Brevet FR2493053A1 — publié le 19820430

La présente invention a pour objet un laser à plusieurs longueurs d'onde. Elle trouve une applica- tion notamment dans le dosage des polluants de l'at- mosphère. Les demandes de brevet français 73 34153 du 24 septembre 1973 et 77 29774 du 4 octobre 1977 ont décrit les conditions particulières qu'il faut remplir pour effectuer une télédétection de polluants atmos- phériques. Elles décrivent également, soit au titre de l'art antérieur, soit au titre des inventions qu'elles ont pour objet, différents lasers à plusieurs lon- gueurs d'onde qui remplissent plus ou moins ces condi- tions. Le laser décrit dans la seconde demande, en particulier, comprend un milieu amplificateur disposé dans un résonateur formé de deux réflecteurs, dont l'un est du genre de ceux qui renvoient sur lui-même un faisceau de lumière se présentant avec un certain angle d'incidence et une certaine longueur d'onde qui dépend de cet angle. En pratique il s'agit d'un réseau de diffraction. Intercalée entre ce réseau et le mi- lieu amplificateur se trouve une roue tournante por- tant un élément optique déflecteur placé périodique- ment sur le trajet du faisceau lumineux et défléchis- sant celui-ci. L'angle d'incidence sur le réseau varie donc périodiquement, ce qui conduit à des longueurs d'onde différentes, qui sont émises séquentiellement. L'élément optique utilisé est en général une portion de lentille. L'inconvénient d'un tel système est dou- ble - il est coûteux car complèxe, - il introduit des pertes optiques dans la cavité. 2 2493053 La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un laser qui, tout en étant du genre de celui qui vient d'être décrit, est beaucoup plus simple que celui-ci et évite l'introduc- tion de pertes supplémentaires. A cette fin, le laser de l'invention utilise un obturateur qui est constitué par une roue tournante placée dans la cavité et qui comprend au moins deux fentes en forme de portions de cercles concentriques, ces fentes définissant autant de trajets différents pour le faisceau lumineux dans le résonateur et donc autant d'angles d'incidence différents sur le réflec- teur dispersif. En général le premier réflecteur est un miroir sphérique. La cavité résonante formée par ce miroir et le réseau présente des modes de résonance dont la distribution spatiale est définie par la posi- tion des fentes dans la cavité. Les fentes défilant alternativement dans la cavité en des endroits diffé- rents, des volumes résonants différents sont offerts au rayonnement, avec des angles d'incidence différents sur le réseau, ce qui conduit à autant de longueurs d'ondes d'émission différentes. Un exemple de réalisation sera maintenant décrit en référence à des dessins annexés sur les- quels: - la figure 1 représente un schéma général du laser de l'invention, - la figure 2 représente une roue tournante utilisable selon l'invention. Bien que divers systèmes réflecteurs dis-- persifs puissent être utilisés dans le laser objet de la présente invention, la description qui suit se ré- fère, à titre purement explicatif, à un réseau de dif- fraction fonctionnant en réflexion. Mais on pourrait utiliser tout système équivalent comme un prisme asso- cié à un miroir, par exemple. Le laser illustré sur la figure 1 comprend un milieu amplificateur 2 convenablement excité par des moyens 4 non représentés en détail, un premier réflecteur 6 qui est un miroir sphérique semi-réfléchissant et un se- cond réflecteur dispersif qui est, dans l'exemple il- lustré, un réseau de diffraction 8 fonctionnant en réflexion. On sait qu'un tel réseau (qui est par exem- ple du type en échelette) renvoie sur eux-mêmes les rayons lumineux d'angle d'incidence O et de longueur d'onde À, si la relation suivante est satisfaite 2a sin 8 = kX, o a est le pas du réseau, et k un nombre entier déterminé par l'ordre utilisé. A deux angles d'incidence différents 81 et 02' correspondent donc deux longueurs d'onde;1 et A2 pour lesquelles les rayons lumineux sont réfléchis sur eux-mêmes. Pour donner à l'angle d'incidence ces deux valeurs O1 et O2' le laser de l'invention-utilise une roue tournante 14 montée sur un arbre 16 entraîné en rotation par un moteur 18. Cette roue est représentée de face sur la figure 2. Elle comprend deux ouvertures 201 et 202 en forme de portions de cercles concentri- ques. Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant. Chaque ouverture 201, 202 définit un volume résonnant 101, 102 dans le résonateur optique formé par le miroir 6 et le réseau 8. Comme ces ouvertures sont situées en des endroits différents, ces volumes sont différents et, en particulier, sont orientés par rapport à la normale au réseau, de manières différen- tes. Il en résulte donc deux angles Ol et 82 d'inci- dence, et par conséquent, deux longueurs d'onde d'os- cillation différentes. Le rayonnement de sortie du laser est en gé- néral celui qui traverse le miroir 6, lequel est semi- réfléchissant. Sur la figure 1, on trouve donc deux faisceaux 121 et 122 de longueurs d'onde respectives et X2. Mais on pourrait aussi utiliser les fais- ceaux 131 et 132 réfléchis par le réseau de diffrac- tion 8. Naturellement la roue 14 peut comprendre plus de deux ouvertures si l'on veut obtenir plus de deux longueurs d'onde d'émission. On observera que les faisceaux lumineux émis par le laser de l'invention ne sont pas parallèles. En réalité l'écart angulaire est très faible dans le cas d'un laser à C02 et de l'ordre de 3.10-3 radian. Cet effet n'est pas génant, même pour le transport à gran- de distance du faisceau, car l'utilisation d'un systè- me afocal agrandisseur de faisceau, qui est toujours nécessaire, diminue cet angle d'un facteur au moins égal à 10 et cela d'autant plus que la distance est grande. On peut, si nécessaire, éliminer totalement cet effet par l'utilisation de divers éléments d'opti- que et par exemple d'un second élément dispersif. A titre explicatif les caractéristiques suivantes peuvent être utilisées: - Miroir M concave, rayon de courbure 1 m - Tube amplificateur longueur: 30 cm diamètre: 5 mm - Milieu amplificateur: C02 - Réseau: 150 traits/mm Vitesse de la roue: 50 tours/s - Puissance de sortie: 1 watt crête Faisceau: monomode TEM00 - Ecart angulaire entre les faisceaux: 3.10 3 radian. REVENDICATIONS 1. Laser à plusieurs longueurs d'onde, com- prenant un milieu amplificateur (2) disposé dans un résonateur constitué par un premier réflecteur (6) et un second réflecteur dispersif (8), ce dernier étant du genre-de ceux qui renvoient sur lui-même un fais- ceau de lumière se présentant avec un certain angle d'incidence et une longueur d'onde déterminée dépen- dant de cet angle, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, intercalé entre ledit milieu amplificateur et ledit second réflecteur dispersif, une roue tournante (14) comprenant au moins deux fentes (201, 202) en forme de portions de cercles concentriques, ces fentes définissant autant de trajets différents (101, 102) pour le faisceau lumineux dans le résonateur et autant d'angles d'indicence (O1î 02) différents sur le ré- flecteur dispersif. 2. Laser selon la revendication 1 caractéri- sé en ce que le second réflecteur dispersif est cons- titué par un réseau de diffraction (8) fonctionnant en réflexion.