Brevet FR2717632A1 — publié le 19950922

SOURCE BLANCHE A ETAT SOLIDE La présente invention conceme une source blanche laser à spectre d'émission étendu. Les sources blanches à spectre d'émission étendu couvrant le domaine du visible ont fait l'objet de travaux utilisant les propriétés d'émission lumineuse de colorants, de vapeurs métalliques, de gaz ionisés ou d'ions excités. Par exemple, une source Rouge Vert Bleu peut être réalisée en utilisant les propriétés d'excitation de la vapeur métallique He - Cd+. Un autre schéma repose sur l'émission d'un laser ionique Kr - Ar qui émet, pour un mélange de gaz donné, un spectre discret de raies autorisant une émission blanche. De même, les ions terres rares, tel que l'ion néodyme Nd3+ inséré dans une matrice de grenat d'yttrium et d'aluminium (YAG), présentent la particularité de pouvoir émettre sur différentes transitions radiatives qui, après une opération non linéaire, peuvent couvrir le domaine spectral du visible. Pour les applications d'aveuglement de capteurs, de telles sources présentent l'inconvénient de créer une lumière blanche à partir de raies discrètes. II suffit alors d'utiliser des filtres appropriés pour s'y soustraire tout en conservant une bonne visibilité. Comme cela est connu de l'homme de l'art, I'approche utilisant les propriétés de fluorescence de colorants permet l'émission sur une large bande spectrale. Cette approche large bande permet donc de résoudre l'inconvénient mentionné ci-dessus. Cependant ce type de source laser présente de nombreux autres inconvénients. Les colorants se présentent sous forme liquide et nécessitent, de ce fait, I'emploi de systèmes de pompage hydro-mécaniques. De tels systèmes sont généralement encombrants et imposent l'existence de servitudes pour le refroidissement. D'autre part les colorants utilisés pouvent présenter un caractère de toxicité. L'invention ne présente pas ces inconvénients. L'invention concerne une source blanche à spectre d'émission étendu à état solide. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préférentiel fait avec référence à la figure ci-annexée. Sur cette figure un cristal laser 3 est inséré dans une cavité laser définie par les miroirs 1 et 2. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le cristal laser 3 est du type Nd3+: YAG. Les miroirs 1 et 2 sont à fort pouvoir de réflexion à la longueur d'onde de la transition laser de l'ion actif présent dans le cristal 3, laquelle transition s'écrit: Une source de pompage 9 excite le cristal laser 3, lequel peut être, par exemple, réalisé par une diode laser GaAs/GaAIAs émettant à 0,808 pm. Le pompage représenté sur la figure jointe est un pompage longitudinal. II est évident pour l'homme de l'art que l'invention conceme aussi une source blanche pour laquelle le pompage est transversal. De façon préférentielle, un cristal doubleur de fréquence 4 permet de générer une onde à 0,473 pm à partir de l'onde à 0,946 pm. Une lame 5 à traitement dichroïque insérée dans la cavité définie par les miroirs 1 et 2 présente un fort coefficient de réflexion, par exemple de l'ordre de 80 %, à la longueur d'onde 0,473 pm, permettant ainsi le couplage de cette onde à la cavité laser définie par les miroirs 7 et 8. Cette même lame 5 à traitement dichroïque est de préférence anti-reflet à la longueur d'onde de 0,946 pm ainsi que sur la fenêtre allant de 0,49 pm à 0,7 pm. Un laser 6 à centres colorés de type LiF: F3+ est inséré dans la cavité définie par les miroirs 7 et 8. L'onde de longueur d'onde 0,473 pm vient alors pomper le laser 6 à centres colorés dont la bande spectrale de fluorescence qui couvre le domaine visible permet d'obtenir une émission laser large bande ayant le miroir 8 pour miroir de sortie. Préférentiellement, le cristal 4 doubleur de fréquence est de type Li 103 ou KNbO3. La fluorescence du LiF: F3+ permet difficilement d'avoir accès à la partie bleu profond du spectre visible. On utilise alors directement une partie du faisceau de pompe doublé en fréquence pour générer les ondes situées dans le bleu profond. L'invention concerne un deuxième mode de réalisation. Le cristal laser 3 est choisi dans la famille des colquirites et est alors du type LiSAF à base de fluorure d'aluminium, de lithium et de strontium. De façon préférentielle, le cristal laser 3 est dopé C+ et est accordable sensiblement entre 0,7 pm et 0,9 Clam. Pour réaliser cet accord le miroir 1 est alors réalisé à l'aide d'un réseau diffractant. Le cristal laser 3 peut être pompé, par exemple, à partir de diodes AlGalnP de puissance émettant au voisinage de 0,65 Clam. De même que selon le premier mode de réalisation de l'invention, I'excitation du cristal 6 à centres colorés LiF: F3+ est réalisée par une onde de pompe dont la fréquence est le double de celle de l'onde émise par le cristal laser LiSAF. Avantageusement, I'accord en fréquence de l'onde émise par le cristal laser LiSAF permet d'ajuster la fréquence de pompage du cristal 6 à centres colorés au maximum de la bande d'absorption de ce dernier. La durée de vie de fluorescence de l'ion Cr3+ vaut sensiblement 60 Ps. Par voie de conséquence, L'émission laser en régime relaxé peut être du même ordre de grandeur. Cette durée de vie conjuguée à la durée de vie d'émission du cristal LiF, laquelle est comprise entre 10 et 20 ns selon la longueur d'onde émise, offre alors l'avantage de réaliser des sources blanches pouvant travailler à cadence élevée. Afin d'obtenir un fonctionnement en mode déclenché, communément appelé "Q-Switching", une cellule électro-optique ou acousto-optique peut être insérée dans la cavité. Comme cela apparait dans la description ci-dessus l'invention présente de nombreux avantages. En effet, I'invention évite l'emploi d'un laser de pompe à gaz ou à colorant et réalise une opération unique de doublement de fréquences. D'autre part pour les applications relevant du domaine de la projection d'images, I'invention permet avantageusement de diminuer fortement le phénomène d'interférences entre ondes diffusées etlou diffractées connu sous le nom de "speckle" et qui se manifeste avec l'emploi de lasers opérant sur un mode d'émission à raies discrètes à forte cohérence. De façon générale, et quel que soit le mode de réalisation de l'invention, le miroir 1 ou le miroir 2 peut être un miroir de Bragg à multi-puits quantiques permettant un contrôle sélectif du fonctionnement. Le miroir est alors constitué soit d'une partie active composée d'un miroir de Bragg et d'une structure à multi-puits quantiques, et d'un miroir exteme, soit de deux empilements de matériaux semiconducteurs du type miroir de Bragg entre lesquels est insérée une couche active constituée par une structure à multipuits quantiques. Dans tous les cas, le miroir de Bragg est constitué par un empilement répété de couches altemées d'indices optiques différents et d'épaisseurs choisies pour assurer à la fréquence désirée un pic de réflectivité perpendiculairement au miroir. Par exemple, le miroir de Bragg est un empilement de couches alternées d'indices optiques ni et n2, d'épaisseurs respectives el et e2. L'altemance ni, el puis n2, e2 se répéte de multiples fois (par exemple quelques dizaines de fois) pour permettre l'obtention d'un pic de réflectivité dont le sommet représente un coefficient de réflexion d'au moins 90 à 95 %. De façon préférentielle, les deux couches d'indices optiques ni et n2 sont semiconductrices afin de faciliter la réalisation du miroir de Bragg. Ce contrôle sélectif à l'aide d'un miroir du type miroir de Bragg à multi-puits quantiques permet de réaliser soit un laser à modes bloqués par voie passive (écrantage d'excitons ou modification de réflectivité par création de porteurs photo-induits), soit un injecteur passif par l'emploi de la micro-cavité laser à émission surfacique photo-pompée par l'onde doublée en fréquence. Quel que soit son mode de réalisation, I'invention conceme également une source blanche à l'état solide comprenant un modulateur de phase ou un modulateur d'amplitude. Un tel modulateur (non représenté sur la figure) est alors situé, par exemple, dans la cavité définie par les miroirs i et 2, entre le miroir 2 et la lame dichroïque 5. Ce modulateur permet la synchronisation des différents modes longitudinaux apparaissant dans la cavité. II est alors possible d'obtenir en sortie de la source blanche des impulsions courtes à un taux de répétition élevé. A titre d'exemple, on peut obtenir des impulsions de 100 ps à des fréquences de répétition de l'ordre de quelques centaines de Megahertzs. REVENDICATIONS 1. Source blanche à spectre d'émission étendu couvrant le domaine du visible, caractérisée en ce qu'elle comprend une première cavité constituée de deux miroirs (1, 2), dans laquelle sont situés un cristal laser (3) excité par une source de pompage extérieur (9) et un cristal (4) doubleur de fréquences destiné à doubler la fréquence de la transition laser issue dudit cristal laser (3), une deuxième cavité constituée de deux miroirs (7,8), dans laquelle est situé un laser (6) à centres colorés de type LiF : F3+, et une lame (5) à traitement dichrolque située dans la première cavité et permettant aux ondes générées dans la première cavité par ledit cristal (4) doubleur de fréquences d'être couplées à la deuxième cavité de façon à pomper ledit laser (6) à centres colorés. 2. Source blanche selon la revendication 1, caractérisée en ce que le cristal laser (3) est du type Nd3+ : YAG. 3. Source blanche selon la revendication 1, caractérisée en ce que le cristal laser (3) est du type LiSAF dopé Cr3+. 4. Source blanche selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'un (1) des deux miroirs (1,2) constituant ladite première cavité est un réseau diffractant destiné à réaliser l'accord en fréquence dudit cristal baser (3). 5. Source blanche selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que l'un des deux miroirs (1,2) constituant ladite première cavité est un miroir de Bragg à multi-puits quantiques permettant un contrôle sélectif du fonctionnement. 6. Source blanche selon la revendication 5, caractérisée en ce que le miroir de Bragg à multi-puits quantiques est constitué d'une partie active, composée d'un miroir de Bragg et d'une structure à multi-puits quantiques, et d'un miroir exteme. 7. Source blanche selon la revendication 5, caractérisée en ce que le miroir de Bragg à multi-puits quantiques est constitué de deux empilements de matériaux semiconducteurs du type miroir de Bragg entre lesquels est insérée une couche active constituée par une structure à multipuits quantiques. 8. Source blanche selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle contient une cellule électro-optique ou acousto-optique. 9. Source blanche selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un modulateur de phase ou un modulateur d'amplitude.