Brevet FR2572224A1 — publié le 19860425

Un appareillage laser est utilisé pour obtenir un rayonnement monochromatique cohérent dans le domaine'visible. ou proche du visible, du spectre électromagnétique. Le rayonnement émis par un laser peut 8tre continu ou impulsionnel et sa longueur d'onde peut étre comprise entre des limites très espacées tandis que sa puissance peut aller de quelques milliwatts à plusieurs kilowatts. Un laser se compose essentiellement d'un milieu actif qui peut Etre stimulé par une source d'énergie appropriée pour produire le rayonnement émis. Le milieu actif peut 8tre un solide, un. liquide ou un gaz et est situé & l'intérieur d'une cavité optique délimitée par deux éléments réfléchissants tels que des miroirs. Le rayonnement d'un tel laser est généralement obtenu en prenant les dispositions nécessaires pour que l'un des éléments réfléchissants disposés aux extrémités de la cavité optique transmette un maximum d'environ 10% de la puissance disponible à l'intérieur de cette cavité, tandis que l'autre élément réfléchissant est généralement réfléchissant à 100%. L'élément réfléchissant à transmission partielle, par lequel sort le rayonnement émis par le laser, est généralement un miroir recouvert d'un revêtement à haute densité formé de plusieurs couches, qui détermine la réflectivité du miroir. Un tel revêtement est coûteux à réaliser, provoque des pertes et des réflexions et peut être endommagé par la puissance du rayonnement émis par le laser. Il est souvent souhaitable, sinon essentiel, que le rayonnement émis par un laser soit polarisé rectilignement. Cet impératif nécessite l'inclusion d'un élément polarisant dans la cavité optique du laser. Cet élément polarisant peut Etre réalisé sous différentes formes, mais entraîne inévitablement des pertes supplémentaires. Pour obtenir des impulsions de rayonnement d'un laser d'amplitude plus grande que dans le mode de fonctionnement normal, on utilise la méthode dite "à modulation du facteur Q" ou, encore, "fonctionnement en mnde déclenché". Ce mode de fonctionnement est obtenu en montant un dispositif de commutation de polarisation dans la cavité optique du laser de sorte que le plan de polarisation du rayonnement à l'intérieur de la cavité puisse tre changé. Cette méthode permet de délivrer des impulsions de rayonnement de grande puissance et de courte durée lorsque les électrons du milieu actif d'un laser peuvent tre maintenus assez longtemps à leur niveau d'énergie supérieur pour permettre une importante inversion de population par accumulation d'énergie fournie de l'extérieur. La modulation du facteur Q, qui produit une brusque augmentation du facteur Q de la cavité résonnante du laser, a pour résultat que l'énergie accumulée dans cette cavité est libérée sous la forme d'impulsions de grande puissance. L'injection d'énergie peut tre réalisée par excitation continue du milieu actif du laser ou par excitation impuisionnelle. Le terme "excitation continue" est employé pour indiquer que l'excitation doit durer aussi longtemps qu'il est nécessaire pour créer une inversion de population suffisamment importante dans le milieu actif. La grande puissance disponible dans la cavité optique peut Qtre extraite de celle-ci par la méthode appelée "décharge de la cavité". Cette méthode consiste à monter un élément polarisant tel qu'une fenêtre de Brewster à l'intérieur de la cavité optique du laser. Le manque d'efficacité d'un tel élément pour le couplage de la puissance disponible à l'intérieur de la cavité optique est tel que la puissance de sortie maximale qui peut être obtenue est égale à environ 60 à 70X de la puissance disponible dans la cavité optique du laser. De plus, le faisceau de sortie d'un tel laser n'est pas émis suivant l'axe optique de celui- ci et forme donc un angle avec cet axe. Cette caractéristique peut, pour le moins, Etre gnante. L'invention a pour but la réalisation d'un appareillage laser qui ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus. L'appareillage laser selon la présente invention J comporte une paire d'éléments réfléchissants délimitant une cavité optique de laser, et un milieu actif de laser contenu dans cette cavité optique, les dispositions nécessaires étant prises pour que ce milieu actif soit stimulé pour -tre le siège de l'effet laser, au moins un des éléments réfléchissants étant un polariseur à grille et au moins iun des éléments réfléchissants étant partiellement transparent au rayonnement produit à l'intérieur de la cavité optique du laser lorsque le milieu actif de celui-ci est stimulé. Dans une forme de réalisation de l'invention, l'appareillage laser décrit au paragraphe précédent comporte un dispositif de commutation de polarisation électro-optique biréfringent monté dans la cavité optique. - Le milieu actif du laser est, de préférence, un milieu gazeux qui peut etre stimulé par une décharge électrique pour produire un rayonnement dont la longueur d'onde est comprise dans le domaine infrarouge du spectre électromagnétique. Un polariseur à grille est un élément optique formé d'un réseau de lignes ou bandes parallèles en matériau métallique porté par un substrat transparent au rayonnement laser. La largeur et l'espacement des lignes formant la grilla déterminent la réflectivité du polariseur et la longueur d'onde à laquelle il peut tre utilisé. Le polariseur à grille a pour effet de transmettre le rayonnement incident polarisé dans un plan perpendiculaire aux lignes formant la grille, c'està-dire dans son plan de transmission. Le rayonnement polarisé dans uin plan parallèle aux lignes formant la grille est réfléchi. Le rayonnement polarisé dans un plan autre que les précédents, ou polarisé non rectilignement, peut tre partiellement réfléchi et partiellement transmis, tout rayonnement réfléchi étant polarisé perpendiculairement au plan de transmission du polariseur -à grille. L'invention est décrite ci-après en se réfêrant aux dessins annexés. T 3-Jos ap JioTBw ai s-^wg: - siw9 IuawauuAlej a- anb aew. ep uo6-4T-e e uo;testielod e qsa anbTqdo eTT^en el suepSú quesau 4uaweuuooej al anb a:ilnse ua VII 'aII>J e dnasiJelod al -ed sTwsueàq quawaldwon no -uawelLai-;ed 4sa sueld sanepp suapesTjeLlod -umwauuoAe al anb s5pue- e!q491tiJ qsa luoissiwsue- ap ueld ne uamdTeinTpueddmd s;elod i aITU5 - -nas;ielod al jed nôaJ quawauuoAeJ a- 'anbuomlanb O0 uo 7-)4esijeIc3d aun jio^-e 4nad t uie6 V ainilaeD el jed s1we uawauuo,%eJ mI eleuuol.43uo+ jasel al anbsAoq -uoTisswsueJw ap ueld uos q quawaiTeln3puadjad pslielod quawauuoxed mI %0I e. asse4lIJ ITnb uo@e alla- ap esiIeei 4sa alIO i anasTdelod a -anb;tdo l^e Pel_ sp azueua^oJd u3 IuapTmuT 4uawauuoAeJ np %0T uoAT^uaep wnwixew un 4awsueOJ iPnb agdos ap quesslu4gi -TwEs npuBaJ sa s losTw al eT a81Jn6T1 el ap Uo4es5TIe9 ap awdo+ el sueO.xnmzeO naT.Iw un Jainwts ap;snuuoD uel.q 4suelow saJ4nerp aqsxma Il 'sapo4Dal;p aJTed aun a4ua O 4ze6 un suep enbii4mel a J-e4mep aun aiTnpoid i aeux4sap enbijqzale uoTq-e-uawTil aun _aq-ÀodwoD 4uawasnaỉe:ueA.e ua^ned uob. :elnwT4s ap suaAow sa1 'nb4u6ewojqal as sads np ulequToI BnoJeduTlI no aOnodeJ+uT I ap euiewop al suep as!dwom -4sa apuo;p inan6uol el 4uop quawauuoAei un aAinpoJd Sl ncod japel 4a8a+e! adqejedde asTe+ À Anod ze6 ap aOueIw ae Inwi-s ep que-wawad suaAow ap an^Jnod 4sa t ute6 -q ainilam e- -xnaze6 leqe,1 - a4oze;p la wniI;qp sanbiuoqjen ze6 ap a6ueiw un1nb LaS xnaze6 *IDte nasITw un queuasuom t ulei ç ainlla aun aAnod as anb- tdo iT^e3 el ap ànaSgiUl 01 ú anbxqdo axe un q 4uawalswiou sesodsip queq suess4IJ squawgle san 4TTmJqxa asJneI q Z allp6 'le inasTJelod U'np $a 9qiwqdxa aun I J ioJTw unp aw-jo el snos sgslIepi s$uessiqmI+ej squawsIp aJTed aun Jed aqTuwIep qsa Jasel un;p anbiqdo g^TeA el anb I asn6Tz el ins qTo^ uo -uol4ua^ul ap uoqwsTIe ap sawjo+ sai4neep uolas Jasel unp sewpqDs sap quos ú qa Z saJn6 + sal UoTuaAulI ap uo01esilegi ap awjo+ aBQlwajd aun uolas jasel unp ewemms un qsa T a-4n6O er Iua5jawp quawauuoA. e np sBlediluxJd saBuesodwom sil aJua o06 Bp 3seqd Bp amueJe-gTp aun aJpua6ua IT Sú 4açnbtldds- qsa inl aeTJdoJdde anbtajal uoisuaq aunnbsJol anb tam Isa 9 uonesT-elod ap jna:e4nwwo3 el anb 4awpe uO 's[lll V -na sTelod np uoisstwsueiJ ap ueld ne qoddeJ Jed uo;essxelod el ap uoi4elnpow ap wnwtxew al aJinpoid rnod uaij0o 4sa 9 uot esTJelOd ap jnae5inwwoD al &uasgida O0 ae5uow BaL suea 'uesJa^eJ4 al quwauuoAei np uo!-esiJelod el IB5uwe4 inod gnbTIdde aBq Xnad anbTj43al dwe4a un ianbnie wnlwpe ap aJninlleq al no wnilleB ap aJnTUpsIeT rib 1im sdAoM unp leqslJD unp aWJOJ el snos esTIee a.q -nad jaiTuJap aj (.gOlMs-. 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Avec une telle lame quart d'onde, le cristal du commutateur de polarisation 6 passe A l'état "fermé" lorsqu'une tension lui est appliquée. Un problème rencontré dans l'utilisation deun polariseur à grille de la fagon décrite ici est celui de la. réalisation d'un polariseur suffisamment robuste. Les polariseurs a grille réalisés par les procédés courants sont facilement.endommagés par les impulsions émises par ur laser A gaz carbonique de 10 watts de puissance. On s'est aperqu qu'il était possible de réaliser des polariseurs a grills beaucoup plus robustes à l'aide des procédés de gravure couramment employés pour la fabrication des dispositifs A semi- conducteur. Ces procédés sont décrits dans un article en anglais intitulé "Lift-off techniques for Fine Line Metal Patterning" (Procédés de gravure pour la réalisation de motifs à traits fins), par J.M. Frary et P. Seese, publii dans la revue Semiconductor International, numéro de décembre 1981, pages 72 à 88. REVENDICATIONS 1. Appareillage laser comportant une paire d'éléments réfléchissants (1), (2) délimitant une cavité optique, et un milieu actif contenu dans cette cavité optique et pouvant tre stimulé pour produire l'effet laser. caractérisé en ce qu'au moins un des éléments réfléchissants (1), (2) est partiellement transparent au rayonnement produit à l'intérieur de la cavité optique lorsque le milieu actif est stimulé. 2. Appareillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément réfléchissant (1) ou (2) partiellement transparent est un polariseur à grille. 3. Appareillage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les deux éléments réfléchissants (1) et (2) sont des polariseurs à grille dont les plans de transmission sont parallèles entre eux. 4. Appareillage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un dispositif de commutation de polarisation (6) est monté dans la cavité optique. 5. Appareillage selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de commutation de polarisation (6) est un commutateur électrooptique biréfringent à modulation du facteur Q. 6. Appareillage selon l'une des revendications t à 5, caractérisé en ce que le milieu actif du laser est un milieu gazeux stimulé par une décharge électrique. 7. Appareillage selon la revendication 6, caractérisé en ce que le milieu actif émet dans le domaine infrarouge du spectre électromagnétique. 8. Appareillage selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le polariseur à grille est réalisé par un procédé de gravure classique.