Brevet FR2649498A1 — publié le 19910111

Cellule optique à fluide pour effet non linéaire La présente invention concerne l'obtention d'effets optiques non linéaires tels que l'effet Brillouin et 11 effet Raman qui apparaissent dans certains fluides, notamment dans certains gaz, en présence d'un rayonnement optique dit "générateur". Certains gaz sont utilisés comme milieu optique non linéaire pour réaliser des miroirs dits à conjugaison de phase par utilisation de l'effet Brillouin, comme décrit dans l'article "Stimulated Brillouin Scattering" Norman GOLDBLATT Applied Optics August 1969/Vol 8, Nb 8, p 1559. Les mêmes gaz ou d'autres gaz sont aussi utilisés comme milieu non linéaire optique pour réaliser une conversion de longueur d'onde par utilisation de l'effet Raman "Raman Shifted Nd :YAG Class I Eye-Safe Laser Developpement" R.W.NICHOLS and all. SPIE Vol.610 Scientifie and Engineering Applications of Commercial Laser Devices (1986) p 92. Ces deux effets sont parfois présents simultanément, les conditions de mise en oeuvre des gaz et du rayonnement générateur permettant de favoriser l'un ou l'autre d'entre eux. Le gaz actif utilisé, c'est-à-dire le gaz dont les molécules font apparaltre l'effet optique non linéaire recherché, peut malheureusement être progressivement dégradé sous l'action de la très forte densité d'énergie du rayonnement générateur nécessaire pour obtenir cet effet. Il en résulte une limitation parfois gênante de la durée de vie de la cellule optique contenant ce gaz. Cette limitation peut être évitée en utilisant certains gaz actifs connus, tels que l'hydrogène, qui ne subissent pas de dégradation. Mais l'effet recherché peut obliger, par exemple en raison de la longueur d'onde du rayonnement générateur et de celle du rayonnement induit par cet effet, par exemple du rayonnement converti par effet Raman, à utiliser d'autres gaz actifs. Une situation comparable peut apparaitre si le milieu optique non linéaire est constitué par un liquide. La présente invention a notamment pour buts de réaliser une telle cellule optique présentant une grande durée de vie même si le fluide actif utilisé est d'une nature à être dégradé par le rayonnement générateur qui intervient dans cette cellule. Selon cette invention on ajoute au fluide actif une faible proportion d'un additif d'inhibition propre à établir des liaisons avec des particules électriquement chargées pouvant apparaitre dans ce fluide. Une cellule selon cette invention peut alors comporter - une enceinte contenant un fluide actif capable, lorsqu'il reçoit un rayonnement générateur intense de nature optique, de réagir optiquement par un effet non linéaire qui fait apparaitre un rayonnement induit de nature optique, - une fenêtre pour permettre à un dit rayonnement générateur d'entrer dans cette enceinte, - et une fenêtre pour permettre à un dit rayonnement induit de sortir de cette enceinte, - cette cellule étant caractérisée par le fait que ladite enceinte contient en outre une proportion minoritaire d'un additif d'inhibition apte à établir des liaisons avec des particules électriquement chargées qui peuvent apparaître dans ledit fluide actif notamment sous l'action dudit rayonnement générateur. Diverses dispositions préférées selon cette invention sont les suivantes - La proportion dudit additif d > inhibition est inférieure à 1% en poids de l'ensemble des fluides contenus dans ladite enceinte. - Ledit fluide actif étant un gaz actif constitué d'un corps chimique composé, ledit additif d'inhibition est un gaz électronégatif. - Ledit gaz actif est un alcane et ledit gaz électronégatif est un composé halogèné, et de préférence encore fluoré. - Ledit gaz actif est du méthane CH4 pour convertir un rayonnement générateur de longueur d'onde voisine de 1060 nm par effet Raman en un rayonnement converti constituant-un dit rayonnement induit et présentant une longueur d'onde voisine de 1540 nm. Sa pression est haute, typiquement supérieure à 40 bars, qu'il s'agisse d'obtenir un effet Brillouin ou un effet Raman. - Ledit gaz électronégatif est alors un alcane au moins partiellement substitué par du fluor et présent dans une proportion inférieure à 5 % en moles. Divers gaz, en particulier des gaz rares, peuvent être avantageu sement ajoutés dans certains cas au gaz actif et au gaz électronégatif. L'augmentation de durée de vie obtenue selon la présente invention peut résulter de ce que la dégradation précédemment mentionnée résulte d'une dissociation du gaz actif sous l'action du rayonnement générateur. Selon une possibilité, cette dissociation serait induite par une photolonisation qui ferait notamment apparaître des électrons libres. L'additif d"inhibition pourrait alors inhiber la dissociation en piégeant ces électrons libres. A l'aide de la figure schématique ci-jointe, on va décrire ci-après comment la présente invention peut être mise en oeuvre, étant entendu que les éléments et dispositions mentionnés et représentés ne le sont qu'à titre d'exemples non limitatifs. Le mode de mise en oeuvre donné en exemple comporte les dispositions préférées décrites ci-dessus. Cette figure unique représente une vue d'ensemble d'une cellule à effet Raman selon la présente invention. Le rayonnement optique générateur est fourni par un laser Nd :YAG 1 émettant à 1.060 nm des impulsions de 100 mJ en 15 ns. Ce rayonnement dans le cas le plus simple est focalisé par un système optique 2, à travers une fenêtre d'entrée 6, dans une cellule constituée par une enceinte 3 contenant comme gaz optiquement non linéaire du méthane CH4 sous une pression de 70 bars. Dans la zone focale située à environ 20 cm du système 2, le rayonnement optique générateur induit un effet Brillouin et un effet Raman. L'effet Brillouin se traduit par une réflexion d'une partie du rayonnement optique générateur (avec un très faible décalage en longueur d'onde) vers le laser 1. L'effet Raman se traduit par la conversion à 1.540 nm d'une partie du rayonnement optique générateur. Le rayonnement ainsi converti par effet Raman sort par une fenêtre de sortie 7 et est collimaté par un système optique 5. Dans la zone focale 4 peut apparattre une phototonisation qui est initiée par le champ éIectrique très intense du rayonnement optique générateur en présence de particules ou d'électrons libres qui ont une certaine probabilité d'apparaitre (poussières résiduelles, désintégrations naturelles, rayonnement cosmique...). Pour limiter cette photoSonisation qui conduit à une dégradation du gaz optiquement non linéaire on ajoute un gaz électronégatif, par exemple du tétrafluorométhane CF4 dans une proportion de quelques millièmes afin d'éliminer les électrons et d'empêcher la photofonisation. Cette proportion est par exemple de 0,3% en moles. REVENDICATIONS 1/ Cellule optique à fluide pour effet non linéaire, caractérisée par le fait qu'elle contient une faible proportion d'un additif d'inhibition apte à établir des liaisons avec des particules électriquement chargées. 2/ Cellule optique à fluide pour effet non linéaire comportant - une enceinte (3) contenant un fluide actif capable, lorsqu'il reçoit un rayonnement générateur intense de nature optique, de réagir optiquement par un effet non linéaire qui fait apparaître un rayonnement induit de nature optique, - une fenêtre (6) pour permettre à un dit rayonnement générateur d'entrer dans cette enceinte, - et une fenêtre (7) pour permettre à un dit rayonnement induit de sortir de cette enceinte, - cette cellule étant caractérisée par le fait que ladite enceinte (3) contient en outre une proportion minoritaire d'un additif d'inhibition apte à établir des liaisons avec des particules électriquement chargées qui peuvent apparaître dans ledit fluide actif. 3/ Cellule selon la revendication 2, caractérisée par le fait que la proportion dudit additif d > inhibition est inférieure à 1S en poids de l'ensemble des fluides contenus dans ladite enceinte (3). 4/ Cellule selon la revendication 3, caractérisée par le fait que, ledit fluide actif étant un gaz actif constitué d'un corps chimique composé, ledit additif d'inhibition est un gaz électronégatif. 5/ Cellule selon la revendication 4, caractérisée par le fait que ledit gaz actif est un alcane et ledit gaz électronégatif est un composé halogèné. 6/ Cellule selon la revendication 5, caractérisée par le fait que ledit composé halogèné est un composé fluoré. 7/ Cellule selon la revendication 6, caractérisée par le fait que ledit gaz actif est du méthane CH4 sous haute pression pour convertir un rayonnement générateur de longueur d'onde voisine de 1060 nm par effet Raman en un rayonnement converti constituant un dit rayonnement induit et présentant une longueur d'onde voisine de 1540 nm, et ledit gaz électronégatif est un alcane au moins partiellement substitué par du fluor et présent dans une proportion inférieure à 5 % en moles.