Brevet FR2696014A1 — publié le 19940325

MIROIR A CONJUGAISON DE PRASE L'invention concerne un miroir à conjugaison de phase et notamment un dispositif de génération, dans un milieu non linéaire d'une onde optique conjuguée en phase avec une onde incidente Notamment le dispositif de l'invention vise à améliorer la qualité spatiale des faisceaux lasers par conjugaison de phase par exemple par conjugaison de phase Brillouin dans une cellule à gaz à haute pression La configuration optique de l'invention assure une très bonne stabilité de la réflectivité de l'onde conjuguée et limite très efficacement les effets parasites tels que le claquage du milieu et l'autodéfocalisation des faisceaux. Dans la configuration classique présentée sur la figure 1, l'onde conjuguée s'obtient par focalisation de l'onde incidente dans une cellule 1 à gaz haute pression (CH 4, Xe, N 2) Dans ces conditions, l'onde Ep induit un réseau d'indice dû à la propagation d'une onde acoustique générée par effet électrostrictif au niveau du foyer L'onde rétrodiffractée Es par le réseau d'indice est alors la conjuguée en phase de l'onde incidente Ep Dans une structure laser du type oscillateur-amplificateur, la conjugaison de phase permet la compensation dynamique des distorsions de phase dues à la lentille thermique du milieu amplificateur laser Dans la pratique, la qualité et la stabilité de l'onde conjuguée sont limitées par plusieurs phénomènes qui entrent en compétition avec l'effet Brillouin: la défocalisation due à l'absorption résiduelle du faisceau dans la cellule, l'effet Raman, l'effet d'autofocalisation, dû au déplacement de matière par électrostriction autour du foyer. Par ailleurs, l'origine du mécanisme étant le bruit de lumière diffusée par les phonons acoustiques du milieu, il est préférable d'initier le phénomène de rétrodiffusion Brillouin par un signal optique contrôlé L'objet de l'invention est de satisfaire ce dernier point tout en diminuant les densités d'énergie au niveau du foyer De ce fait, la contribution des effets non linéaires parasites est fortement réduite ce qui améliore très notablement la stabilité à long terme de la réflectivité et la fidélité de l'onde conjuguée. L'invention concerne donc un dispositif à effet Brillouin comprenant au moins un milieu non linéaire caractérisé en ce qu'il comporte également un système optique de focalisation ayant au moins deux foyers situées dans le milieu non linéaire et permettant de focaliser de la lumière en ces deux foyers. Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre et dans les figures annexées qui représentent: la figure 1, une cellule à gaz à effet Brillouin fonctionnant en conjugaison de phase comme cela est connu dans la technique et déjà décrit précédemment; la figure 2, un exemple général de réalisation de l'invention; la figure 3, un exemple de réalisation détaillé du dispositif à effet Brillouin selon l'invention; la figure 4, une illustration du fonctionnement du dispositif de la figure 2; les figure 5 à 6, des variantes de réalisation du dispositif de l'invention. En se reportant à la figure 2, on va tout d'abord décrire un exemple de réalisation général de l'invention. Ce dispositif comporte un milieu photosensible non linéaire 1 possédant une face d'entrée 10 Un faisceau optique Ep est transmis à la face d'entrée 10 par un système optique 2. Ce système optique permet de focaliser le faisceau optique en deux points F 1, F 2 situés à l'intérieur du milieu photosensible 1. La figure 2 b représente à titre d'exemple un mode de réalisation plus détaillé Il inclut les composants suivants: un milieu non linéaire 1 tel qu'une cellule à gaz, une lentille L 1 de distance focale F 1 ( 150 mm par exemple), une lentille L concentrique à la lentille L La 2 V' focale de l'ensemble L 1 + L 2 est telle que le point de focalisation se situe à F 1 + a F ("F = 10 mm) Sur la figure 2 b, les deux lentilles Ll, L 2 sont séparées, mais elles pourraient être réalisées en une seule lentille bi-focale Ce dispositif de focalisation fournit de très bonnes conditions de conjugaison de phase avec les performances suivantes Réflectivité: 70-60 %, Energie incidente = 50-l O Om J Cadence 30 Hz Absence de claquage du milieu gazeux La stabilité des performances obtenues sur plusieurs heures peut être analysée de la façon suivante: Le faisceau central F 2 qui contient 50-60 % de l'énergie incidente génère un faisceau conjugué E* 2 autopompé qui constitue un faisceau sonde pour l'onde incidente F 1 extérieure à la lentille L 2 La zone de recouvrement des deux faisceaux E 1 et E* 2 autour du foyer F 1 peut être considéré comme une interaction du type 2 ondes (figures 3 et 4) contraprogatives Cette interaction génère une onde conjuguée E* 1 dont les propriétés sont contrôlées par le faisceau sonde conjugué E 2 * Cette configuration fonctionne en partie comme une interaction de deux ondes, ce qui implique une réduction de l'énergie seuil par rapport à la structure autopompée ainsi qu'une plus grande stabilité de l'onde conjuguée ainsi générée. (sondage par injection). Le dispositif de focalisation décrit ci-dessus peut être remplacé par une lentille holographique L 4 diffractant deux foyers F 1 et F 2 dont les positions géométriques sont déterminées par la configuration d'enregistrement (figures 4 et 5). (Enregistrement sur matériau photopolymère à haute efficacité). L'extension à la génération de N foyers multiples longitudinaux est indiquée sur la figure 6 En effet, un dispositif holographique L 4 permet l'enregistrement de plusieurs lentilles holographiques de points focaux F 1, F 2, F 3 ' etc Un tel dispositif peut être réalisé avec tout autre technique de façon à obtenir à l'intérieur du milieu non linéaire 1 plusieurs points de focalisation du dispositif optique. Dans ce qui précède on a indiqué à titre d'exemple que le milieu non linéaire est une cellule à gaz Cependant, tout autre milieu non linéaire solide ou liquide peut convenir. Notamment, un milieu non linéaire liquide tel que CS du benzène ou du Sn C 14 est adapté à ce type de dispositif. De même, on s'est appuyé dans ce qui précède sur l'effet Brillouin, cependant tout autre effet tel que l'effet Kerr par exemple générant une onde conjuguée en phase convient également. REVEND I CATI ONS 1 Miroir à conjugaison de phase comprenant au moins un milieu non linéaire ( 1) caractérisé en ce qu'il comporte également un système optique de focalisation ( 2) ayant au moins deux foyers (F 1, F 2) situés dans le milieu non linéaire ( 1) et permettant de focaliser de la lumière en ces deux foyers. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce -que le milieu non linéaire ( 1) permet de générer par effet Brillouin, une onde conjuguée d'une onde incidente. ce que le ce que le ce que le ce que le ce que système 3 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en milieu non linéaire est une cellule à gaz. 4 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en milieu non linéaire est un milieu liquide. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en milieu liquide est du C 52, du Sn Cl ou du benzène. 6 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en milieu non linéaire est un milieu solide. 7 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en les foyers (Fi, F 2) sont alignés selon l'axe optique du optique. 8 Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte plus de deux foyers. 9 Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif optique comporte au moins deux lentilles concentriques. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif optique comporte un dispositif holographique dans lequel a été enregistré au moins deux moyens de focalisation.