Brevet FR2372528A1 — publié le 19780623

La présente invention a Pour objet des générateurs ou des amplifificateurs lasers. Le secteur technique concerné par l'invention est celui de la production des rayons lasers en particulier dans l'infra-rouge très proche. Les lasers actuellement utilisés en télénétrie, téléguidage, télé- communication, en radars optiques, pour des illuminat-ons etc... sont habituellement des lasers au néodyme contenu dans des matrices cristallines, vitreuses ou liquides. On recherche pour ces applications des levers possédant les quali- tés suivantes -bon rendement (énergie laser délivrée par rapport h l'énergie fournie d'excitation) émission dans une gamme de longueur d'onde où les récepteurs ont une bonne sensi bilité et un bon rendement quantique. -faible divergence du rayonnement laser émis. -faible eneombrement du laser et de l'alimentation. -faible prix de revient. Les lasers à néodyme ont des rendements limites à quelques pour cent dans le cas des matrices cristallines et à quelques pour mille pour les matrices liquides ou vitreuses. Leur rayonnement à 1,06 microns est mal adapte à la sensibilité des photorécepteurs en particulier des photocathodes équipant les systèmes qui leur sont associés. Les flashes d'excitations de ces lasers nécessitent des hautes tensions ce qui peut être génant et encombrant. En outre le prix de revient des cristaux dopés au néodyme est élevé. Les lasers à semiconducteurs ont un bon rendement, de l'ordre de 4 à 7 % à la température ambiante, et de 15 à 40 % à la température de l'azote liquide. Mais leur diverg@nce est très grande et le puissance délivrée par diode est faible. Les lasers à molécules fluorescentes dans le proche infra-rouge ont un rendement très faible lorsqu'ils sont pompés optiquement, par exemple au moyen de lampes à éclairs. En effet, le spectre d'absorption de l'énergie lumineuse par les molécules fluorescentes montre que l'absorption n'a lieu que pour certaines longueurs d'ondes déterminées. L'énergie transportée par les radiations lumineuses qui ne correspondent pas aux longueurs d'onde donnant lieu à absorption est don perdue de sorte que le rendement est très réduit, inférieur à 1 %. L'objectif de le presente invention est un générateur ou amplificatour laser émettant, avec un bon rendement d'émission et une faible divergence, dans l'infra-rouge très proche, c'est-à-dire dans la bande du spectre qui présente un bon rendement à la réception. Cet objectif est atteint au moyen d'un dispositif oscillateur ou amplificateur laser à molécules fluorescentes, émettant dansle proche infra-rouge selon une longueur d'onde#1 comprise entre 0,8 et 1 micron et, le pompage optique étant réalisé an moyen d'un rayonnement, émis par des diodes, de longueur d'onde#2 comprise entre 0,7 et 0,9 micron dans une bande d'absorption desdites molécules fluorescentes, Plus précisément, les molécules fluorescentes peuvent être des tricarbocyanires dissoutes dans un liquide, un gel ou une matière plastique et émettant un rayonnement laser de longueur d'onde @1 proche de 0,85 microns. En outre, les molécules fluorescentes peuvent être pompées par un rayonnement de longueur d'onde #2 proche de 0,8 microns émis par des diodes à l'arséniure de gallium et d'aluminium. Enfin, le dispositif selon l'invention peut être adapté pour la transmission d'informations sous forme optique ; il peut alors comporter des moyens pour moduler le rayonn@ment émis servant d'onde porteuse en agissant sur le courant d'excitation des diodes. Plus précisément, la sortie du dispositif peut être reliée à un ensemble de fibres optiques, la longueur d'sonde du rayonnement laser émis étant alors choisi de façon à correspondre à une bande de faible absorption desdites fibres optiques. Pour mieux faire comprendre l'invention, on a représenté sur la figure 1, à titre d'exemple non limitatif, un schéma- succint figurant un mode de réalisation particulier du dispositif selon l'invention. Avant de décrire ce mode de réalisation particulier, cn a développé dans ce qui suit quelques considérations générales destinées à aider à la compréhension du fonctionnement du dispositif selon l'invention. Si l'on stimule un laser à molécules fluorescentes au moyen d'un rayonnement émis par des diodes placées à faible distance et composé de radiations ayant une longueur d'onde correspondant à la bande d'absorption des molécules fluorescentes, le rapport entre l'énergie émise par les molécules fluorescentes et l'énergie émise par les diodes peut atteindre et même dépasser 50 , et le rendement d'ensemble entre l'énergie émise et 11 énergie de pompage des diodes est donc de l'ordre de 2 à 4 o,S à la température ambiante et de l'ordre de 7 à 20 Pour augmenter la puissance de pompage, on peut multiplier le nombre de diodes. Bien que les diodes émettent des rayonnements non cohérents entre eux, le rayonnement final émis par les molécules fluorescentes est très echérent. L'émetteur à diodes est de préférence un émetteur laser mais peut également être constitué par un émetteur de radiations optiques non cohérentes. On connaît déjà des oscillateurs laser solides constitués rar des grenats, des cristaux ou des cylindres de verre dopé au néodyme qui sont pompés au moyen de rayonnements émis par des diodes. La combinaison d'émetteurs à diodes et d'un laser à molécules fluorescentes pompé par les précédents est nouvelle. Cette combinaison nouvelle produit les résultats et avantages suivants -la bande d'absorption des molécules fluorescentes, situe dans le rouge, est large ce qui permet l'adaptation entre l'émission des diodes et l'absorption des molécules fluorescentes. Notamment le déplacerent de la bande d'émission des diodes dû aux variations de température en cours de f@nctionnement e perturbe pratiquement pas l'efficacité du pompage et le rendement d'ense@ble, -L'émission laser des molécules fluorescentes se situe sur une longueur d'onde très légèrerent supérieure à celle du rayonnement émis par les diodes. On sait nue le rapport entre les énergies absorbées et émises est proportionnel nu rapport des f@équences, La perte d'énergie des quanta est donc très reduite. Le déplacement vers les grandes longueurs d'onde étant faible, l'émis- sion reste dars la bande où le rendement d'absorption des photorécepteurs reste élevé. Le déplacement vers les grandes longueurs d'onde entraîne une émission qui se situe entièrement dans l'infra-rouge très proche et invisible, même si une par- tie du faisceau de stimulation émis par les diodes est sans le rouge visible. Le dispositif selon 1' invention peut être miniaturisé et peut servir comme oscillateur ou amplificateur en optique intégrée, par exemple sur une ligne de transport de rayonnements laser par fibres optiques. Dans ce cas, on peut r gler la longueur d'onde d'émission de sorte qu'elle s'adapte au mieux au spectre d'absorption des fibres optiques, c'est-à-dire oll'elle se situe dans un- bande où l'absorption est faible. On sait en effet qu'il est-impossible de faire varier la fréquence d'émission des lasers à molécules fluorescentes. Un dispositif oscillateur ou ampli@icateur selon l'intention ne néces- site pas des alimentations en haute tension. I1 est facile à alimenter par des sources de courant portatives telles que des piles ou des accumulateurs et peut done équiper facilement des appareils portatifs on des engins. Un avantage supplémentaire des lasers selon l'invention réside dans leurs prix de revient réduit du fait que ni les molécules fluorescentes ni les diodes ne sont des composants très onéreux. A titre d'exemple non limitatif, un dispositif oscillateur ou émetteur elon l'invention peut être composé d'un laser à tricarbocyanine, par exemple de l'hexaméthylindotricarbocyanine, H.I.T.C. dissoute dans un liquide, un gel ou une matière plastique, émettant à 0,85 microns, lequel laser est pompé par un laser à diodes à l'arséniure de gallium et d'aluminivm émettant vers 0,81 microns. Ainsi, la figure 1 représente un laser selon l'invention composé de 4 rangées de diodes (1) émettant des faisceaux lumineux divergents servant au pompage optique des molécules fluorescentes (3), qui peuvent être des molécules dthexamétlxylindotricerbocyanine placées dans une cavité laser non figurées Un dispositif selon l'invention peut ttre utilisé comme émetteur d'une onde modulée porteuse d'informations. La modulation est appliquée aisément au courant d'excitation des diodes. I1 peint entre utilisé également comme émetteur laser portatif ou comme relais d'amplification grâce aux facilités d'alimentation en dner- gie et de miniaturisation. Bien entendu, sens sortir du cadre de l'invention, diverses modifications équivalentes pourront être apportées par l'homme de l'art à l'exemple de réalisation décrit uniquement à titre d'exemple. R E V E N D I C A T I O N S I - Oscillateur ou emplificateur laser à molécules fluorescentes, @mettant dans le proche infra-rouge sur une longueur d'on@e#@ comprise entre 9,8 et I micron caractérisé en ce que le pompage optique est réalisé au moyen d'un rayonnement, épis par des diodes, de longueur d'onde #2 comprise entre C,7 et 0,9 mioron et située dans une bande d'absorption desdites molécules fluorescentes. II - Oscillateur ou amplificateur laser selon le revendic@tion 1, caractérisé en ce que les molécules fluorescentes ont des tricarbocyanines dissoutes dars lin liquid@, un gel ou une matière plastique et émettant un rayonnement leser de longueur d'onde#1 proche de 0,85 micron. III - Oscillateur ou amplificateur selon 1 ou 2, caractérisé en ce que les no- lécules fluorescentes sont pompées par un rayonnement de longueur d'onde#2 proche de 0,8 micron émis par des diodes à l'arséniure de gallium et d'aluminium. IV - Dispositif Pour la transmission d'informations srus forme optique térisé en ce qu'il comprend un oscillateur ou amplificateur laser selon l'une fuel- conque de revendications 1 à 3 et des moyens pour moduler le rayonnement émis servant d'onde porteuse en agissant sur le courant d'excitation desdites diodes. V - Dispositif pour la transmission d'informations sous forme optique selon la revendication 4 dont la sortie est reliée à un ensemble de fibres optiques caractérisé en ce ue la longueur d'onde du rayornement laser cris est choisi de façon à correspondre à une bande de faible absorption desdites fibres optiques.