Brevet FR2649548A1 — publié le 19910111

LASER SOLIDE A LONGUEUR DtONDE D'EfIISSION 0,5 - 0,65 MICROMETRES L'invention concerne un laser solidp A longueur d'onde d'émission comprise entre 0,5 et 0,65 micromntres. Un tel laser est utilisable notamment dans les procédés de séparation Isotopiques. Les procédés de séparation d'isotopes d'Uranium par laser sont étudiés depuis plusieurs années. Teur mise en oeuvre nécessite l'excitation sélective des isotopes d'Uranium A partir de sources lasers dont la fréquence doit tre particulièrement bien ajustée et contrôlée. Parmil les solutions qui ont été étudiées jusqu'à présent, il y a celles qui font appel A des sources émettant aux alentours de 16 pm et celles qui émettent entre 0,55 tun et 0,65 uir. Cette dernière approche fait appel A la filière laser A vapeur de cuivre pompant un laser A colorant, dont la technologie est assez critique. Le renouveau d'intérêt des lasers solides, en particulier grâce aux possibilités offertes par le pompage par diodes lasers (rendement, compacité, durée de vie, fiabilité ) ouvre la voie A des solutions nouvelles pour la séparation des isotopes d'Uranium. Certaines solutions A base de lasers solides ont d'ores et déjà été proposées. Cependant ces solutions conduispnt A des dispositifs encombrants et coûteux. L'invention concerne donc un laser émettant à une longueur d'onde comprise entre 0,55!in et 0.65 pim et résolvant ces inconvénients. L'invention concerne donc un lasepr solide A longueur d'onde d'émission 0, 5 - 0,65 micromètres. caractérisé en ce qu'il comporte - un barreau laser A base dl Mg2 SiO4 dopé chrome placé dans une cavité résonante - au moins une diode laser émettant vers le barreau un faisceau de pompe de longueur d'onde comprise entre 0,75 et 0,8 micromètres; - un cristal doubleur de fréquence recevant un faisceau émis par le barreau laser et émettant en échange un faisceau de longueur d'onde 0,5 - 0,65 micromètres. Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre faite à titre d'exemple en se reportant aux figures annexées qui représentent - la figure 1, un premier exemple de réalisation du dispositif selon l'invention; - la figure 2, une variante de réalisation du dispositif de la figure 1; - la figure 3, un deuxième exemple de réalisation du dispositif selon l'invention - la figure 4, une autre variante de réalisation de l'invention Selon l'invention, on prévoit de placer un barreau de Forstérité (Mg2 SI 04) dopé chrome dans une cavité optique et de l'exciter à l'aide d'une diode laser émettant à 0,8 pun. Ce type de diode laser a été conçu spécialement pour l'invention. Il est réalisé à partir d'un composé ternaire GaAlx As 1-X X et sa composition est telle que 0,1 entre 1, 1 et 1,3 pum. Cette onde issue de la cavité optique est ensuite doublée en fréquence dans un cristal non linéaire. Le laser Forstérité dopé chrome (Cr: Mg2 Si04) présente un spectre d'émission à température ambiante allant de 1.167 pmn à 1.345 pm avec un pie d'émission centré sur 1.221 pn. Son spectre d'absorption va de 0.4 à 1.1 pm avec un maximum situé autour de 0.75 pin. Son pompage par une diode laser émettant à la longueur d'onde de 0,8 pm convient donc parfaitement. De plus, un pompage direct par diodes lasers opérant vers 0.8 pumn permet de réaliser une source "état solide" à haut rendement. En effet, la durée de vie de fluorescence est de l'ordre de 15.ls, ce qui est compatible avec les diodes lasers. Elle est particulièrement adaptée pour le pompage par diodes lasers surtout lorsque l'on veut travailler à haute cadence. Dans ce cas, le taux de remplissage (durée d'excitation, fréquence de répétition) est un paramètre important qu'il convient de prendre en compte. Une telle source doublée en fréquence permet d'adapter la longueur d'onde d'émission à celle devant être mise en oeuvre dans des opérations d'excitation sélective d'isotopes d'Uranium, dans la bande 0.55 - 0.65 prm. Plusieurs cristaux peuvent être envisagés dans cette opération de doublage tel que par exemple: - du LiNbO3 - du KTiOP04 connu sous le nom de KTP du phosphate arginine - 1 et son composé deutéré D - LAP connu sous le nom LAP Ce cristal présente, donc potentiellement l'immense avantage d'être accordable sur la fenêtre spectrale du proche infrarouge qui doublée on fréquence couvre le domaine spectral devant être exploré pour l'application mentionnée précédemment. La figure 1 représente un premier exemple de réalisation du dispositif laser selon l'invention. Un barreau 1 en Forstérité (Mg2Si 04) dopé chrome est placé dans une cavité optique constituée par l'une des deux miroirs 3 et 4. La cavité optique peut être également réalisée par deux faces opposées du barreau. Les diodes lasers 2.0, 2.1 à 2.n éclairent le barreau i à l'aide de faisceaux de longueur d'onde 0,8 prm. Ces diodes lasers sont alimentées en courant par un modulateur 7. Le faisceau lumineux généré par le barreau 1 et sortant de la cavité laser 3, 4 est transmis à un doubleur de fréquence 5 en LiNb03 ou en BBO par exemple. Les diodes lasers sont constituée de la manière suivante: La partie active est constituée d'un alliage à base de GaAlAs avec une concentration en aluminium qui permet d'avoir une émission laser pour la pompe à.. soit à 0,8 pm (Ga 9Al As) ou à 0,75 pm (Ga 82AI 18As). Selon l'invention la combinaison d'un laser comprenant le barreau 1 en Forstérité dopé chrome, des diodes lasers 2.0 à 2.n en GaAIAs et du doubleur de fréquence 5 permet d'obtenir un faisceau lumineux de longueur d'onde comprise entre 1,167 pm et 1,345 pm qui doublé par le doubleur de fréquences donne un faisceau de longueur d'onde d'environ 0,6 um (comprise entre 0,5 et 0,65 prm). La figure 2 représente une variante de réalisation du dispositif de la figure 1. Selon cette variante la cavité optique 3, 4 comporte un dispositif de déclenchement (Q switch en terminologie anglo saxonne). La figure 3 représente un exemple de réalisation comportant une diode laser 2 éclairant le barreau laser 1 par l'une des extrémités de la cavité. La diode laser 2 a la même constitution que les diodes lasers 2.0, 2.1 à 2.n) des figures 1 et 2 et émet un faisceau lumineux d'excitation de longueur d'onde 0,8 pm vers le barreau laser 1 en Forstérité. Le dispositif 6 est un dispositif de déclenchement. Le faisceau sortant de la cavité 3, 4 contenant le barreau laser 1 et le dispositif de déclenchement 6, est transmis à un doubleur de fréquence 5 en qui fournit un faisceau de fréquence double (longueur d'onde 0,6 prm). -Conme les diodes lasers de la figure 1, la diode laser 2 pourrait être commandée par un modulateur. La cavité optique 3, 4 pourrait alors être constituée par deux faces opposées clivées du barreau laser 1. Dans ce qui précède on a prévu le cristal doubleur de fréquence 5 situé à l'extérieur de la cavité, mais comme cela est représenté on peut également le placer dans la cavité laser, de préférence entre le barreau laser 1 et la cellule de déclenchement 6. Selon cette variante, les diodes lasers peuvent également être de part et d'autre du barreau laser i ou peuvent entourer le barreau laser. Il est bien évident que la description qui précède n'a été faite qu'à titre d'exemple non limitatif et que d'autres variantes peuvent être envisagées sans sortir du cadre de l'invention. Les exemples numériques et la nature des matériaux indiqués n'ont été fournis que pour illustrer la description. REVENDICATIONS 1. Laser solide à longueur d'onde d'émission 0,5 - 0,65 pmn caractérisé en ce qu'il comporte: - un barreau laser (1) à base de Mg2 Si 04 dopé chrome placé dans une cavité résonante (3, 4); - au moins une diode laser 2,2.0 à 2.n) émettant vers le barreau (1) un faisceau de pompe de longueur d'onde compris entre 0,75 et 0,8 micromètres environ; - un cristal doubleur de fréquence (5) recevant un faisceau émis par le barreau laser (1) et émettant en échange un faisceau de longueur d'onde 0,5 - 0,65 micromètres. 2. Laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite diode laser (2, 2.0 à 2.n) est une diode laser dont la couche active est à base de GaAIAs. 3. Laser selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche active de la diode laser (2, 2.0 à 2.n) a pour composition Ga1_x AIx As avec x compris entre 0,1 et 0,18 1 x s et que cette couche active est enserrée entre deux couches de confinement de composition Ga1y Ay As avec y compris entre 0,2 et 0,4. 4. Laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cristal doubleur de fréquence est à base de BB0 ou de LiNb03. 5. Laser selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de déclenchement (6) placé dans la cavité laser (3, 4) placé sur le trajet du faisceau lumineux. 6. Laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que la diode laser (2, 2.0, 2.n) est commandée par un courant de commande fourni par un modulateur de courant de commande. 7. Laser selon la revendication 5, caractérisé en ce que le cristal doubleur de fréquence (5) est situé dans la cavité (3, 4).