Brevet FR2504320A1 — publié le 19821022

L'invention concerne un laser en anneau comportant au moins trois miroirs d'angle, dont l'un porte sur un subs- trat d'une couche de grenat ferromagnétique, qui est recou- verte par un grand nombre de couches interférentielles et est aimant C perpendiculairement à elle même. Dans le cas d'un laser en anneau connu du type indi- qué (rapport Naecon, 1978, pages 544-548), on insère par effet magnétooptique, par l'intermédiaire du miroir d'angle portant la couche de grenat ferromagnétique, une polarisation moyennant l'utilisation de l'effet Kerr transversal. La présente invention a pour but de réaliser un la- ser en anneau de manière que le miroir d'angle portant la couche de grenat ferromagnétique puisse travailler à la ré- flexion en tant que cellule de Faraday. Ce problème est résolu conformément à l'invention grâce au fait que le miroir d'angle portant la couche de grenat ferromagnétique est chargée par un rayonnement pola- risé circulairement Pour réaliser le rayonnement polarisé circulairement, on peut disposer une plaque de retardement quart-d'onde ou À/4 en avant du miroir d'angle portant la couche de grenat ferromagnétique Dans une autre forme de réalisation les miroirs d'angle, qui, sur le trajet du rayonnement, sont voisins du miroir d'angle portant la cou- che de grenat ferromagnétique, sont équipés d'un grand nom- bre de couches interférentielles qui sont disposées de ma- nière qu'un rayonnement polarisé circulairement soit trans- formé, par déphasage à 90 , en un rayonnement polarisé liné- airement et réciproquement. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement aux dessins annexés une forme de réalisation de l'objet de l'invention. La figure 1 représente le principe d'un laser en anneau, du type sur lequel est basée la présente invention. La figure 2 représente schématiquement un miroir d'angle agissant conformément à la présente invention à la manière d'un miroir de Faraday. La figure 3 représente une vue en perspective du dis- positif de la figure 2. La figure 4 montre une variante de réalisation d'un laser en anneau. Le laser en anneau représenté sur la figure 1 fonc- tionne en utilisant trois miroirs d'angle 2, 3, 4 et un mi- lieu amplificateur disposé entre les deux miroirs d'angle 2 et 3 et réalisé sous la forme d'un tube à décharge dans un gaz 1. Le miroir d'angle 4 est réalisé de manière à produi- re la polarisation désirée Les miroirs d'angle 2 et 3 sont des miroirs à fort pouvoir réfléchissant. Le miroir d'angle 4 porte, sur un substrat 5, une couche ferromagnétique 6 transparente au rayonnement et cons- tituée par un composé formé d'un grenat, par exemple un gre- nat d'yttrium et de fer YIG Ce grenat YIG possède une cons- tante de Verdet élevée Mais on peut utiliser également d'au- tres composés formés de grenats ferromagnétiques, possédant une constante de Verdet élevée La couche de grenat 6 peut être métallisée sur sa face arrière La couche de grenat 6 possède un facteur de réflexion qui n'est pas suffisant pour un laser en anneau C'est pourquoi on dépose sur cette cou- che un grand nombre de couches interférentielles diélectri- ques 7, permettant d'obtenir le facteur de réflexion néces- saire Contre la couche extérieure de l'ensemble des couches interférentielles 7 on appose une plaque quart-d'onde X/4 8, que l'on a reproduit à une certaine distance sur les figures 2 et 3 afin de pouvoir montrer l'action de cette plaque sur le rayon circulant Le miroir d'angle 4 est traversé par un champ magnétique B, qui aimante la couche 6 perpendiculaire- ment à son plan Le miroir d'angle 4 agit à la manière d'un miroir de Faraday, dans lequel on utilise l'effet Faraday magnéto-optique L'effet Faraday se caractérise par une rota- tion du plan de polarisation d'une lumière polarisée linéai- rement, ladite rotation étant basée sur un déphasage des ondes circulaires Le miroir d'angle 4 fonctionne à la ré- flexion et ne nécessite qu'une plaque de retardement quart- d'onde X/4, qui est traversée par les deux rayonnements cir- culants L'azimut du plan de polarisation du rayonnement inci- dent à gauche ou à droite est de + 450 ou -45 par rapport à la normale Derrière la plaque de quart-d'onde, on obtient une lumière polarisée circulairement à droite (lcp) ou une z 504320 lumière polarisée circulairement à gauche (lcp) Cette lumiè- re tombe sur le miroir 4, qui est aimanté perpendiculairement à la surface Ici le rayonnement (rcp) subit un déphasage -r, étant donné qu'il circule à l'encontre de la direction du champ magnétique, et subit, après sa réflexion sur l'ex- trémité arrière du miroir, le déphasage + 1 v, étant donné qu'il a été transformé par réflexion en une lumière lcp Le déphasage résultant appliqué à l'onde circulaire incidente sur la gauche est par conséquent 65 ( 1) 5 = _r = 2 OF= angle de rotation de Faraday. L'onde incidente à droite subit le même phénomène avec un signe opposé Le déphasage est ici 62 ( 3) 62 = r 12 OF On obtient comme déphasage résultant A entre les deux ondes ( 5) A = 6 1 6 2 = 4 e F. La polarisation, qui peut être obtenue par l'intermé- diaire du miroir de Faraday 4, dépend du nombre des couches interférentielles diélectriques mises en place pour l'obten- tion du facteur de réflexion nécessaire Des calculs montrent qu'avec une épaisseur de couche de 5 pm, dans le cas de cou- ches réalisées par croissance épitaxiale, on pourrait obte- nir une polarisation de + 170/s, dans le cas d'un facteur de réflexion égal à environ 9 t',4 % Dans le cas d'échantillons constitués par un grenat YIG, métallisés sur la face arrière et possédant une épaisseur de 5 vm, on obtient des valeurs théoriques de + 670/s pour un facteur de réflexion égal à 99,4 % - On peut ne pas utiliser une plaque de retardement quart-d'onde ?/4 lorsque l'on utilise pour les miroirs d'an- gle voisins du miroir de Faraday, des miroirs qui réalisent un déphasage de 90 entre les composantes p et s Un tel dispositif est représenté sur la figure 4. La constitution du miroir d'angle 14 de la figure 4 correspond à la constitution décrite précédemment du miroir d'angle 4, mis à part l'absence de la plaque quart-d'onde devant ce miroir Le déphasage créé par l'intermédiaire des miroirs dwangle 12 et 13 est obtenu, grâce à une réalisation correspondante de la structure à couches multiples diélec- triques (Voir le document Applied Optics, Volume 19, No 16/ août 1980) Comme cela ressort de la représentation de la figure 4, le rayonnement polarisé linéairement p, qui sort dans le sens des aiguilles d'une montre hors du tube à dé- charge dans un gaz 11, est transformé à l'aide du miroir 12 en un rayonnement polarisé circulairement à gauche lcp, qui tombe sur le miroir de Faraday 14, quitte ce dernier sous la forme d'un rayonnement polarisé circulairement à droite rcp et est alors à nouveau transformé par l'intermédiaire du mi- roir 13, par déphasage, en un rayonnement polarisé linéaire- ment Le rayonnement circulant en sens inverse des aiguilles d'une montre est modifié par le déphasage conformément à sa polarisation Alors que dans le cas d'un rayonnement circu- lant dans le sens des aiguilles d'une montre, ce dernier prend les états lp/lcp/rcp/lp, la séquence des états pris par le rayonnement circulant en sens inverse des aiguilles d'une montre est lp/rcp/lcp/lp. REVENDICATIONS 1 Laser en anneau comportant au moins trois miroirs d'angle ( 2, 3, 4; 12, 13, 14), dont l'un ( 4) porte sur un substrat ( 5) une couche de grenat ferromagnétique ( 6), qui est recouverte d'un grand nombre de couches interférentiel- les ( 7) et est aimantée perpendiculairement à elle-même, caractérisé en ce que le miroir d'angle ( 4) portant la cou- che de grenat ferromagnétique ( 6) est chargé par un rayon- nement polarisé circulairement. 2 Laser en anneau selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'une plaque de retardement quart-d'onde (A/4) ( 8) est disposée parallèlement et en avant de la couche de grenat ferromagnétique ( 6). 3 Laser en anneau selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les miroirs d'angle ( 2, 3; 12, 13), qui sont voisins, sur le trajet du rayonnement, du miroir d'angle ( 4) portant la couche de grenat ferromagnétique ( 6), sont munis d'un grand nombre de couches interférentielles ( 7) qui sont disposées de telle manière que, par suite d'un dé- phasage de 90 , un rayonnement polarisé circulairement est transformé en un rayonnement polarisé linéairement et réci- proquement.