues, le nombre des colorants nécessaires. L'invention est expliquée plus en détail ci-dessous à l'aide d'un exemple de réalisation. Comme représenté au dessin annexé (figure unique), il est monté sur l'axe de résonateur 1, 1 le miroir de résonateur plan , la cuvette a colorants 3 servant de fluide actif à action polarisante et le réseau de diffraction et de féflexion 4 présentant les limites latérales 4' et 4". Sur la perpendiculaire centrale 5, 5 du réseau de diffraction 4, qui coupe l'axe du résonateur, est monté l'axe de rotation 6 du réseau de diffraction. La constante de réseau g est supposée correspondre r 1' équation dans laquelle 3 représente l'angle d'incidence ou d'autocollimation pour lequel le résonateur se trouve en résonance en pré- sence de la longueur d'onde X .Lorsqu'on fait tourner le roseau de l'angle -GC, alors l'angle d'incidence ou drautocol- limation devient plus grand. Conformément a l'équation de réseau la longueur d'onde de résonance se déplace en direction des ondes plus longues. En même temps, par suite de la rotation, des éléments du réseau situés en direction de la limite 4' du réseau arrivent dans l'axe du résonateur et entrent par conséquent en action. Par contre, en cas de rotation d'un aWle +QQ on obtient un établissement d'accord en direction drontes plus courtes et des éléments du réseau situés au voisinage de la limite 4" arrivent dans l'axe du résonateur. la répartition locale de l'efficacité du réseau de diffraction est donc telle que le maximum d'efficacité pour un rayonnement à ondes courtes se trouve au niveau de la limite 4" et le maximum d'efficacité pour un rayonnement à ondes plus longues se trouve au niveau de la limite 4', tandis qu'entre ces deux zones se produit une transition progressive. 'autre part, l'axe de rotation peut être situé de l'autre côté de la perpendiculaire centrale du réseau de diffraction au point 7. Dans ce cas les maximums d'efficacité pour les rayonnements à ondes courtes et à ondes longues se situent respectivement aux limites latérales opposées. En cas e raccourcissement de la distance entre la surface de réseau et l'axe de rotation on obtiendrait pour une même variation argulaire une plus faible variation d'emplace- ment de la surface du réseau. Cette variation de distance peut donc être utilisée pour obenir une adaptation optimale aux propriétés du réseau. La variation de la longueur du réscnateur lors de l'établissement de l'accord est déterminée par la distance entre les deux cercles 8 et 9 qui sons décrits à partir de l'axe de rotation 6 par les limites 4' et 4" de la surface de réseau et par l'intersection 10 de la perpendiculaire centrale du réseau et l'axe du rasonateur. Cette variation de longueur croît lorsque l'axe de rotation se trouve à l'extérieur de la perpendiculaire centrale. REVENDICATIONS 1 - résonateur de laser acco dable, en particulier pour lasers à colorants, constitué par au moins un miroir de resona- teur et un roseau de diffraction et de réflexion, caractérisé en ce que le réseau de diffraction et de réflexion comporte des traits de réseau dont la raideur de flanc et la profondeur diminuent progressivement, dans la direction perpendiculaire à la division du réseau, à partir du commencement de la division jusqu a sa fin et en ce que l'axe de rotation du réseau de diffraction se trouve à l'extérieur de l'intersection de l'axe du résonateur et de la surface du réseau. 2 - - résonateur de laser accordable suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe de rotation du réseau de diffraction se trouve sur l'une des deux perpendiculaires centrales du réseau de diffraction orientées en-sens opposés et s'étend normalement à cette perpendiculaire, réseau étant réglé initialement sur la longueur d'onde moyenne de la plage d'accord du laser. 3 - Résonateur de laser accordable suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les caractéristiques d'effIcacité du réseau de diffraction se trouvent optimalisées pour la direction de polarisation perpendiculaire aux traits du réseau et en ce que des lments situés à l'intérieur du résonateur et produisant une action polarisante sont adaptés a cette direction de polarisation. 4 - résonateur se laser accordable suivait l'une des revendications I à 3, caractérisé en ce que le réseau est un réseau de diffraction et de réflexion holographique.