Brevet FR2679709A1 — publié le 19930129

La présente invention est relative à un laser comportant un milieu à gain ou milieu amplificateur, à l'état solide, et plus particulièrement un laser à solide dans lequel le milieu amplificateur est pompé par une diode-laser sous un angle par rapport à l'axe optique du laser. De nombreuses configurations nouvelles ont été -mises au point pour profiter de la petite dimension, de la haute fiabilité et de la grande efficacité des sources de pompage à diode-laser Les géométries avec pompage par l'extrémité ont été utilisées pour démontrer les efficacités de conversion les plus élevées et produire typiquement des faisceaux de sortie limités par la diffraction Cependant, la puissance de sortie des lasers à pompage par l'extrémité a été limitée du fait de la difficulté de coupler efficacement la puissance de pompage à partir de diodes-lasers multiples dans le volume de mode du milieu amplificateur à l'état solide Des lasers à pompage latéral sont facilement élevés vers des hautes puissances comme décrit par Burnham et Hayes dans Optics Letters 14:27, 1989, mais ces lasers souffrent de rendements de conversion faibles et/ou d'une qualité réduite du faisceau La grande efficacité des lasers à pompage par l'extrémité est due à l'absorption plus élevée de la puissance de pompage, au chevauchement excellent entre le volume de pompage et le mode du laser et aux densités de pompage plus élevées. La puissance de sortie des structures à pompage par l'extrémité a été accrue en utilisant des sources multiples couplées au milieu amplificateur par multiplexage de: ( 1) le nombre d'extrémités, ( 2) les polarisations de la lumière de pompage, ( 3) des fibres couplées aux sources et ( 4) des angles d'incidence. Chacune de ces méthodes comportent des désavantages en ce qui concerne la complexité, le rendement et/ou les limitations de la grandeur de l'accroissement de la puissance de sortie qui peuvent être obtenues Les nombreuses surfaces dans les lasers à extrémités (ou faces) multiples par exemple comme décrit par Baer dans le brevet des Etats Unis N 4 837 771 peuvent accroître la complexité et les pertes du résonateur Le rendement des lasers à solide pompés par diode diminue rapidement avec les pertes de résonateur si le laser à extrémités multiples présente un gain faible Le couplage de polarisation peut fournir seulement un facteur d'accroissement de deux dans la puissance de pompage et fournit donc un accroissement faible dans la sortie du laser Des lasers à couplage par fibre ont été décrits par Kubodera et Noda, Applied Optics 21:2466, 1982 Le couplage par fibre réduit la brillance de pompage et résulte, typiquement, en une perte de 40 % de la lumière de pompage Une plus faible brillance de pompage conduit à un gain plus faible et, à son tour à un rendement d'extraction du laser plus faible Fan et al ont décrit l'utilisation de multiplexage de l'angle d'incidence pour obtenir un accroissement de puissance dans Optics Letters 14:1057, 1989 Bien que des rendements plus grands ont été établis en utilisant cette technique, des contraintes spatiales limitent le nombre de sources de pompage individuelles qui peuvent être utilisées et cette technique est incompatible avec l'utilisation de barrettes de diodes-lasers comme source de pompage. Egalement étant donné que les sources de pompage sont disposées transversalement à l'axe optique du laser, une seule extrémité du milieu amplificateur peut être pompée sans interférer avec la cavité optique du laser. Des lasers pompés le long de l'axe optique utilisent des revêtements dichroïques pour transmettre la lumière de pompage dans le milieu amplificateur et réfléchir la lumière du laser en retour dans la cavité optique Ces revêtements présentent une transmission limitée et résultent typiquement en une perte de 10 à 15 % de la puissance de pompage incidente. Pour surmonter les difficultés de la technique antérieure on a développé selon l'invention un laser à Nd:YAG à pompage par extrémité utilisant, comme source de pompage, une barrette de diodes-lasers de grande puissance, dans une disposition qui permet une augmentation de la puissance de sortie efficace jusqu'aux limites des matériaux. L'invention a pour objet: de réaliser un amplificateur laser à solide ayant un rendement de conversion élevé sans être trop complexe; de réaliser un laser à solide compact à pompage par extrémité; de réaliser une source de pompage de laser qui produit une lumière de pompage qui frappe le milieu amplificateur à l'état solide sous un angle qui permet l'utilisation de plusieurs barrettes de diodes selon une disposition circonférentielle pour accroître la puissance de sortie; de permettre que les deux extrémités d'un milieu amplificateur à l'état solide puissent être pompées simultanément; de réaliser une source de pompage de laser ayant un rendement élevé; de réaliser un transfert à haut rendement de la puissance de pompage à partir d'une source de pompage de laser à un milieu à gain à l'état solide; de réaliser une source de pompage de laser qui n'interfère nullement avec le fonctionnement du résonateur du laser ou ni ne compromette ce fonctionnement; de réaliser une source de pompage de laser ayant une très grande intensité afin de produire un gain élevé dans un milieu à gain ou milieu amplificateur; de fournir un système de contrôle thermique pour contrôler la température d'une diode laser. La présente invention est relative à des barrettes de diodes de couplage optique dans des milieux amplificateurs à pompage par l'extrémité et à l'état solide, le multiplexage géométrique hors-axe de diodes- lasers et des constructions de lentilles pour produire des taches de grande intensité avec des barrettes de diodes Etant donné que le système laser de la présente invention est destiné à l'usage général, il doit fournir un faisceau TEMOO de haute qualité pour l'accrochage de mode, le doublement efficace et d'autres applications optiques non-linéaires. Selon un aspect de l'invention, celle-ci concerne un amplificateur laser comprenant un milieu amplificateur à l'état solide et au moins un moyen de faisceau de pompage Le milieu amplificateur à l'état solide est disposé le long d'un trajet optique qui comporte une première et une seconde surfaces d'extrémités opposées qui sont intersectées par le trajet optique précité Le milieu amplificateur produit de l'énergie optique le long du trajet optique en réponse à un faisceau d'énergie de pompage Ledit au moins un moyen de faisceau de pompage est décalé relativement au trajet optique et il est distribué circonférentiellement autour de celui-ci Chaque moyen de faisceau de pompage produit et dirige un faisceau de pompage sur l'une des première ou seconde surfaces d'extrémité opposées du milieu amplificateur à l'état solide. Selon un autre aspect, l'invention est relative à un oscillateur laser comprenant une cavité optique, un milieu amplificateur à l'état solide et au moins un moyen de faisceau de pompage La cavité optique comporte un premier et un second éléments optiques Le premier élément optique reçoit l'énergie optique le long d'un trajet optique et réfléchit l'énergie optique en retour le long du trajet optique Le second élément optique reçoit l'énergie optique le long du trajet optique et réfléchit une portion de l'énergie optique en retour le long du trajet optique et couple le restant de l'énergie hors de la cavité optique Le milieu amplificateur à l'état solide est disposé le long du trajet optique entre le premier et le second éléments optiques Le milieu amplificateur comporte une première et une seconde surfaces d'extrémité opposées qui sont intersectées par le trajet optique Le milieu à gain produit l'énergie optique le long du trajet optique en réponse à un faisceau d'énergie de pompage. Le moyen à faisceau de pompage est décalé par rapport à l'axe optique et il est distribué circonférentiellement autour de celui-ci Chaque moyen de faisceau de pompage produit et dirige un faisceau de pompage sur une des première ou seconde surfaces d'extrémité opposées du milieu amplificateur à l'état solide. Suivant encore un autre aspect, l'invention consiste en un oscillateur laser comprenant une cavité optique, un milieu amplificateur à l'état solide et au moins deux moyens de faisceau de pompage La cavité optique comporte un premier élément optique et un second élément optique Le premier élément optique reçoit de l'énergie optique le long d'un trajet optique et réfléchit l'énergie optique en retour le long du trajet optique Le second élément optique reçoit l'énergie optique le long du trajet optique et réfléchit une portion d'énergie optique en retour le long du trajet optique et couple le restant de l'énergie hors de la cavité optique Le milieu amplificateur à l'état solide est disposé le long du trajet optique entre le premier et le second éléments optiques Le milieu à gain comporte une première et une seconde surfaces d'extrémité opposées qui sont intersectées par le trajet optique Le milieu amplificateur produit de l'énergie optique le long du trajet optique en réponse à un faisceau d'énergie de pompage L'un des moyens de faisceau de pompage produit plusieurs faisceaux de pompage et dirige cette pluralité de faisceaux de pompage sur une surface opposée du milieu amplificateur à l'état solide et les seconds moyens à faisceau de pompage produisent plusieurs faisceaux de pompage et dirigent cette pluralité de faisceaux de pompage sur l'autre surface opposée du milieu amplificateur à l'état solide Les faisceaux de pompage sont dirigés sur les surfaces opposées du milieu amplificateur à l'état solide suivant des directions distinctes différentes de la première et de la seconde directions. Suivant encore un autre aspect, l'invention concerne un système de contrôle thermique pour contrôler la température d'une diode laser Le système de contrôle thermique comprend un conducteur thermique qui conduit de la chaleur à partir de la diode-laser et un contrôleur thermique qui est connecté au conducteur thermique et contrôle la conduction de la chaleur à partir du conducteur thermique vers un puits thermique. Sur les dessins annexés: la Figure 1 est une vue en plan, par-dessus, schématique, d'un premier mode de réalisation d'un oscillateur laser selon la présente invention; la Figure 2 est un graphique dans lequel on a illustré la puissance de sortie du premier mode de réalisation de l'invention en tant que fonction de la puissance d'entrée absorbée; la Figure 3 A est une vue d'extrémité schématique d'un second mode de réalisation de l'invention; la Figure 3 B est une vue d'extrémité schématique d'un troisième mode de réalisation de l'invention; la Figure 3 C est une vue d'extrémité schématique d'un quatrième mode de réalisation de l'invention; la Figure 4 A est un diagramme schématique de la source de pompage et de la lentille de faisceau de pompage de la présente invention, illustrées dans le plan parallèle à l'arrangement de diodes-lasers constituant la source de faisceaux de pompage; la Figure 4 B est un diagramme schématique de la source de pompage et de la lentille de faisceau de pompage de la présente invention, illustrées dans le plan perpendiculaire à l'arrangement de diodes-lasers de la source de faisceaux de pompage; la Figure 5 est un diagramme de trace de rayonnement montrant la propagation de la lumière de pompage à partir d'une source de faisceaux de pompage à travers la lentille de faisceau de pompage vers un point focal à travers une optique classique, pour la présente invention dans le plan parallèle à l'arrangement de diodes-lasers; la Figure 6 est une représentation du contour de fluorescence à 1064 nm émise à partir d'un milieu amplificateur à l'état solide lorsqu'il est pompé par les moyens de faisceau de pompage pour le premier mode de réalisation de la présente invention Le sommet du contour correspond à une intensité de pompage de 600 W/cm 2; la Figure 7 A est un diagramme schématique de la source de faisceaux de pompage et d'une variante de la lentille de faisceau de pompage pour la présente invention, illustrées dans le plan parallèle à l'arrangement de diodes-lasers de la source de faisceaux de pompage; la Figure 7 B est un diagramme schématique de la source de faisceaux de pompage et d'une variante de la lentille de faisceau de pompage pour la présente invention, illustrées dans le plan perpendiculaire à l'arrangement de diodes-lasers de la source de faisceaux de pompage; la Figure 8 est un diagramme de trace de rayonnement montrant la propagation de la lumière de pompage à partir d'une source de faisceaux de pompage à travers une lentille de faisceau de pompage, qui constitue une variante, vers un point focal à travers une optique à réseau de micro-lentilles, pour la présente invention dans le plan parallèle à l'arrangement de diodes-lasers de la source de faisceaux de pompage; la Figure 9 est une représentation de contour de fluorescence à 1064 nm émise à partir d'un milieu amplificateur à l'état solide lorsqu'il est pompé par des moyens de faisceaux de pompage, constituant une variante, de la présente invention Le sommet du contour correspond à une intensité de pompage de 2100 W/cm 2; la Figure 10 enfin est un diagramme schématique d'un système de régulation thermique pour une barrette de diodes. La Figure 1 est une vue en plan par-dessus et schématique d'un premier mode de réalisation d'un oscillateur laser 20 selon la présente invention. L'oscillateur laser 20 comprend un premier élément optique 22 et un second élément optique 24 qui définissent une cavité optique résonnante 26 entre-eux. Dans un mode de réalisation préféré, le premier élément optique 22 est un miroir comportant une surface concave 27 ayant un rayon de 10,6 cm Suivant une autre configuration, l'élément optique 22 peut avoir une surface concave 27 ' Le second élément optique 24 est un miroir concave ayant un rayon de 1,1 mètre et présentant une réflectance d'environ 97 % à une longueur d'onde de 1064 nm Le premier et le second éléments optiques 22 et 24 réfléchissent de la lumière entre eux le long d'un axe optique 28 La lumière est couplée hors de l'oscillateur laser 20 à travers le second élément optique 24 le long d'un axe de sortie 30. L'oscillateur laser 20 comprend également un milieu amplificateur 32 à l'état solide qui est placé à l'intérieur de la cavité optique 26 le long de l'axe optique 28 La longueur de l'oscillateur 20 doit être suffisamment grande pour limiter l'intensité de l'énergie optique au premier élément optique 22 et éviter ainsi un endommagement optique La dimension de mode et les propriétés focales thermiques du milieu amplificateur 32 à l'état solide doivent également être déterminées pour réaliser l'oscillateur laser 20 Pour produire un mode de diamètre de 3 mm dans le milieu amplificateur 32 à l'état solide, la séparation entre le premier élément optique 22 et le milieu amplificateur 32 à l'état solide est de 55 cm En supposant une longueur focale de lentille thermique de 2 mètres, la séparation entre le milieu amplificateur à l'état solide 32 et le second élément optique 24 est de 23 cm. Le milieu amplificateur 32 à l'état solide comprend une première et une seconde surfaces 34 et 36, respectivement, qui coupent l'axe optique 28 Dans un mode de réalisation préféré, le milieu amplificateur 32 à l'état solide est un barreau de Néodyme:YAG (Nd:YAG) ayant une longueur de 7,5 mm le long de l'axe optique 28 entre la première et la seconde surfaces 34 et 36. La première et la seconde surfaces 34 et 36 sont toutes deux circulaires et ont des diamètres de 6,35 mm En outre, la première et la seconde surfaces 34 et 36 sont dotées de revêtements anti-réflecteurs doubles qui sont efficaces aux longueurs d'onde de 810 nm et 1064 nm. L'oscillateur laser 20 comprend en outre un moyen de faisceau de pompage 38 qui produit plusieurs faisceaux de pompage à une longueur d'onde de faisceaux de pompage choisie et dirige au moins un des faisceaux de pompage sur la première surface 34 et/ou sur la seconde surface 36 du milieu amplificateur 32 à l'état solide Le milieu amplificateur 32 à l'état solide et le moyen 38 de faisceau de pompage constituent ensemble un amplificateur dans l'oscillateur laser 20 Le moyen 38 de faisceau de pompage peut être entièrement disposé entre les premier et second éléments optiques 22 et 24, mais cela n'est pas nécessaire Dans le premier mode de réalisation de l'invention illustré sur la Figure 1, le moyen 38 de faisceau de pompage comprend au moins une source 40 de faisceau de pompage, chacune avec une lentille ou un élément optique associé 42 pour collecter, mettre en forme et diriger le faisceau de pompage le long d'un trajet 44 de faisceau de pompage sur l'une des première ou seconde surfaces 34 ou 36 La ou les sources 40 de faisceau de pompage sont identifiées par les nombres de référence 40 a, 40 b, 40 c et 40 d et, avec le ou les éléments optiques associés 42, sont disposées de manière que le trajet de faisceau de pompage 44 de celles-ci forme un angle prédéterminé a avec l'axe optique 28 Les deux sources les plus à gauche 40 a et 40 b de faisceau de pompage et leurs éléments optiques associés 42 dirigent leur lumière de ll faisceau de pompage sur la première surface 34 tandis que les deux sources les plus à droite 40 c et 40 d de faisceau de pompage et leurs éléments optiques associés 42 dirigent leur lumière de faisceau de pompage sur la seconde surface 36. Chacune des sources 40 de faisceau de pompage comprend une barrette de diodes 46 La barrette de diodes 46 est une barrette de diodes de 10 watts, tel que le modèle No SDL-3490-S, fabriqué par Spectra Diode Laboratories Cette barrette de 10 W est longue de mm et est constituée par vingt sous-ensembles sur des centres de 500 pm Chaque sous-ensemble de 1 pm x pm est réalisé à partir de jusqu'à 10 bandes de guidage par gain. La lentille 42 de faisceau de pompage comprend une lentille 48 en forme de barreau et une lentille de formation d'image 50 disposée le long du trajet 44 de faisceau de pompage La lentille, en forme de barreau, 48 collecte de la lumière hautement divergente émise à partir de la source 40 de faisceau de pompage dans la direction perpendiculaire à l'ensemble de la barrette de diode 46 et transmet un faisceau de pompage 60 qui est approximativement haut de 1 mm et seulement légèrement divergent La lentille 48 en forme de barreau est un barreau de silice fondue ayant un diamètre de 2 mm et il est doté de revêtements anti- réflecteurs pour la longueur de pompage La lentille en forme de barreau 48 est séparée de la source 40 de faisceau de pompage par une distance d'environ 0,05 mm. La lentille 50 de formation d'image est utilisée pour focaliser le faisceau de pompage sur le milieu amplificateur 32 à l'état solide La lentille 50 de -formation d'image est une lentille biconvexe ayant une longueur focale de 15 mm et des revêtements anti- réflecteurs efficaces à la longueur d'onde de la lumière de pompage. Le trajet du faisceau de pompage 44 coupe l'axe optique 28 à l'intérieur du milieu amplificateur 32 à l'état solide, à faible distance de la première et/ou de la seconde surfaces 34 et 36 Dans un mode de réalisation particulier, la lentille 50 de formation d'image est une lentille biconvexe, Model N O MG Ol LOX O 19 fabriquée par Melles Griot La lentille 50 de formation d'image est placée à 11,7 mm de la première surface 34 ou de la seconde surface 36 du milieu amplificateur 32 à l'état solide Le côté opposé de la lentille 50 de formation d'image est à 14 mm de la source 40 de faisceau de pompage L'angle entre l'axe optique 28 et le trajet de faisceau de pompage, c'est-à-dire l'angle de multiplexage a, est de 25 degrés Comme indiqué, une portion de la lentille 50 de formation d'image est enlevée pour empêcher l'obstruction de l'axe optique 28. Au cours du fonctionnement, l'oscillateur laser 20 produit un faisceau de lumière de sortie ayant une longueur d'onde de 1064 nm le long de l'axe de sortie en réponse à l'action amplificatrice dans le milieu amplificateur 32 à l'état solide qui est induite par le moyen 38 de faisceau de pompage Selon une configuration, le moyen 38 de faisceau de pompage est constitué par quatre sources 40 de faisceau de pompage et quatre lentilles 42, toutes disposées dans le plan de la Figure 1 Selon une autre configuration, les deux sources 40 de faisceau de pompage et les lentilles 42 les plus à droite sont tournées hors du plan de la figure autour de l'axe optique 28 de manière à se trouver dans un plan faisant un certain angle avec le plan de la Figure 1 Dans une autre configuration encore, le moyen 38 de faisceau de pompage est constitué par seulement les deux sources 40 et 40 a de faisceau de pompage et les deux lentilles 42 associées de faisceau de pompage, qui produisent la lumière de faisceau de pompage à une longueur d'onde de 810 nm et dirige la lumière du faisceau de pompage sur la première surface 34 Dans encore une autre configuration, le moyen 38 de faisceau de pompage est constitué seulement par une seule source 40 de faisceau de pompage et la lentille 42 associée de faisceau de pompage. La Figure 2 est un graphique dans lequel est illustrée la variation de la puissance de sortie (portée en ordonnées, en watts) dans le premier mode de réalisation selon l'invention en fonction de la puissance d'entrée absorbée (portéeen abscisses, également en watts) Ce graphique montre qu'au-dessus d'une puissance d'entrée absorbée d'environ 3 watts, la présente invention manifeste un rendement de pente optique maximale rs d'environ 60 % (selon la Figure 2), atteignant une puissance de sortie d'environ 15 watts pour une puissance d'entrée absorbée d'environ 34 watts (une puissance de pompage totale de 42,6 watts) Ici r. comprend le rendement quantique, 76 %, et le rendement d'extraction re qui doit être de 79 % (égal à 60 %/76 %). Les rendements électriques/optiques des diodes-lasers contenues dans la barrette 46 de diodes sont en moyenne de 30 %, de sorte que les rendements électriques globaux du laser à Nd:YAG sont de 10,5 % (égal 10 % x 15/46,2). Dans d'autres modes de réalisation, le moyen 38 de faisceau de pompage est constitué par plusieurs sources 40 de faisceau de pompage et plusieurs lentilles 42 de faisceau de pompage disposées suivant un arrangement annulaire symétrique radialement (ou circonférentiellement) autour de l'axe optique 28 Les Figures 3 A, 3 B et 3 C sont des vues en bout schématiques d'un second, d'un troisième et d'un quatrième modes de réalisation de la présente invention, respectivement. Elles représentent le moyen 38 de faisceau de pompage vu le long de l'axe optique 28 pour des arrangements annulaires radialement symétriques utilisant trois, quatre et cinq sources 40 de faisceau de pompage disposées autour de la première surface 34 du milieu amplificateur 32 à l'état solide Chaque source 40 de faisceau de pompage et la lentille 42 associée dirige le faisceau de pompage le long du trajet 44 de faisceau de pompage L'angle de multiplexage a augmente au fur et à mesure que le nombre des source 40 de faisceau de pompage s'accroît pour maintenir fixe la séparation (le long de l'axe optique 28) entre les sources 40 de faisceau de pompage et le milieu amplificateur 32 à l'état solide Un arrangement semblable de sources 40 de faisceau de pompage et de lentilles 42 est disposé autour de l'axe optique 28 pour diriger la lumière de pompage sur la seconde surface 36. Dans le second mode de réalisation, illustré sur la Figure 3 A, les sources 40 de faisceau de pompage sont distribuées circonférentiellement autour de l'axe optique 28 suivant un arrangement angulaire uniforme espacé angulairement de 1200 à partir des sources de faisceau de pompage adjacentes (par rapport à l'axe optique 28) Dans ce mode de réalisation, trois sources de faisceau de pompage peuvent diriger chacune un faisceau de pompage sur l'une des surfaces 34 ou 36 avec un angle a de seulement 5,46 e, la séparation minimale de chacune des sources de faisceau de pompage à partir de l'axe optique étant de 2,9 mm Le milieu amplificateur 32 à l'état solide est pompé au moyen de six sources 40 de faisceau de pompage, avec trois faisceaux de lumière de pompage sur la première surface 34 et les autres trois faisceaux de lumière de pompage sur la seconde surface 36. Dans le troisième mode de réalisation de l'invention, illustré sur la Figure 2 B, quatre sources de faisceau de pompage sont distribuées circonférentiellement autour de l'axe optique 28 suivant une configuration angulaire uniforme, chacune écartée angulairement de 90 à partir des sources de faisceau de pompage adjacentes, avec un angle a de seulement 9,320 La séparation minimale de chacune des sources 40 de faisceau de pompage par rapport à l'axe optique 28 est de 5,0 mm Dans ce mode de réalisation le milieu amplificateur 32 à l'état solide est pompé au moyen de huit sources 40 de faisceau de pompage, avec quatre faisceaux de lumière de pompage sur chaque surface. Dans le quatrième mode de réalisation de la présente invention, illustré sur la Figure 3 C, cinq sources 40 de faisceau de pompage sont distribuées circonférentiellement autour de l'axe optique 28 suivant une configuration angulaire uniforme, chacune espacée angulairement de 72 à distance des sources adjacentes de pompage optique Dans ce mode de réalisation l'angle a est seulement de 12,760 et la séparation minimale entre chacune des sources 40 de faisceau de pompage et l'axe optique 28 est de 6,9 mm. Dans ce mode de réalisation, chacune des première et seconde surfaces 34 et 36 du milieu amplificateur 32 à l'état solide est pompée au moyen d'un faisceau de pompage de 50 watts en utilisant dix sources 40 de pompage de lumière, avec cinq faisceaux de lumière de pompage sur chaque surface. Si on le désire, six sources 40 de pompage optique peuvent être distribuées circonférentiellement autour de l'axe optique, chacune écartée angulairement de 600 par rapport aux autres en produisant un angle a de seulement 15,90 et une séparation entre chacune des sources 40 de faisceau de pompage et l'axe optique 28 de 8,66 mm Avec le schéma de pompage par extrémité et multiplexage distribué circonférentiellement de la présente invention, une puissance de pompage additionnelle peut être obtenue en ajoutant des barrettes supplémentaires de diodes Les barrettes additionnelles de diodes ont pour conséquence des angles d'incidence plus grands et, pour plus de quatre barrettes de diodes à une extrémité, des volumes de pompage plus grands Une absorption de pompage plus élevée limite la croissance de la dimension de la tache de pompage avec des barrettes de diodes additionnelles. En supposant un coefficient d'absorption de 5 cm-1, on a une absorption de pompage supérieure à 98 % dans un milieu amplificateur de 8 mm Etant donné que la dimension de mode croît en proportion avec la puissance de pompage, pour un gain fixe de rendement, la quantité de puissance de pompage qui peut être couplée dans le milieu amplificateur 32 à l'état solide ne limite pas l'amélioration des systèmes de laser à pompage par diodes, pompés par ltextrémité, vers des puissances supérieures Le rendement optique du multiplexage distribué circonférentiellement peut être aussi élevé que 44 %, un rendement de 35 % ayant été démontré. Dans la disposition de pompage par l'extrémité et multiplexage angulaireselon la présente invention, une puissance de pompage supplémentaire est obtenue en ajoutant des diodes dans des ensembles annulaires de rayon plus grand que celui du premier ensemble et, par conséquent, avec un angle de multiplexage a plus grand. Au cours et à mesure que l'angle de multiplexage a croît, le volume de pompage croît également, étant donné que la lumière de pompage est absorbée sur une longueur significative dans le milieu amplificateur 32 à l'état solide Etant donné que la dimension de mode croît seulement lentement au fur et à mesure que le nombre de source de pompage augmente, la quantité de puissance de pompage qui est délivrée au milieu amplificateur 32 à l'état solide en utilisant la présente invention n'est pas limitée par des contraintes géométriques Ainsi, la puissance de sortie des lasers à l'état solide est accrue jusqu'à la limite de rupture par contrainte du milieu amplificateur 32 à l'état solide Par exemple, un barreau de Nd:YAG pompé par l'extrémité se brise sous l'effet de contrainte thermique lorsque la puissance de pompage à partir de huit barrettes de 10 watts est dirigée sur une surface 34 ou 36 Huit barrettes de diodes sont disposées en un arrangement annulaire avec un angle de multiplexage a inférieur à 350. Suivant une autre configuration encore de la présente invention, le moyen 38 de faisceau de pompage comprend plusieurs sources 40 de faisceau de pompage et de lentilles 42 de faisceau de pompage disposées suivant des configurations annulaires concentriques autour de l'axe optique 28 et dirigées sur la première surface 34 Pour chaque configuration annulaire, l'angle de multiplexage a est égal pour les sources 40 de faisceau de pompage disposées en un point commun le long de l'axe optique 28 mais varie pour des ensembles disposés en différents points le long de l'axe optique 28 Dans ce mode de réalisation, l'angle de multiplexage a moyen est maintenu faible, ce qui réduit la dimension de mode dans le milieu amplificateur 32 à l'état solide et la dimension globale des moyens de pompage 20 Selon encore une configuration, le milieu amplificateur 32 à l'état solide peut comporter une première surface réfléchissante 34 qui réalise la fonction de premier élément optique 22, comme illustré sur la Figure 1 En outre, si on le désire, le premier élément optique 22 peut être convexe plutôt que concave, comme illustré sur la Figure 1 Dans encore un autre mode de réalisation de la présente invention, le moyen 38 de faisceau de pompage, et le milieu amplificateur 32 à l'état solide sont utilisés séparément, en tant qu'amplificateur laser Un faisceau d'extraction ayant une longueur d'onde de 1064 nm frappant la première surface 34 est amplifié dans son passage à travers le milieu amplificateur 32 à l'état solide L'amplification constitue une réponse à l'action amplificatrice dans le milieu amplificateur 32 à l'état solide induit par le moyen 38 de faisceau de pompage L'énergie stockée dans le milieu amplificateur à l'état solide est extraite efficacement en faisant passer plusieurs fois le faisceau d'extraction à travers le milieu amplificateur 32 à l'état solide. Les Figures 4 A et 4 B sont des diagrammes schématiques de la source de pompage et de la lentille de faisceau de pompage de la présente invention La Figure 4 A montre le plan parallèle à l'arrangement de diodes-lasers La Figure 4 B illustre le plan perpendiculaire à l'arrangement de diodes-lasers Comme illustré sur la Figure 4 A, le faisceau de pompage 60 est constitué par plusieurs faisceaux 601,, 60 i, plus petits, comme produits par les sous-ensembles individuels d'une barrette de diodes Chacun des petits faisceaux de pompage 60 i est large dans le plan de la Figure 4 A, mais étroit dans le plan de la Figure 4 B La divergence des faisceaux individuels 60 i est grande dans le plan de la Figure 4 A, 400 pleine largeur moitié du maximum (FWHM), et il est faible dans le plan de la Figure 4 B, 10 FWHM Les faisceaux individuels 60 i sont limités par diffraction dans le plan de la Figure 4 B et sont ainsi focalisés sur une très petite tache, alors que les faisceaux 60 i sont limités dix à quinze fois par diffraction dans le plan de la Figure 4 A La combinaison des petits faisceaux produits par une barrette 46 de diodes-lasers n'affecte pas la qualité du faisceau de la source de pompage dans le plan de la Figure 4 B, alors que la qualité du faisceau de la source 40 de faisceau de pompage est augmenté de 1000 à 1500 fois la diffraction limitée dans le plan de la Figure 4 A La dimension du faisceau de pompage 60 dans le milieu amplificateur 32 à l'état solide est limitée par la qualité du faisceau de la source 40 de faisceau de pompage dans le plan de la Figure 4 A Ainsi, si la sortie de la diode est focalisée en utilisant une optique f/l, la dimension minimale de la tache aux surfaces du milieu amplificateur 32 à l'état solide sera de 1,6 mm La Figure 5 est un diagramme de trace de rayonnement montrant la propagation du faisceau de pompage 60 à partir d'une source 40 de faisceau de pompage à travers la lentille associée 42 de faisceau de pompage vers un point focal, pour la présente invention dans le plan parallèle à l'arrangement de diodes-lasers. La présente invention tire avantage des différences de qualité de faisceau du faisceau de pompage 60 produit par la source 40 de faisceau de pompage dans les directions parallèle et perpendiculaire à l'arrangement Ceci est réalisé à la fois pour augmenter la puissance de pompage qui est déposée dans le volume de mode du milieu amplificateur 32 à l'état solide et pour contrôler la distribution de la puissance déposée L'angle de multiplexage a sur la Figure 1 est dans le plan de la source 40 de faisceau de pompage qui est étroitement focalisée, comme illustré sur la Figure 4 B Lorsque le faisceau de pompage 60 traverse le milieu amplificateur 32 à l'état solide et est absorbé, la puissance de pompage est déposée d'une manière qui est rendue largement uniforme lorsqu'elle est vue le long de l'axe optique 28. La Figure 6 est un tracé de contour de la fluorescence à 1064 nm émise à partir du milieu amplificateur 32 à l'état solide lorsqu'il est pompé par le moyen 38 de faisceau de pompage dans le premier mode de réalisation de la présente invention. Approximativement 80 % de la puissance produite par la source 40 de faisceau de pompage sont absorbés dans le milieu amplificateur 32 à l'état solide après qu'on aura tenu compte des pertes de collection, transmission et absorption S'il y a quatre sources 40 de faisceau de pompage, la puissance absorbée est de 32 watts La région de gain est approximativement carrée ayant un côté de 2,2 mm FWHM L'intensité de pompage effective sur toute la zone centrale uniforme sur la Figure 6 est de 600 W/cm 2. Pour convertir efficacement la puissance de pompage en lumière laser de haute qualité à 1064 nm, il est désirable de diriger la plus grande partie possible de l'intensité de la source de pompage sur les première et seconde surfaces 34 et 36 du milieu amplificateur 32 à l'état solide La réduction de la dimension de la tache de pompage est le moyen le plus efficace pour accroître l'intensité de la source de pompage Un second avantage des volumes de mode plus réduits est le fait que la cavité résonnante laser 26 est plus courte et moins sensible à la fois aux variations de focalisation thermique dans le milieu amplificateur 32 à l'état solide et aux perturbations d'alignement entre les éléments optiques 22 et 24. La figure 7 A est un diagramme schématique de la source de faisceau de pompage et d'une lentille de faisceau de pompage, constituant une variante, pour la présente invention, illustrées dans le plan parallèle à l'arrangement de diodes-lasers de la source de faisceau de pompage La Figure 7 B est un diagramme schématique de la source de faisceau de pompage et d'une lentille de faisceau de pompage, constituant une variante, pour la présente invention, illustrées dans le plan perpendiculaire à l'arrangement de diodes- lasers de la source de faisceau de pompage La lentille 42, qui est une variante, de faisceau de pompage comprend une lentille 48 en forme de barreau, un arrangement de lentille 70 et une lentille 50 de formation d'image. L'ensemble de lentilles 70 est un ensemble de lentilles cylindriques ou toroïdales Un ensemble de lentilles cylindriques peut être assemblé à partir de fibres optiques et un fluide à accord d'indice contenu à l'intérieur d'une petite cellule Tant les ensembles de lentilles cylindriques que toroïdales peuvent également être fabriqués en utilisant des techniques de grands volumes, telles que la micro- lithographie, l'appauvrissement d'ions, le micro-usinage avec un moulage par injection et des techniques photo- thermiques Les éléments individuels dans l'arrangement de lentilles 70 collimatent chacun un faisceau 60 i émis à partir d'un sous-ensemble de la source 40 de faisceau de pompage dans le plan parallèle à l'arrangement de diodes de la barrette de diodes 46 De cette manière, l'arrangement 70 de lentille accroît la qualité effective du faisceau, de la source 40 de faisceau de pompage en accroissant le facteur de remplissage de l'arrangement de diodes de la barrette de diodes 46. Dans la variante de lentille 42 de faisceau de pompage, la lentille en forme de barreau 48 et la lentille 50 de formation d'image sont identiques à celles décrites dans le premier mode de réalisation de l'invention. La figure 8 est un diagramme de trace de rayonnement montrant la propagation de la lumière de pompage à partir d'une source de faisceau de pompage à travers une variante de lentille de faisceau de pompage vers un point focal, pour la présente invention, dans le plan parallèle à l'arrangement de diodes-lasers de la source de faisceau de pompage La puissance produite par la source 40 de faisceau de pompage est focalisée en une tache qui est généralement plus faible que celle produite par la lentille dans le premier mode de réalisation Etant donné que le plan parallèle à l'arrangement de barrettes de diodes limite la dimension de la tache de pompage dans le milieu amplificateur 32 à l'état solide, l'intensité de pompage efficace croît d'une manière significative avec l'utilisation d'un arrangement de lentille 70. La Figure 9 est une représentation du contour de la fluorescence à 1064 nm émise à partir d'un milieu amplificateur 32 à l'état solide lorsqu'il est pompé par un moyen 38 de faisceau de pompage, constituant une variante, de la présente invention Le milieu amplificateur 32 à l'état solide sur la Figure 9 présente un diamètre de 6,35 mm et une longueur de 7,5 mm Le moyen 38 de faisceau de pompage comprend une seule source 40 de faisceau de pompage de 10 watts dirigée par la lentille 42 de faisceau de pompage, constituant une variante, sur la première surface 34 du milieu amplificateur 32 à l'état solide sous un angle de multiplexage a égal à 50 (voir Figure 1) Comme ci- dessus, plus de 80 % de la lumière de pompage sont transmis à travers la lentille 42 de pompage et absorbés dans le milieu amplificateur 32 à l'état solide La dimension de la région d'amplification dans le milieu amplificateur 32 à l'état solide est d'approximativement 0,4 mm x 0,8 mm FWHM et l'intensité efficace de crête de la source de pompage est plus grande que 2 k W/cm 2. Le contrôle thermique des barrettes 46 de diodes est important pour obtenir un fonctionnement sûr des diodes et l'efficacité maximale du laser pompé par diode Les barrettes de diodes-lasers de 10 W produisent environ 25 W de chaleur qui doit être éliminée La surchauffe peut réduire la durée de vie des diodes dans les barrettes de diodes et provoquer un accident catastrophique Egalement la température des diodes doit être contrôlée étroitement étant donné que la longueur d'onde produite par une diode-laser varie en fonction de la température de la diode Un changement de température peut provoquer la dérive de la sortie d'une diode laser en ce qui concerne la bande d'absorption du Nd:YAG, ce qui donne une transmission accrue de la lumière de pompage à travers le milieu à effet laser 32 et donc une perte de puissance significative. Alors qu'il est possible d'éliminer la chaleur et de contrôler la température d'une barrette de diodes au moyen d'un refroidisseur électrique thermique (TEC) disposé en sandwich entre un étaleur de chaleur (non illustré) et un échangeur de chaleur refroidi à l'eau (non illustré), on a constaté qu'un tel système TEC présente plusieurs inconvénients, tout d'abord les systèmes de TEC ont un rendement d'environ 25 % et utilisent ainsi 100 W de puissance pour éliminer 25 W de chaleur L'efficacité d'un système laser utilisant des TEC sera dominée par l'efficacité du rendement du système de refroidissement; ensuite, les TEC nécessaires pour éliminer 25 W sont volumineux et entrent en conflit avec la nature compacte des diodes- lasers Troisièmement les systèmes TEC sont de mauvais conducteurs thermiques lorsqu'ils ne fonctionnent pas et étant donné que des TEC de grandes dimensions ne résistent pas au cyclage thermique, ils présentent des risques importants de mécanisme de non-fonctionnement en un seul point pour un système de laser à l'état solide pompé par diode(s)-laser(s). Selon une autre approche de la régulation thermique, on peut utiliser directement de l'eau de refroidissement en maintenant ainsi la nature compacte efficace et sûre des lasers pompés par diode(s)- laser(s) Ceci est réalisé dans le premier mode de réalisation de l'invention, illustré sur la Figure 1, en faisant circuler un bain de refroidissement réfrigéré à la température voisine de O O C vers toutes les barrettes 46 de diodes, polarisant la température de fonctionnement de chaque diode au moyen d'une résistance thermique variable. La Figure 10 est un diagramme schématique d'un tel système de traitement thermique pour une barrette de diodes Une surface 47 de la barrette 46 de diodes- lasers est connectée thermiquement à la surface 79 d'un moyen 80 de contrôle thermique à travers un joint d'étanchéité en indium, référencé 92 a Les moyens 80 de contrôle thermique comprennent une résistance thermique 82 vers un étaleur thermique 88 et un échangeur de chaleur 90 La résistance thermique 82 est connectée à l'étaleur thermique 88 qui, à son tour, est connecté thermiquement à l'échangeur de chaleur 90 Le joint d'étanchéité 92 a en indium entre la barrette 46 de diodes-lasers et la surface 79 de la résistance thermique 82 assure un bon contact thermique entre elles La résistance thermique 88 est constituée par un écarteur 84 en cuivre et un écarteur 86 en acier inoxydable Les éléments d'écartement 84 et 86 sont séparés l'un de l'autre par le joint d'étanchéité 92 b en indium L'épaisseur de la résistance thermique 82 est constante alors que l'épaisseur relative de l'écarteur 84 en cuivre et de l'écarteur 86 en acier inoxydable varie pour modifier la résistance thermique. Etant donné que la conductivité thermique du cuivre est sensiblement vingt fois plus grande que celle de l'acier inoxydable, la différence de température entre le haut et le bas de la résistance thermique 82 peut être modifiée dans une gamme étendue en faisant varier l'épaisseur relative des écarteurs 84 et 86. L'écarteur thermique 86 est écarté de l'étaleur thermique 88 par un joint d'étanchéité 92 c en indium. L'écarteur thermique 88 est attaché à un échangeur de chaleur 90 Le fluide de refroidissement entre dans l'échangeur de chaleur 90 à travers une ouverture d'entrée 96 et la chaleur est éliminée avec le fluide de refroidissement à travers une ouverture de sortie 98 Un élément de chauffage 94 à faible résistance est fixé à un taquet sur l'écarteur 84 en cuivre pour le contrôle précis de la température de fonctionnement de la barrette 45 de diodes La chaleur supplémentaire est utilisée pour le réglage fin de la longueur d'onde de la lumière produite par la diode 46 Il a été déterminé que, lorsque les températures de fonctionnement des diodes sont réglées correctement, 96 % de la lumière de pompage incidente sont absorbés dans le milieu amplificateur 32 à l'état solide. Comme indiqué ci-dessus, des modes illustratifs détaillés ont été décrits ici Toutefois, d'autres systèmes qui peuvent comporter détails quelque peu différents des modes de réalisation décrits sont possibles Par exemple, d'autres-modes de réalisation décrits peuvent être utilisés avec d'autres milieux amplificateurs à l'état solide, d'autres sources de pompage avec différents paramètres physiques ou des géométries différentes, des structures de lentille particulières et des configurations de résonateur différentes Par conséquent, les détails particuliers de nature structurelle et fonctionnelle, décrits ici, ont été donnés simplement à titre d'illustration: à cet égard, on considère qu'ils fournissent les meilleurs modes de réalisation aux fins de la description et de fournir une base pour les revendications ci-après qui définissent la portée de la présente invention. REVENDICATIONS 1 Amplificateur laser, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison: un milieu amplificateur à l'état solide disposé le long d'un trajet optique, ledit milieu amplificateur ayant une première et une seconde surfaces d'extrémité opposées qui sont traversées par ledit trajet optique, ledit milieu amplificateur produisant ladite énergie optique le long dudit trajet optique en réponse à un faisceau de pompage d'énergie; et au moins un moyen de faisceau de pompage décalé par rapport audit trajet optique et distribué circonférentiellement autour de celui-ci, chaque moyen de faisceau de pompage produisant et dirigeant un faisceau de pompage sur l'une desdites première ou seconde surfaces d'extrémité opposées dudit milieu amplificateur à l'état solide. 2 Amplificateur laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de faisceau de pompage comprend plusieurs moyens, chacun décalé sensiblement d'une valeur égale à partir dudit trajet optique et disposé chacun en une position le long dudit trajet optique sensiblement à égale distance dudit milieu amplificateur pour produire chacun un faisceau de pompage formant sensiblement le même angle par rapport audit trajet optique. 3 Amplificateur laser selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de faisceau de pompage sont distribués circonférentiellement d'une manière uniforme autour dudit trajet optique. 4 Amplificateur laser selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de faisceau de pompage comprennent en outre une seconde pluralité de moyens de faisceau de pompage décalés par rapport audit axe optique et circonférentiellement distribués autour de celui- ci, chaque moyen de faisceau de pompage produisant et dirigeant un faisceau de pompage sur l'une desdites première ou seconde surfaces d'extrémité opposées dudit milieu amplificateur à l'état solide, les moyens de faisceau de pompage de ladite seconde pluralité étant chacun sensiblement décalé d'une manière égale relativement audit axe optique et étant disposé chacun en une seconde position le long dudit trajet optique à sensiblement la même distance à partir dudit milieu amplificateur pour produire chacun un faisceau de pompage formant sensiblement le même angle par rapport audit trajet optique. Amplificateur laser selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, au moins deux moyens de faisceau de pompage additionnels disposés entre ledit premier et ledit second éléments optiques en des positions le long dudit trajet optique entre le milieu amplificateur et l'autre desdits premier ou second éléments optiques, lesdits moyens de faisceau de pompage additionnels étant décalés par rapport audit trajet optique et distribués circonférentiellement autour de celui-ci, chaque moyen de faisceau de pompage additionnel produisant et dirigeant un faisceau de pompage sur l'autre desdites première ou seconde surfaces d'extrémité opposées dudit milieu amplificateur. 6 Oscillateur laser, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison: une cavité optique ayant un premier élément optique recevant de l'énergie optique le long d'un trajet optique et réfléchissant ladite énergie optique en retour le long dudit trajet optique, et un second élément optique recevant ladite énergie optique le long dudit trajet optique et réfléchissant une portion de ladite énergie optique en retour le long dudit trajet optique et couplant le reste de l'énergie hors de la cavité optique; un milieu amplificateur à l'état solide disposé le long dudit trajet optique entre ledit premier et ledit second éléments optiques, ledit milieu amplificateur comportant une première et une seconde surfaces d'extrémité opposées qui sont traversées par ledit trajet optique, ledit milieu amplificateur produisant ladite énergie optique le long dudit trajet optique en réponse à un faisceau de pompage d'énergie, et au moins un moyen de faisceau de pompage décalé par rapport audit axe optique et distribué circonférentiellement autour de celui-ci, chaque moyen de faisceau de pompage produisant et dirigeant un faisceau de pompage sur l'une desdites première ou seconde surfaces d'extrémité opposées dudit milieu amplificateur à l'état solide. 7 Oscillateur laser selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs moyens de faisceau de pompage, chacun étant décalé sensiblement également à partir dudit trajet optique et chacun disposé en une position le long dudit trajet optique à sensiblement la même distance dudit milieu amplificateur pour que chacun produise un faisceau de pompage formant sensiblement le même angle par rapport audit trajet optique. 8 Oscillateur laser selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de faisceau de pompage sont distribués circonférentiellement d'une manière uniforme autour dudit trajet optique. 9 Oscillateur laser selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de faisceau de pompage comprennent en outre une seconde pluralité de moyens de faisceau de pompage décalés par rapport audit axe optique et circonférentiellement distribué autour de celui-ci, chaque moyen de faisceau de pompage produisant et dirigeant un faisceau de pompage sur l'une desdites première ou seconde surfaces d'extrémité opposées dudit milieu amplificateur à l'état solide, les moyens de faisceau de pompage de ladite seconde pluralité étant chacun sensiblement décalé d'une manière égale relativement audit axe optique et étant disposé chacun en une seconde position le long dudit trajet optique à sensiblement la même distance à partir dudit milieu amplificateur pour produire chacun un faisceau de pompage formant sensiblement le même angle par rapport audit trajet optique. Oscillateur laser selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins deux moyens de faisceau de pompage additionnels disposés entre ledit premier et ledit second éléments optiques en des positions le long dudit trajet optique entre le milieu amplificateur et l'autre desdits premier ou second éléments optiques, lesdits moyens de faisceau de pompage additionnels étant décalés par rapport audit trajet optique et distribués circonférentiellement autour de celui-ci, chaque moyen de faisceau de pompage additionnel produisant et dirigeant un faisceau de pompage sur l'autre desdites première ou seconde surfaces d'extrémité opposées dudit milieu amplificateur. 11 Système de contrôle thermique pour contrôler la température d'une diode-laser, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison: un conducteur thermique conduisant la chaleur depuis la diode-laser; et un contrôleur thermique connecté au conducteur thermique et contrôlant la conduction de la chaleur à partir dudit conducteur thermique vers un puits thermique.