Brevet FR2601520A1 — publié le 19880115

La présente invention concerne les lasers, et en particulier les lasers dans lesquels la cavité optique est "repliée" en un certain nombre de tronçons. L'un des facteurs qui conditionnent la puissance de sortie du laser est la longueur du trajet optique traversant un milieu.actif excité. La longueur du trajet optique dépend donc de la puissance de sortie demandée. Les dimensions physiques du laser sont toutefois déterminées par d'autres considérations, et il est habituel de "replier" le trajet optique d'un laser pour diminuer sa longueur réelle. On effectue le repli au moyen de prismes ou de miroirs placés à l'extrémité de chaque tronçon de laser, et il est nécessaire de s'assurer que les réflecteurs restent correctement alignés. Ceci est un problème important qui s'aggrave lorsque le nombre des replis augmente. Le but de l'invention est de proposer un laser à replis multiples de construction simple et robuste. On propose, conformément à la présente invention, 20 un laser à replis multiples, comprenant une cavité optique qui s'étend entre deux réflecteurs d'extrémité et qui est définie par au moins trois tronçons, un certain nombre de réflecteurs de repli disposés chacun pour diriger un rayonnement provenant d'un tronçon en direction du tronçon 25 suivant, un milieu actif remplissant une partie ou la totalité de ces tronçons, des moyens d'excitation pour provoquer l'effet laser dans le milieu actif contenu dans une partie au moins des tronçons, et un élément formant support disposé de façon à supporter les réflecteurs 260 1 520 d'extrémité et les réflecteurs de repli autour d'une surface sensiblement cylindrique de telle manière qu'un trajet optique continu s'étende entre les deux réflecteurs d'extrémité en passant successivement par chacun des 5 réflecteurs de repli, trois au moins de ces tronçons traversant une partie substantielle de la zone située à l'intérieur du cylindre et chacun de ces tronçons croisant au moins un autre de ces tronçons sur l'axe ou près de l'axe de la surface cylindrique quand on regarde le long 10 de cet axe. On utilise le terme "surface sensiblement cylindrique" pour définir la forme générale de l'élément formant support. Celle-ci peut aller d'un simple anneau jusqu.'à un cylindre de hauteur importante. La surface sensiblement cylindrique peut être réalisée à partir d'un certain nombre de tronçons rectilignes constituant une figure à plusieurs côtés, au lieu d'un cylindre circulaire. On va maintenant décrire l'invention en 20 référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure I représente un tracé schématique illustrant une disposition possible des réflecteurs d'extrémité et des réflecteurs de repli; - la figure 2 représente une vue en plan d'un 25 premier mode de réalisation d'un laser comprenant la disposition de la figure I; - la figure 3 représente une vue en coupe partiellement schématique du laser de la figure 2 selon la ligne III-III; et - la figure 4 représente une vue partiellement en coupe d'un second mode de réalisation. La figure 1 représente uniquement les réflecteurs et le trajet optique d'un laser à gaz à replis multiples conforme à l'invention. Un élément formant support de forme circulaire et représenté par la ligne en tirets 10, supporte un certain nombre de réflecteurs régulièrement espacés ayant chacun leur surface réfléchissante dirigée vers l'intérieur. De façon plus particulière, un réflecteur 11 est réfléchissant à 100 % et constitue un réflecteur d'extrémité de la cavité optique du laser, tandis qu'un autre réflecteur 12 est partiellement transparent, constitue l'autre réflecteur d'extrémité de la cavité, et 15 fournit un faisceau de sortie 13. Neuf autres réflecteurs de repli 14 sont prévus dans le mode de réalisation représenté, les onze réflecteurs étant régulièrement espacés à la périphérie de l'élément formant support 10. La figure montre comment est disposé le trajet optique, 20 chaque tronçon compris entre deux réflecteurs traversant une partie substantielle de la zone située à l'intérieur de l'élément formant support 10. Une disposition telle que celle représentée à la figure 1 rend possible la réalisation d'un support robuste 25 et simple de tous les réflecteurs, qui doit être capable de maintenir un alignement correct des réflecteurs lorsqu'il est soumis à des contraintes thermiques ou mécaniques, ce qui est un point très important pour les lasers à replis multiples. Cette disposition présente également l'avantage qu'elle permet d'utiliser, selon les besoins, un nombre quelconque, supérieur à deux, de tronçons: il suffit pour cela d'enlever les autres réflecteurs et de positionner de façon convenable le réflecteur d'extrémité. Ceci permet d'utiliser un mode de construction standard pour une gamme de lasers ayant des puissances de sortie différentes. - Les figures 2 et 3 représentent une réalisation pratique d'un laser utilisant le principe de la figure 1. 10 La figure 2 est une vue en plan d'un laser ayant un nombre de tronçons identique à celui représenté à la figure 1. L'élément formant support 10 comprend un anneau métallique comportant des ouvertures radiales 15, ménagées dans l'anneau dans despositions o des miroirs sont nécessaires. Les miroirs 11, 12 et 14 sont fixés au bord extérieur de l'anneau 10. Un collecteur creux cylindrique 16 est situé au centre de l'anneau 10. Chaque tronçon de laser s'étendant entre deux miroirs placés sur des côtés opposés de l'anneau 10, traverse le collecteur 16, et des ouvertures 17 sont ménagées dans la paroi du collecteur 16 à cet effet. Comme représenté schématiquement à la figure 2, sur chaque tronçon de laser entre l'anneau support 10 et le collecteur 16, sont disposées deux zones d'excitation 25 séparées en forme de tubes à décharge 18. Le laser représenté à la figure 2 comporte ainsi 10 tronçons et un total de 20 tubes à décharge d'excitation. La figure 3 représente une vue en coupe le long de la ligne III-III de la figure 2 qui représente avec plus de détails la disposition d'une paire de tubes à décharge. Chaque tube à décharge 18 s'étend, comme représenté à la figure 3, entre l'anneau support extérieur 10 et le collecteur central 16. Chaque tube à décharge est muni d'un orifice d'entrée de gaz 19 à travers lequel le milieu gazeux actif peut pénétrer dans chaque tube à décharge. Le gaz s'écoule ensuite le long du tube jusqu'au collecteur central 16. Chaque tube à décharge est muni d'une électrode anode 20 faisant saillie à l'intérieur du 10 tube à décharge et d'une cathode 21 qui ont pour but de fournir la décharge d'excitation nécessaire. Il est prévu un système de circulation de gaz qui est également représenté schématiquement à la figure 3. Une pompe 22 soutire le gaz venant du collecteur central 15 16 en passant par un échangeur de chaleur 23 qui élimine la chaleur provoquée par les décharges électriques. On peut placer en aval de la pompe 22 un autre échangeur de chaleur 24 à partir duquel le gaz retourne ensuite jusqu'aux tubes à décharge à travers les orifices d'entrée 20 de gaz 19. L'invention propose donc, et c'est l'un de ses principaux avantages, un mode de construction simple qui donne un support rigide pour tous les réflecteurs du laser. On comprendra que la description ci-dessus se réfère à un mode de réalisation particulier de l'invention, et que l'on peut modifier de nombreuses caractéristiques de celui-ci. On peut n'utiliser, comme on l'a déjà suggéré, qu'un nombre réduit de tronçons du laser pour obtenir une puissance de sortie plus faible. On peut réaliser cela en enlevant effectivement quelques-uns des tubes à décharge 18 et des miroirs 14, ce qui donne ainsi un laser comportant un nombre de replis plus petit. On peut, en variante, prévoir tous les tronçons, certains de ceux-ci 5 pouvant ne pas être excités par une décharge électrique, ce qui réduit le gain du laser et donc la puissance de sortie. Ceci constitue en fait un procédé simple de réglage de la puissance de sortie. On peut, au lieu de prévoir une électrode cathode séparée 21 sur chaque tube à décharge, utiliser le collecteur central comme électrode commune s'il est réalisé en un matériau conducteur de l'électricité. Le laser décrit plus haut utilise un écoulement continu de gaz, mais le système peut être étanche si l'on 15 n'a besoin que de faibles puissances de sortie. Le système de circulation de gaz, s'il existe, peut être différent de celui de la disposition générale représentée à la figure 3. On peut, par exemple, alimenter les tubes à décharge en gaz à travers l'anneau support 10, si celui-ci est creux. 20 Il est clair que le mode de construction représenté aux figures 2 et 3 entraîne une limitation du nombre des tronçons que l'on peut utiliser. Cette limitation est due à la nécessité de prévoir pour chaque tube à décharge des ouvertures séparées dans le collecteur 25 central. Il est toutefois possible de ne pas se limiter à la disposition des tubes à décharge dans un plan unique, en disposant par exemple les miroirs portés par l'anneau support 10 alternativement à deux niveaux différents. La figure 4 représente une vue en coupe simplifiée d'une partie d'une telle disposition, et montre des rangées supérieure et inférieure de miroirs 14 disposées autour de l'anneau support 10. Les tronçons du laser sont maintenant inclinés par rapport au plan qu'ils occupaient dans le mode de réalisation précédent. On peut de cette manière, doubler le nombre des tronçons. L'élément formant support 10 a, dans les modes de réalisation décrits, une forme circulaire. Cette forme circulaire est la forme la plus simple et la plus commode, 10 mais il serait possible de donner à l'élément support une autre forme quasi circulaire quelconque. L'élément support pourrait, par exemple, être heptagonal si. l'on utilise un total de 7 miroirs. Il n'est même pas essentiel que les différents tronçons du laser soient de même longueur, même 15 si cette caractéristique est commode pour faciliter la construction. Les divers miroirs peuvent être des dispositifs courbes ou plans ou même en forme de.toit. Si l'on utilise des miroirs individuels sphériques, il faut maintenir petit l'angle de repli entre deux tronçons adjacents du trajet optique, par exemple inférieur à 20 . Il n'est pas nécessaire que le milieu actif du laser soit un gaz ou un mélange de gaz, même si c'est pour les laser à gaz de puissance élevée que l'on utilise le 25 plus couramment le principe du laser à replis. -- 2601520 REVENDICATIONS 1. Laser à replis multiples, comprenant une cavité optique qui s'étend entre deux réflecteurs d'extrémité (11, 12) et qui est définie par au moins trois tronçons, 5 un certain nombre de réflecteurs de repli (14) disposés chacun pour diriger un rayonnement provenant d'un tronçon en direction du tronçon suivant, un milieu actif remplissant une partie ou la totalité de ces tronçons, des moyens d'excitation (20, 21) pour provoquer l'effet laser dans le milieu 10 actif contenu dans une partie au moins des tronçons, caractérisé en ce qu'il comprend un élément formant support (10) disposé de façon à supporter les réflecteurs d'extrémité (11, 12) et les réflecteurs de repli (14) autour d'une surface sensiblement cylindrique de telle manière qu'un trajet optique continu s'étende entre les deux réflecteurs d'extrémité (11, 12) en passant successivement par chacun des réflecteurs de repli (14), trois au moins de ces tronçons traversant une partie substantielle de la zone située à l'intérieur du cylindre et chacun de ces tronçons croisant 20 au moins un autre de ces tronçons sur l'axe ou prés de l'axe du cylindre quand on regarde le long de cet axe. 2. Laser conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les réflecteurs d'extrémité (11, 12) et les réflecteurs de repli (14) sont tous situés dans un seul et 25 même plan. 3. Laser conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les réflecteurs d'extrémité (11, 12) et les réflecteurs de repli (1) qui se succèdent sur le trajet optique sont alternativement situés dans l'un ou l'autre de deux plans parallèles. 4. Laser conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le milieu actif comprend un milieu gazeux. 5. Laser conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que chaque tronçon du laser muni de moyens d'excitation (20, 21) comprend deux tronçons d'excitation séparés (18). 6. Laser conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que cuhaque tronçon d'excitation (18) est muni d'une électrode anode (20) et d'une électrode cathode (21). 7. Laser conforme à l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le milieu actif gazeux s'écoule dans chacun des tronçons, le laser 15 comprenant des moyens de pompage (22) pour provoquer l'écoulement du gaz et un échangeur de chaleur (23, 24) pour éliminer la chaleur dégagée par l'effet laser. 8. Laser conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que chaque tronçon d'excitation (18) est 20 relié à un collecteur central (16) à travers lequel le milieu gazeux actif s'écoule en direction des moyens de pompage (22) et des moyens formant échangeur de chaleur (23, 24). 9. Laser conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que le collecteur central (16) constitue une 25 électrode commune à tous les moyens d'excitation (20, 21). 10. Laser conforme à la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que l'élément formant support (10) comprend un tube creux à travers lequel le gaz s'écoule dans chacun des tronçons d'excitation (18).