Brevet FR2381325A1 — publié le 19780915

La présente invention concerne un dispositif placé dans un faisceau lumineux et permettant de modifier la répartition spatiale de l'énergie de ce faisceau lumineux, du type comportant au moins un masque binaire comprenant des parties transparentes et des parties totalement opaques. Dans les lasers de puissance, les phénomènes de diffraction au niveau des pupilles d'entrée et de sortie des étages amplificateurs causent des génies importantes (pertes d'énergie, etc.). Par ailleurs, il est souvent nécessaire, en optique, de disposer d'un faisceau laser dont la répartition d'énergie sur sa section droite soit uniforme. L'invention a notamment pour but de proposer un dispositif permettant d'obtenir, à partir d'un faisceau laser de puioeance à répartition d'énergie de forme quelconque,et notamment de forme gaussienne, un second faisceau laser dont la répartition d'énergie est de forme prédéterminée, par exemple en forme d'un lobe unique de largeur donnée. Ce but est atteint, conformément à l'invention,du fait qu'on utilise des parties opaques réfléchissantes. Avantageusement, les parties réfléchissantes du masque sont obtenues à partir d'un dépit de métal sous vide. Avantageusement, les parties réfléchissantes sont réparties suivant un pseudo-réseau à pas constant ou variable suivant un ou plusieurs axes. L'invention concerne également un laser de puissance caractérisé en ce qu'entre deux étages d'amplification successifs du laser on interpose sur le trajet du rayonnement laser un masque présentant un pseudo-réseau de parties réfléchissantes dont les superficies constituenWt un échantillonnage de la fonction I I (x,y) représentant la répartition spatiale d'énergie sur une section droite du faisceau laser inci dent, I' Il(x,y) étant une fonction telle que la répartition d'énergie du faisceau au niveau de la pupille d'entrée de l'amplificateur aval soit en forme de lobe unique dont la largeur à la base soit sensiblement inférieure à celle de cette pupille d'entrée. Avantageusement, le pas d'échantillonnage "P" sur un axe du pseudo-réseau est tel que pS Z Xd2 + où d2 est la distance du masque à l'étage aval, #1 le diamètre du faisceau incident, 2 le diamètre de la pupille d'entrée de l'étage aval et X la longueur d'onde du rayonnement laser. Ainsi, grâce à leur pouvoir réfléchissant, les parties opaques du masque selon l'inventión n'absorbent pratiquement aucune énergie, de sorte que ce masque peut store utilisé pour corriger la répartition d'énergie de faisceaux laser de grande puissance sans risque de dommage pour le masque. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de deux exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la figure I-est un schéma montrant une application d'un masque selon l'invention aux lasers depuissance - la figure 2 est un schéma analogue à la figure 1 montrant un positionnement incliné du masque par rapport à l'axe optique de l'ensemble ; et - la figure 3 est une vue en plan du masque selon l'invention pouvant être utilisé dans le montage de la figure 2. LeJ figures 1 et 2 montrent deux étages amplificateurs successifs 1 et 2 d'un laser de puissance. Conformément à l'invention, on place entre ces deux étages un masque 3 formé d'un substrat plan 3a en verre ou tout matériau transparent dans le domaine des longueurs d'onde utilisées, ce substrat recevant sur certaines parties d'une de ses faces un dépôt réfléchissant à pouvoir réflecteur le plus relevé possible. Comme cela sera expliqué plus loin, ce dépôt réfléchissant est constitué sous la forme d'un"pseudo-réseau" à une ou deux dimensions de taches réfléchissantes 4. Par "pseudo-réseau", on entend un mode de répartition de figures sur un plan avec un pas constant ou lentement variable suivant un ou plusieurs axes de ce plan, ces figures ayant elles-memes des formes et des dimensions variables suivant le ou lesdits axes. Pour simplifier, les taches réfléchissantes 4 ont été représentées aux figures 1 et 2 avec des dimensions identiques mais il doit être entendu que ces dimensions varient d'un tache à l'autre. Sur la figure 1, le plan du masque 3 est transversal au faisceau laser incident 5. Le pas "P" du pseudo-réseau est choisi de telle sorte que les faisceaux diffractés d'ordre différent de l'ordre zéro ne puissent pas pénétrer dans l'étage amplificateur aval 2. A titre d'exemple, on considère (figure 1) un faisceau incident 5 de diamètre +1 émergeant de l'amplificateur 1, tombant sur le masque 3, ce dernier étant situé à une distance d2 de l'amplificateur 2 dont la pupille d'entrée 2a présente un diamètre Pour que le faisceau diffracté d'ordre plus un, 6 ou celui d'ordre moins un, c'est-à-dire le faisceau diffracté le plus voisin de celui (Sa) d'ordre zéro, ne pénètre pas dans l'amplificateur 2, on constate qu'il suffit que le pas "P" soit tel que 2Xd, 2 t1 + t2 où E\ est la longueur d'onde utilisée. Dans un cas concret où #= 1 m, #1 = #2 = 30 mm et d = 600 mm, on trouve P # 20 m . Un tel masque est parfaitement réalisable à l'aide des dispositifs photocomposeurs actuellement existants puisque ceux-ci peuvent réaliser des réseaux de l'ordre de 30.000 à 40.000 pas avec une précision d'une fraction de micromètre. Selon le mode de réalisation représenté à la figure 2, on incline le plan du masque 3 d'un angle P1 7w à l'étage 1. Le motif réfléchissant du masque 3 subit alors une affinité telle que sa projection sur le plan # reproduit le pseudo-réseau décrit précédemment. D'une façon générale, le-masque 3 conforme à l'invention est binaire, c'est-à-dire qu'il- ne comporte que des parties transparentes et des parties totalement réfléchissantes. Le tracé du pseudo-réseau s'effectue de la façon suivante soit I (x,y) et I' (x,y) les diagrammes de répartition d'énergie sur une section droite des faisceaux respectivement incident- et que l'on veut obtenir. L'ensemble des parties réfléchissantes 4 du masque 9 constitue un échantillonnage de la fonction Le pas d'échantillonnage constitue le pas du réseau obtenu ; ce pas peut, bien entendu, être différent pour chacun des axes du pseudo-réseau. L'échantillonnage- s'effectue comme suit en chaque point d'échantillonnage du plan du masque de coordonnées x , y on réalise une partie - ou tache - réfléchissante dont n n l'aire est proportionnelle à f (Xn Dans l'exemple décrit précédemment en référence aux figures 1 et 2, le masque 3 est spécialement conçu pour "apodiser" un faisceau émis par un étage amplificateur de laser de puissance. "Apodiser" signifie donner au diagramme de répartition d'énergie sur la section droite du faisceau diffracté 5a, au niveau de la pupille d'entrée 2a, la forme d'un lobe unique dont la largeur à la base est sensiblement inférieure au diamètre +2 de la pupille d'entrée 2a de l'étage aval 2. Cependant, dans d'autres applications, il est utile de réaliser des masques permettant d'obtenir un faisceau à répartition d'énergie uniforme sur sa section à partir de faisceau ayant une répartition d'énergie de forme quelconque. La figure 3 montre un exemple de masque permettant d'apodiser un faisceau tel que le faisceau 5 émis par l'étage 1 d'un laser de puissance. Sur la figure 3, les parties blanches correspondent aux parties réfléchissantes du masque. Un tel masque peut être calculé par ordinateur et etre réalisé par exemple à l'aide d'un dépôt sous vide de chrome sur un substrat, la couche de chrome étant ensuite supprimée sélectivement de certaines parties du substrat au moyen, par exemple, d'un photocomposeur à faisceau d'électrons. REVENDICATIONS 1. Dispositif permettant de modifier la répartition spatiale de l'énergie d'un faisceau lumineux,du type comportant au moins un masque binaire comprenant des parties transparentes et des parties totalement opaques, caractérisé en ce que les parties opaques sont réfléchissantes. 2. Dispositif selon la revendication I, caractérisé en ce que les parties réfléchissantes du masque sont obtenues à partir d'un dépôt de métal sous vide. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les parties réfléchissantes sont réparties suivant un pseudo-réseau à pas constant ou lentement variable suivant un ou plusieurs axes. 4. Laser de puissance faisant application du dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'entre deux étages d'amplification successifs du laser on interpose sur le trajet du rayonnement laser un masque présentant un pseudoréseau de parties réfléchissantes dont les superficies constituent un échantillonnage de la fonction I I (x,y) représentant la réparti- tion spatiale d'énergie sur une section droite du faisceau laser incident, I'(x,y) étant une fonction telle que la répartition d'énergie du faisceau au niveau de la pupille d'entrée de l'étage d'amplification aval soit en forme de lobe unique dont la largeur à la base est sensiblement inférieure à celle de cette pupille d'entrée. 5. Laser suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le pas d'échantillonnage "P" sur un axe du pseudo-réseau est tel que 2 #d2 P # #1 + #2 où d2 est la distance du masque à l'étage aval, t1 le diamètre du faisceau incident, 9 le diamètre de la pupille d'entrée de l'étage aval et Nîa longueur d'onde du rayonnement laser. 6. Laser, selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le plan du masque est incliné par rapport à l'axe optique de l'ensemble de manière à éviter que le faisceau réfléchi par le masque ainsi que les faisceaux diffractés par réflexion ne pénètrent dans ltamplificateur amont. 7. Laser selon la revendication 6, caractérisé en ce que le pas d'échantillonnage "P1" sur un axe du pseudo-réseau est tel que P1 # # d1 2 #1 où dl est la distance du masque à l'étage d'amplification amont, le le diamètre du faisceau incident et ss la longueur d'onde du rayonnement laser.