Brevet FR2319222A1 — publié le 19770218

La présente invention concerne un résonateur de laser accordable permettant un couplage longitudinal du rayonnement de pompage et qui est particulièrement adapté à des lasers à colorants. Le couplage 'ongitudinal du rayonnement de pompage dans des lasers excités par voie optique, c'est-a-dIre le couplage en direction de l'axe du résonateur, est utilisé lorsqu'il s'agit d'obtenir une bonne adaptation des volumes des modes du rayonnement laser induit dans le résonateur et du rayonnement de pompage qui est le plus souvent lui-même un rayonnement laser. Dans ces conditions le rayoXnement de pompage présente des ondes plus courtes que celles du rayonnement induit.Cette différence de longueur d'onde est utilisee a des fins e cou plage du fait que l'un des miroirs du résonateur présente un pouvoir de réflexion variable en fonction de la longueur d'onde de telle sorte qu'il existe dans la plage des longueurs d'onde du rayonnement de pompage un pouvoir de réflexion reduit et le rayonnement de pompage se trouve couple dans le résonateur par ce miroir. L'antre miroir du résonateur est dans ce cas utilisé pour le couplage du rayonnement induits La différence de longueur d'onde entre e rayonnement d pompage et le ra yonnement induit est également mise a' à profit dans des résona- teurs qui en vue de l'établissement de l'accord sont équipés d'un prisme. Dans le cas de résonateurs d'une longueur suff i- sante le rayonnement de pompage est dirigé, directement a' coté de l'un des miroirs du résonateur, sur le prisme de manière à obtenir, par suite de la diffraction différente derrière le prisme, une coincidence entre le rayonnement de pompage et le rayonnement induit.Si, d'autre part, le rayon de pompage est dirigé d'une manière légèrement inclinée a coté d'un miroir de résonateur directement sur une cuvette de Brewster remplie du fluide actif, alors par suite de la diffraction au niveau des limites de la cuvette la différence de direction entre le rayon laser induit et le rayon de pompage se trouve certes réduite mais n' est pas complètement annulée. Il est également connu d'utiliser pour des lasers à pompage optique, en tant que moyen sélecteur de longueurs d'onde, des réseaux, auquel cas le réseau est généralement utilisé à la place de l'un des réflecteurs terminaux du résonateur en autocollimation par rapport au premier ordre de diffraction ou un ordre de diffraction plus élevé. Le mode de fonctionnement des moyens sélecteurs de longueurs d'onde dépend du reste du fait de savoir si dans le résonateur sont disposés des miroirs additionnels, éventuellement producteurs d'images, qui font dévier l'axe du résonateur. Dans le cas d'un résonateur constitué exclusivement par de miroirs, la réflexion pour la longueur d'onde de pompage peut certes etre maintenue très faible au niveau du miroir de couplage, mais il n'est pas possible en même temps d'obtenir un pouvoir de réflexion uniformément élevé pour une plus large plage de longueurs d'onde du rayonnement induit.Si le rayonnement de pompage est dirigé par l'intermédiaire d'un prisme incorporé dans le résonateur en tant qu'organe dispersif, alors du fait que la diffraction est variable en fonction de la longueur d'ondegle pompage ne peut s'effectuer qu'avec un rayonnement monochromatique r Pour réaliser l'accord sur le plan de la longueur d'onde on ne peut pas tourner le trisme, comme cela serait en principe nécessaire, seul le miroir situé dans l'une des branches du résonateur pouvant être tourné. Par conséquent, la plage d'accord est limitée. Be but de la présente invention consiste à permettre d'obtenir, pour des lasers excités par voie optique en direction longitudinale, une activité laser efficace sur une plus large plage d'accord. En conséquence, l'invention crée un résonateur qui permet une adaptation parfaite des volumes des modes du rayonnement de pompage et du rayonnement laser induit et qui est accordable dans une bande étroite de longueur d'onde. La solution apportée à ce problème suivant la présente invention consiste à prévoir un résonateur accordable permettant un couplage longitudinal du rayonnement de pompage et qui est constitué par au moins un miroir et un réseau de diffraction et de réflexion, le rayonnement de pompage étant, suivant l'invention, couplé dans le résonateur par l'intermédiaire du réseau de diffraction et de réflexion.Le couplage est réalisé soit par l'intermédiaire de l'ordre de diffraction nul monté en autocollimation par rapport à l'axe du résonateur et de la longueur d'onde du rayonnement induit dans le premier ordre de diffraction, soit par l'intermédiaire de ltordre de diffraction qu'occupe le rayonnement induit se trouvant en autocollimation, le couplage se réalisant cependant à partir d'une direction conforme à l'équation du réseau, de sorte que le rayonnement de pompage diffracté s'étend dans l'axe du rayonnement induit. En cas de couplage du rayonnement de pompage par l'inter médiaire de l'ordre de diffraction nul, ctest-à-dire en cas de couplage suivant la loi de réflexion, il est indispensable que le réseau pour le rayonnement de pompage ne présente dans ltintervalle angulaire concerné qu'une très faible efficacité sinon une partie importante serait diffractée en retour en direction de la source de lumière de pompage. D'autre part, il est nécessaire d'obtenir une efficacité maximale pour la plage de longueur d'onde du rayonnement induit en autocollimation. Les conditions d'efficacité requises en ce qui concerne le rayonnement de pompage et le rayonnement induit peuvent etre remplies sur le plan des réseaux si les directions de polarisation sont différentes et, en particulier, la direction de polarisation du rayonnement induit est orientée perpendiculairement aux traits du réseau et celle du rayonnement de pompage est orientée parallèlement aux traits du réseau.La variation de direction de l'or- dre de diffraction nul se produisant au moment d'accorder le laser peut être compensée en ce qui concerne la source de lumière de pompage en prévoyant un miroir plan qui de manière connue est tourné conjointement avec le réseau autour d'un axe qui coïncide avec l'intersection de la surface du réseau et de celle du mi roire Lors du couplage du rayonnement de pompage par l'intermédiaire de l'ordre de diffraction qu'occupe le rayonnement induit se trouvant en autocollimation on obtient pour le rayonnement de pompage un angle d'incidence différent de l'angle d'autocollimation du rayonnement induit et qui est suffisant pour réaliser sur le plan technique le couplage du rayonnement de pompage. Dans ce cas l'efficacité de diffraction pour le rayonnement induit et le rayonnement de pompage doit etre élevee.I1 est avantageux que les directions de polarisation des deux rayonnements soient perpendiculaires aux traits du réseau. De plus, il est avantageux que la constante de réseau soit plus petite que la plus courte longueur d'onde rencontrée dans le système. L'utilisation de faibles constantes de réseau a en outre pour conséquence une forte dispersion qui permet au laser d'émettre sur une bande étroite. En tant que réseaux de diffraction et de réflexion présentant les caractéristiques d'efficacité désirées et les faibles constantes de réseau requises peuvent être utilisés avantageusement des réseaux réalisés par voie holographique. La présente invention permet une adaptation parfaite des volumes des modes du rayonnement de pompage et du ravonne- ment laser dans le résonateur. A cet égard il n'est pas nécessaire de changer les éléments constitutifs du résonateur d'une manière qui influe défavorablement sur l'activité laser. Le fait d'utiliser les réseaux conformément à la présente invention permet en outre d'obtenir une émission du laser sur une très faible largeur de bande. Lors du couplage par l'intermédaire de l'ordre de diffraction nul, il est possible d'effectuer en même temps un pompage avec plusieurs longueurs d'onde. En outre, la plage d'accord n'est pas limitée. L'invention est explique plus en détail ci-dessous à l'aide d'un exemple de réalisation illustré au dessin annexé. La fig. 1 représente un résonateur optique permettant un couplage du rayonnement de pompage-par l'intermédiaire de l'ordre de diffraction nul. La fig. 2 représente un-résonateur optique permettant un couplage du rayonnement de pompage par 1'intermédiaire du premier ordre de diffraction. La fig. 1 représente un résonateur optique présentant l'axe 1-1 et constitué par le miroir plan 2, le réseau de diffraction et de réflexion 3 monté de manière à pouvoir tourner et la cuvette à colorants de Brewster 4 symbolisant le milieu actif. La source de lumière de pompage est désignéepar 5. Le dispositif optique, producteur d'image, en principe nécessaire pour l'adaptation des modes n'est pas représenté. Le réseau est tourné par rapport à l'axe du résonateur de l'angle d'autocollimation i qui résulte de l'équation de réseau sin i + sin i5 = gS de la constante de réseau g et de la plus g grande longueur d'onde h. i du rayonnement induit. I,'ordre de diffraction nul du rayonnement induit quitte le réseau d'après la loi de réflexion en formant par conséquent avec la normale 6 du réseau également un angle i, et détermine la direction et l'axe suivant lesquels le rayonnement de la source de lumière de pompage 5 doit être ajusté.Au moment d'accorder le résonateur, l'angle d'autocollimation i doit être modifié. Un réseau réalisé par voie holographique d'une manière adaptée à ce dispositif et présentant la constante de réseau O1335m,corres- pondant à 3 000 L/mm, possède alors en outre les caractEristi- ques d'efficacité suivantes. Pour un rayonnement de la source de lumière de pompage, par exemple un laser à argon, qui émet environ 80 % de l'énergie de rayonnement aux longueurs d'onde 488 et 514 nanomètres, 1;efficacité par rapport à l'angle d'autocollimation i et une polarisation orientée parallèlement aux traits du réseau est inférieure à 6 % de sorte que le réseau agit essentiellement comme miroir pour le rayonnement de pompage.En ce qui concerne le rayonnement laser induit dans le résonateur, qui est polarisé perpendiculairement aux traits du réseau, l'efficacité est par contre supérieure à 85 0% de manière à obtenir un résonateur présentant des pertes relativement faibles et émettant en outre sur une bande très étroite. En raison de la faible constante du réseau il existe pour ce résonateur une limite d'ondes longues aux environs de 650 nanomètres.Cette limite peut être déplacée en utilisant un réseau présentant une constante de réseau comprise enWre 0s4ys,corres- pondant à 2 500 L/mm, et jusqu'à 760 manomètres environs Dans ce réseau il se produit cependant pour le rayonnement de pompage des pertes légèrement plus élevées puisque l'efficacité de diffraction concernée se trouve portée jusqu'à 10 %. Cette constante de réseau reste cependant encore suffisamment faible pour qu'il ne se produise pas d'autres ordres de diffraction, se traduisant par une détérioration du bilan de rayonnement, que ceux pris en considération. La fig. 2 représente un résonateur dans lequel le couplage du rayonnement de pompage s'effectue par l'intermédiaire du premier ordre de diffraction. Ce couplage se réalise sur la base de l'équation de réseau sin i + sin is g Etant donné que le réseau pour le rayonnement induit se trouve en autocollimation avec la plus grande longueur d'onde #i et que, d'autre part, l'angle de diffraction du rayonnement de pompage doit être égal à i, en dépit de la plus courte longueur d'ondea s l'angle d'incidence du rayonnement de pompage est plus faible, de sorte que le rayonnement de pompage peut être couplé à l'extérieur de l'axe du résonateur. Dans cet exemple de réalisation peuvent également être utilisés des réseaux présentant les constantes déåà mentionnées. Etant donné que lors de la définition des caractéristiques d'efficacité il suffit de prendre en considération une seule et même direction de polarisation pour le rayonnement induit et le rayonnement de pompage, par exemple l'une des longueurs d'onde citées pour l'argon, on dispose de réseaux présentant des degrés d'efficacité supérieurs à 90 % pour les des types de rayonnement. Il est en outre possible d'utiliser des réseaux presentant 2 000 L/mm et des caractéristiques d'efficacité analogues. RE'rENICAONS 1 - Résonateur de laser accordable permettant un couplage longitudinal du rayonnement de pompage, en particulier pour-lasers à colorants, et constitué par au moins un miroir et un réseau de diffraction et de réflexion, caractérisé en ce que le couplage du rayonnement de pompage dans le résonateur se réalise par l'intermédiaire du réseau de diffraction et de réflexion et cela, soit par l'intermédiaire de l'ordre de diffraction nul du réseau placé en autocollimation par rapport au rayonnement induit dans le premier ordre de diffraction, soit par l'intermédiaire de l'ordre de diffraction que le rayonnement induit, se trouvant en autocollimation, occupe. 2 - Résonateur accordable suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'en cas de couplage du rayonnement de pompage par l'intermédiaire de l'ordre de diffraction nul, la direction de polarisation du rayonnement induit est perpendiculaire aux traits du réseau et celui-ci présente une efficacité maximale pour cette direction de polarisation et la plage de longueurs d'onde du rayonnement induit et en ce que la direction de polarisation du rayonnement de pompage s'étend paral lèlement aux traits du réseau et celui-ci présente l'efficacité requise pour cette direction de polarisation et la plage de longueurs d'onde du rayonnement de pompage et une efficacité minimale en ce qui concerne l'intervalle de 11 angle d'autocollimation du rayonnement induit. 3 - Résonateur accordable suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'en cas de couplage du rayonnement de pompage par l'intermédiaire de l'ordre de diffraction que le rayonnement induit se trouvant en autocollimation occupe, le rayonnement de pompage et le rayonnement induit sont polarisés perpendiculairement aux traits du réseau et l'efficacité de celui-ci est optimale pour cette direction de polarisation et les deux plages de longueurs d'onde. 4 - Résonateur accordable suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la constante du réseau est plus petite que la plus courte longueur d'onde rencontrée dans le système. 5 - Résonateur accordable suivant l'une des revendications n A 4, caractérisé en ce que les réseaux de diffraction et de réflexion utilisés sont des réseaux holographiques.