Brevet FR2402954A1 — publié le 19790406

La présente invention concerne un générateur laser et plus particulièrement un générateur laser à impulsions. On sait qu'il est possible de déclencher une impulsion laser de grande puissance en disposant à l'intérieur d'une cavité optique résonnante un matériau actif laser; un polariseur linéaire et une cellule électro-optique alignés sur l'axe de la cavité. La cellule électrooptique est formée d'un cristal capable de présenter une biréfringence induite lorsqu'on lui applique un champ électrique. Dans les générateurs laser de ce type, les faces d'entrée et de sortie du cristal de la cellule sont en général orientées perpendiculairement à l'axe du rayonnement oscillant dans la cavité Pour éviter toute réflexion parasite, ces faces sont revêtues de couches diélectriques antireflet. Mais lorsque ire cristal de la cellule est constitué par exemple de niobate de lithium, on constate que ces couches se détériorent par piquage lorsque la puissance laser émise est importante, l'apparition de ce phénomène limitant ainsi les performances du laser. La présente invention a pour but de pallier cet inconvénient et de réaliser un générateur laser déclenché par cellule électro-optique dont la puissance maximale n'est pas limitée par la détérioration de couches anti-reflet déposées sur les faces du cristal de la cellule. La présente invention a pour objet un générateur laser comportant: - une cavité optique résonnante limitée par deux réflecteurs, - un matériau actif disposé à l'intérieur de la cavité, - des moyens pour exciter ce matériau actif de façon à créer un rayonnement cohérent oscillant dans la cavité, - un polariseur disposé à l'intérieur de la cavité sur le trajet du rayonnement et apte à polariser le rayonnement linéairement dans un premier plan, - une cellule électro-optique comprenant:: un cristal électro-optique apte à transmettre ledit rayonnement, suivant un axe optique, d'une face plane à une autre face plane de ce cristal, ces faces étant parallèles entre elles, et deux électrodes opposées placées de part et d'autre du cristal parallèlement à l'axe optique, cette cellule étant disposée dans la cavité de façon à transmettre selon ledit axe optique dans ledit premier plan le rayonnement polarisé linéairement dans le premier plan, lorsqu'aucune tension n'est appliquée sur les électrodes du cristal, et des moyens pour créer un champ électrique dans le cristal par application d'une tension électrique sur les électrodes, cette tension étant suffisante pour que le rayonnement polarisé dans le premier plan soit polarisé linéairement dans un second plan perpendiculaire au premier plan après une traversée de la cellule, réflexion sur un réflecteur de la cavité et une nouvelle traversée en sens inverse de la cellule, le polariseur étant apte à renvoyer en dehors de la cavité le rayonnement polarisé linéairement dans le second plan, caractérisé par le fait que lesdites faces planes de la cellule sont inclinées sur ledit axe optique d'un angle différent de 90 degrés, que les électrodes sont disposées par rapport au cristal de façon que la direction du champ électrique soit parallèle auxdites faces planes et que la cellule est disposée dans la cavité de façon que lesdites faces planes soient perpendiculaires audit premier plan. L'invention est décrite ci-dessous à titre illustratif mais nullement limitatif, en regard du dessin annexé dans lequel la figure unique représente en coupe un mode de réalisation du générateur laser selon l'invention. Sur cette figure une cavité optique résonnante est limitée par deux réflecteurs 1 et 2, le réflecteur 2 étant constitué d'un miroir partiellement transparent de manière à laisser sortir un faisceau laser 3 en dehors de la cavité. A l'intérieur de la cavité sont disposés en série un matériau actif laser 4 qui peut être par exemple un barreau de grenat d'yttrium et d'aluminium dopé au néodyme (YAG), un polariseur linéaire 5 tel qu'un prisme de GLAN, et un cristal 6 d'une cellule électroptique. Un tube à éclair 7 est disposé autour du barreau actif laser. Ce tube est relié à une source d'alimentation électrique non représentée. Le cristal 6 comporte un axe optique 8 le long duquel il peut transmettre la lumière, d'une face plane 9 à une autre face plane 10 parallèles entre elles. Des couches diélectriques anti-reflet peuvent être déposées sur les faces 9 et 10.Deux électrodes opposées sont disposées de part et d'autre du cristal 6 parallèlement à l'axe 8. Une seule de ces électrodes est visible en Il sur la figure, cette électrode étant représentée en traits mixtes Ces électrodes peuvent être connectées aux bornes d'un générateur de tension électrique non représenté de façon à créer un champ électrique dans le cristal 6, perpendiculairement à l'axe 8. Selon une disposition de l'invention, les faces 9 et 10 du cristal sont inclinées sur l'axe 8 d'un angle A différent de 90 degrés et la direction du champ électrique créé par les électrodes est parallèle aux faces planes 9 et 10. Le dispositif représenté sur la figure fonctionne de la manière suivante. Lorsqu on excite le matériau actif 4 par une décharge lumineuse du tube à éclair 7, on crée à l'intérieur de la cavité un rayonnement cohérent 12 oscillant entre les miroirs 1 et 2 . Le polariseur 5 polarise le rayonnement 12 linéairement suivant une direction 13 située dans un plan qui est le plan de la figure Selon une autre disposition de l'invention, la cellule électro-optique est placée dans la cavité de façon que ses faces 9 et 10 traversées par le rayonnement 12 suivant l'axe 8 soient perpendiculaires au plan de polarisation du rayonnement: les faces 9 et 10 sont ainsi représentées de bout, perpendiculairement au plan de la figure. Lorsqu'aucune tension n'est appliquée sur les électrodes, le rayonnement provenant du matériau 4, polarisé suivant 13 par le polariseur 5 traverse le cristal 6 dans le plan de la figure et, après réflexion sur le miroir 2, traverse de nouveau le cristal 6 en sens inverse. L'oscillation laser s'effectue librement dans la cavité. Lorsqu'on applique une tension convenable entre les électrodes de la cellule électro-optique, la polarisation linéaire du rayonnement provenant du matériau 4 est transformée en une polarisation circulaire après traversée du cristal 6. Cette polarisation circulaire du rayonnement n'est pas modifiée par réflexion sur le miroir 2, mais le rayonnement qui sort du cristal 6 par la face 9, après une nouvelle traversée en sens inverse du cristal, se trouve polarisé linéairement perpendiculairement au plan de la figure, comme indiqué en 14 par un point au centre d'un petit cercle.Le rayonnement polarisé suivant 14 se trouve renvoyé en dehors de la cavité par le polariseur 5. L'oscillation laser est donc bloquée dans la cavité. Pour déclencher une impulsion laser, on applique le champ électrique sur le cristal au début de l'excitation du matériau actif,.bloquant ainsi l'oscillation laser, jusqu'à ceque le gain d'amplification excède les pertes dans la cavité, et on interrompt alors un très court instant le champ électrique. Dans le générateur laser décrit ci-dessus et représenté sur la figure, on voit que la section de passage du rayonnement dans le cristal est plus forte que celle dans le matériau actif par suite de l'inclinaison des faces 9 et 10 d'un angle A différent de 90 degrés. En effet le matériau 4 étant un barreau cylindrique de diamètre "a", la section de passage du rayonnement 12 dans le cristal 6 est une ellipse dont le petit axe perpendiculaire au plan de la figure est égal à "a" et dont le grand axe dans le plan de la figure est forcément supérieur à "a". Donc la densité de puissance du rayonnement dans le cristal représenté sur la figure est inférieure à ce qu'elle serait dans un criialffaisant partie d'un générateur selon l'art antérieur) dont les faces seraient perpendiculaires à la direction du rayonnement, le diamètre du matériau actif étant le même dans les deux cas. Or la détérioration des couches diélectriques dépend de la densité de puissance. En diminuant cette densité de puissance, le générateur laser décrit ci-dessus retarde donc l'apparition des phénomènes de piquage de couches diélectriques antireflet déposées sur les faces 9 et 10 du cristal. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, illustré par la figure, l'angle A est choisi de telle sorte que le rayonnement 12 soit orienté à l'incidence de Brewster par rapport aux faces 9 et 10. On a représenté sur la figure l'angle de Brewster B que fait la direction 15 du rayonnement arrivant sur la face 9 avec la normale 16 à cette face. Dans ce cas, les couches antireflet qui ne sont plus nécessaires sont supprimées et les détériorations des couches diélectriques ne peuvent plus limiter la puissance maximale du laser. Le générateur selon l'invention présente aussi l'avantage de permettre d'appliquer le champ électrique sur le cristal parallèlement au plus petit côté de l'ellipse constituant la section de passage du rayonnement I2 dans le cristal. Dans ces conditions la tension électrique qu'il convient d'appliquer sur les électrodes pour obtenir le champ électrique convenable, dans l'utilisation décrite ci-dessus, est relativement faible. En effet cette tension électrique est proportionnelle à la distance entre les électrodes, pour une longueur donnée du cristal suivant l'axe optique 8. lly a lieu de noter enfin que lorsque le champ électrique est appliqué sur le cristal, une partie non négligeable du rayonnement polarisé linéairement suivant la direction 1b, perpendiculaire au plan de la figure, est rejetée en dehors de la cavité par réflection sur les faces 8 et 9 du cristal, cette action s'ajoutant à l'action déjà décrite du polariseur 5. Cela permet un blocage plus énergique de la cavité. Le matériau électro-optique constituant le cristal 6 peut être avantageusement le niobate de lithium. En effet la tension électrique de commande à appliquer aux électrodes de la cellule pour obtenir le champ électrique convenable est particulièrement faible pour ce matériau qui présente par ailleurs d'excellentes caractéristiques de tenue en température et de solidité. Le générateur laser selon la présente invention peut être appliqué à la réalisation de télémètres et d'illuminateurs. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'a titre d'exemple. En particulier on peut, sans sortir du cadre de l'invention, changer certaines dispositions et remplacer certains moyens par des moyens équivalents. REVENDlCATIONS 1/ Générateur laser comportant: - une cavité optique résonnante limitée par deux réflecteurs, - un matériau actif disposé à l'intérieur de la cavité, - des moyens pour exciter ce matériau actif de façon à créer un rayonnement cohérent oscillant dans la cavité, - un polariseur disposé à l'intérieur de la cavité sur le trajet du rayonnement et apte à polariser le rayonnement linéairement dans un premier plan, - une cellule électro-optique comprenant . un cristal électro-optique apte à transmettre ledit rayonnement, suivant un axe optique, d'une face plane à une autre face plane de ce cristal, ces faces étant parallèles entre elles, et deux électrodes opposées placées de part et d'autre du cristal parallèlement à l'axe optique, cette cellule étant disposée dans la cavité de façon à transmettre selon ledit axe optique dans ledit premier plan le rayonnement polarisé linéairement dans le premier plan, lorsqu'aucune tension n'est appliquée sur les électrodes du cristal, et - des moyens pour créer un champ électrique dans le cristal par application d'une tension électrique sur les électrodes, cette tension étant suffisante pour que le rayonnement polarisé dans le premier plan soit polarisé linéairement dans un second plan perpendiculaire au premier plan après une traversée de la cellule, réflexion sur un réflecteur de la cavité et une nouvelle traversée en sens inverse de la cellule, le polariseur étant apte à renvoyer en dehors de la cavité le rayonnement polarisé linéairement dans le second plan, caractérisé par le fait que lesdites faces planes de la cellule sont inclinées sur ledit axe optique d'un angle différent de 90 degrés, que les électrodes sont disposées par rapport au cristal de façon que la direction du champ électrique soit parallèle auxdites faces planes et que la cellule est disposée dans la cavité de façon que lesdites faces planes soient perpendiculaires audit premier plan. 2/ Générateur laser selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdites faces planes sont inclinées sur ledit axe optique de façon que ledit rayonnement soit oriente à l'incidence de Brewsster par rapport à ces faces. 3/ Générateur laser selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit cristal électro-optique est un cristal de niobate de lithium.