Brevet FR2953654A1 — publié le 20110610

-1- « Procédé pour générer un faisceau cohérent de lumière par somme de fréquence, dispositif et système associés » Domaine technique La présente invention concerne un procédé pour générer un faisceau cohérent de lumière. Elle concerne aussi un dispositif et un système pour générer un faisceau cohérent de lumière dans lesquels ce procédé est mis en oeuvre. Le domaine de l'invention est plus particulièrement mais de manière non 10 limitative celui de la réduction du bruit d'amplitude d'un faisceau cohérent de lumière résultant d'un processus de somme de fréquences. Etat de la technique antérieure D'une façon générale, les longueurs d'onde obtenues par des lasers à 15 solide pompés par diode sont dans le proche infrarouge. Pour obtenir une plus grande variété de longueurs d'onde, et en particulier des longueurs d'onde inférieures à 700 nm situées dans le visible et/ou dans le proche UV (ultra-violet) et/ou l'UV, on connaît dans l'art antérieur des dispositif de doublage de fréquence (on peut parler aussi de 20 laser doublé en fréquence). La longueur d'onde et la fréquence d'une onde lumineuse sont liées par la formule suivante :v = - où est la longueur d'onde d'une onde lumineuse, v est sa fréquence et C la célérité de la lumière dans le vide. Il existe de nombreuses longueurs d'onde visibles (457nanomètres (nm), 473nm, 514nm, 532nm, 561nm, 659nm, 671nm) 25 issues d'un doublage intracavité de lasers infrarouges (en général Nd :YAG, Nd :YVO4 ou Yb :YAG) pompés par diode. Cependant, le faisceau lumineux de sortie présente alors un bruit d'amplitude communément appelé « green noise ». Le « green noise » est lié au double couplage entre modes longitudinaux, l'un lent (de temps caractéristique 30 typique 100 bas lié à la durée de vie de l'état excité du laser) lié à la saturation sélective de gain (hole burning en anglais) et l'autre rapide (de temps caractéristique typique de lns lié au temps d'aller-retour dans la cavité laser) lié à la somme de fréquence entre les modes. Le « green noise » est décrit plus précisément dans l'article du Journal of the Optical Society of America B -2- 3, « Large-amplitude fluctuation due to longitudinal mode coupling in diodepumped intracavity doubled Nd : YAG lasers », T. Baer, 1175-1180, (1986). Le green noise est un bruit d'amplitude d'écart type typiquement compris entre quelques % et 25% de l'amplitude moyenne. Pour supprimer le bruit, la solution communément adoptée est de rendre monofréquence le laser doublés de fréquence. On note ici qu'un signal laser est dit multifréquence si plusieurs modes longitudinaux de la cavité laser oscillent en même temps. Par exemple, soit un laser émettant à la longueur d'onde À=1064 nm, une longueur de cavité laser L=10 mm et un indice de réfraction moyen de la cavité n=1,5, les modes longitudinaux pouvant osciller dans la cavité ont des fréquences vm=mC/2nL et donc des longueurs d'onde Àm=2nL/m. Les deux modes consécutifs m1=28195 et m2=28196 ont des longueurs d'onde À1=1064,018 nm et À2=1063,981 nm. Un laser oscillant sur ces deux modes est dit multifréquence. L'inconvénient d'un dispositif dans lequel au moins l'un des signaux lasers sommés est monofréquence est que cela demande un temps de réglage bien plus important et un contrôle très précis de la longueur optique de la cavité. (La longueur optique d'un milieu est le produit de l'indice de réfraction du milieu par la longueur réelle de ce milieu.) Sauf à réaliser un laser monolithique, il est difficile de conserver le fonctionnement monofréquence dans la durée (des dizaines à des milliers d'heures), car la longueur optique de la cavité doit être stabilisée à quelques dizaines de nm près. Il existe une autre solution pour réduire le bruit de lasers doublés en fréquence : c'est d'utiliser un amplificateur à durée de vie courte (de l'ordre de la ns) ou une cavité très longue (plusieurs mètres). Cela permet de rapprocher les deux temps caractéristiques à l'origine du green noise. Le premier cas est le principe de l'OPS (optically pumped semiconductor) doublé en fréquence. Il est souhaitable d'augmenter la diversité des longueurs d'ondes émises 30 par de tels lasers et notamment de réduire la longueur d'onde en-deçà de 400 nm. Pour l'OPS, la difficulté est double. Il faut d'une part utiliser des pompes puissantes à des longueurs d'onde plus courtes que 800 nm et d'autre part, il faut changer de matériau semiconducteur lorsque la longueur d'onde 2953654 -3- fondamentale est inférieure à 730nm. Aujourd'hui le principe de l'OPS appliqué à un semiconducteur de GaN n'a pas été démontré. Récemment, des expériences de laboratoire ont démontré d'une part qu'il était possible de pomper le Pr :YLF avec des diodes en GaN (par 5 exemple, A. Richter et al., « Diode Pumping of a continuous-wave Pr3+-doped LiYF4 laser », Optics Letters 29, p.2638 (2004)) et obtenir directement une émission à 523 nm ou 640 nm et d'autre part utiliser le principe de doublage en intracavité pour atteindre des longueurs d'onde dans l'UV (320 nm et 261 nm) (voir par exemple A. Richter et al ., « Continuous-wave ultraviolet 10 generation at 320 nm by intracavity frequency doubling of red-emitting Praseodymium lasers », Optics Express 14, p. 3282 (2006)). Mais là encore, le laser doit être monofréquence pour être non bruité et cela n'a pas encore été démontré expérimentalement. D'autre part, la puissance des oscillateurs laser visibles pompés par 15 diode est très faible en comparaison des oscillateurs laser infrarouges. Cela est dû soit à la puissance modérée des diodes émettant aux longueurs d'onde courtes (inférieures à 700 nm), soit à des processus à plusieurs photons (transfert d'énergie ou absorption par état excité) beaucoup moins efficaces que le pompage direct à un photon. Il résulte que la puissance des lasers UV 20 doublés et pompés par diode est faible. Pour atteindre en particulier des longueurs d'onde dans l'UV, il est également possible de réaliser un triplement de fréquence en intracavité. Cela rajoute une difficulté supplémentaire par rapport au doublage de fréquence (ajout et contrôle en température d'un cristal non linéaire supplémentaire) et 25 l'efficacité du triplement de fréquence est en général faible à cause de la puissance faible de l'onde doublée en fréquence. Les lasers triplés en fréquence en intracavité nécessitent donc un contrôle plus complexe que les lasers doublés en fréquence et requièrent une puissance de pompe supérieure. De tels dispositifs de doublage et de triplage en fréquence présentent l'inconvénient de ne donner accès qu'à très peu de longueurs d'onde, c'est-à-dire seulement à certaines fractions (la moitié pour un doublage en fréquence, le tiers pour un triplage en fréquence) de longueurs d'ondes obtenues par des lasers à solide. -4- Des dispositifs de somme de fréquence donnent alors accès à une plus grande variété de longueurs d'onde puisqu'on peut combiner une longueur d'onde donnée à toutes les autres longueurs d'onde atteignables par des lasers à solide. Le principe de la somme de fréquences a été énoncé par exemple dans le niobate de potassium dans l'article « Efficient intracavity sum-frequency generation of 490nm radiation by use of potassium niobate », S. Shichijyo et al., Opt. Lett. 19, p.1022 (1994). La somme de fréquences peut se faire en intracavité, ce qui permet que les deux faisceaux dont on somme les fréquences respectives soient plus puissants. Dans ce cas, le cristal non linéaire doit faire partie des deux cavités lasers émettant respectivement les longueurs d'onde fondamentales 2 et 22. L'émission issue de la somme de fréquence dans le cristal non linéaire a pour longueur d'onde 2SF~ vérifiant la relation 1/2SFG =1/24+1/x,2. Cependant, lorsque la somme de fréquence se fait dans un cristal non linéaire inclus dans les deux cavités à l'origine des émissions fondamentales 2 et 22r le faisceau laser de sortie peut présenter un bruit d'amplitude. Cela est notamment décrit dans l'article L. Gao et al., « Noise characteristics of sum-frequency mixing orange solid-state laser », Optics and Laser Technology 39, p. 987 (2007). Dans cet article il est dit que ce bruit d'amplitude peut être évité à condition qu'au moins l'un des signaux lasers fondamentaux soit monofréquence. La présente modélisation de l'origine de ce bruit démontre au contraire que ce bruit peut exister même si les deux modes fondamentaux sont monofréquences. Un but de la présente invention est de proposer un procédé pour générer un faisceau cohérent de lumière qui donne accès à une grande variété de longueurs d'onde en particulier des longueurs d'onde dans l'UV, le proche UV et le visible (longueurs d'onde inférieures à 800 nm, de préférence inférieures à 700 nm), qui permet de s'affranchir des limitations de l'art antérieur, en particulier qui permet de limiter le bruit d'une façon nouvelle et plus simple. L'invention se propose d'optimiser le bruit, alors que les travaux antérieurs s'étaient jusqu'à présent concentrés sur l'optimisation de l'efficacité. 2953654 -5- La présente invention concerne aussi un dispositif et un système pour générer un faisceau cohérent de lumière dans lesquels ce procédé est mis en oeuvre. Un autre objectif de la présente invention est de donner des règles de 5 conception de cavités lasers qui permettent d'augmenter un seuil de passage d'un fonctionnement non bruité à bruité et donc qui permettent d'augmenter des largeurs de plages de fonctionnement sans bruit. Un objectif supplémentaire de la présente invention est de proposer un dispositif et un système qui permettent de maintenir une cavité laser dans 10 une plage de fonctionnement sans bruit. Exposé de l'invention Cet objectif est atteint avec un procédé pour générer un faisceau cohérent de lumière mettant en oeuvre un premier milieu amplificateur apte à 15 émettre un premier faisceau laser à une longueur d'onde fondamentale À1r un deuxième milieu amplificateur apte à émettre un deuxième faisceau laser à une longueur d'onde fondamentale À2, et un cristal non-linéaire apte à générer à partir des premier et deuxième faisceaux lasers, un faisceau cohérent de lumière dont la fréquence est la somme des fréquences desdits 20 premier et deuxième faisceaux lasers, dans lequel : - on agence le premier milieu amplificateur et au moins le cristal non-linéaire pour former une première cavité résonante à la longueur d'onde fondamentale À1r - on agence le deuxième milieu amplificateur et au moins le cristal non-25 linéaire pour former une deuxième cavité résonante à la longueur d'onde fondamentale À2, et - on ajuste au moins un paramètre d'au moins une cavité résonante pour que soit vérifié le critère de stabilité suivant : 30 S=(ppûpùl(P alto p. atel â =Valaz ; -P((P+(p-lXp(P2+p-1(p-2) 0, où te = .Nitc1tc2 al correspond aux pertes dans la première cavité résonante ; a2 correspond aux pertes dans la deuxième cavité résonante ; tc1 est le temps d'aller-retour de la lumière dans la première cavité 5 résonante ; tc2 est le temps d'aller-retour de la lumière dans la deuxième cavité résonante ; hCAeffK2P P = _ (puissance normalisée); avec 2aX teâ 10 C célérité de la lumière dans le vide ; h constante de Planck ; K coefficient non-linéaire du cristal non-linaire tel que PsFG =2KP1P2 avec PsFG , P1 et P2 les puissances respectives des faisceaux aux longueurs d'onde 2SFG (longueur d'onde du faisceau cohérent), 21 et %2; 15 Aeff une aire effective moyenne des modes dans chaque cavité résonante correspondant à une moyenne de l'aire du faisceau de pompe et de l'aire du faisceau laser correspondant. De préférence, on a Aeff =n * (ws2+ wp2) (Le faisceau laser est en première approximation collimaté dans le milieu amplificateur donc son rayon de mode ws ne varie pas dans le milieu 20 amplificateur tandis que le faisceau de pompe peut varier de façon importante, c'est pourquoi on utilise de préférence un rayon moyen wp.) ; ([)_ 61X1] 6~,P P =VP1P2 ; 6%, _.61%,16 2x2 25 61 et62 sont respectivement les sections efficaces d'émission du premier milieu amplificateur, et du deuxième milieu amplificateur, aux longueurs d'onde X1 et X2 respectives. Les paramètres p et cp correspondent de préférence à des dissymétries entre les cavités. Si p=cp=1 (cavités symétriques), il apparaît clairement que 30 la condition S>_0 n'est jamais vérifiée. -6- 2953654 -7- De préférence, il apparaît également que quelles que soient les valeurs de p et de cp, il existe une valeur de puissance normalisée p au-delà de laquelle la condition S>_0 n'est plus vérifiée. Cela signifie qu'au-delà d'un certain seuil en puissance qui correspond au seuil de passage d'un fonctionnement non bruité à bruité, le bruit apparaît inévitablement. On appellera « puissance seuil » la puissance normalisée p correspondant audit seuil de passage. On entend de préférence par non bruité le fait que l'écart type du bruit d'amplitude sur le faisceau cohérent de lumière est inférieur à 0.2% de l'amplitude moyenne, tandis que dans les zones bruitées, ce bruit d'intensité dépasse plusieurs % de l'amplitude moyenne. L'invention concerne aussi un dispositif pour générer un faisceau cohérent de lumière, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. On entend de préférence par faisceau cohérent de lumière un ensemble de rayons lumineux capables de donner naissance entre eux à des interférences. On entend avantageusement par milieu amplificateur un matériau qui permet d'amplifier la lumière le traversant, ce gain étant souvent créé par émission stimulée. Les premier et deuxième milieux amplificateurs comprennent de préférence un élément appartenant à la famille des terres rares. Les terres rares comprennent en particulier le praséodyme, le néodyme, le thulium, l'holmium, l'yttrium, l'erbium... On entend de préférence par cristal non-linéaire un cristal présentant des propriétés de non-linéarité optique d'ordre 2. Le cristal non linéaire comporte par exemple du lithium triborate (LBO), du Beta Barium Borate (BBO), de l'Yttrium Aluminum Borate (YAB), etc... On entend avantageusement par cavité résonnante un dispositif comprenant au moins deux miroirs entre lesquels certains rayons lumineux sont susceptibles de rester confinés en se réfléchissant sur lesdits miroirs. Pour une cavité résonante à la longueur d'onde X comprenant un milieu amplificateur pouvant émettre un faisceau laser à la longueur d'ondeXz, on a de préférence : - un miroir d'entrée qui laisse entrer à l'intérieur de la cavité un faisceau de pompe à la longueur d'onde et réfléchit à la longueur d'onde X à l'intérieur de la cavité ; -8- - un miroir de sortie qui réfléchit partiellement à la longueur d'onde X à l'intérieur de la cavité et laisse sortir hors de la cavité une partie du faisceau laser à xi (le miroir de sortie peut même être fortement réfléchissant lorsque les ondes fondamentales n'ont pas d'intérêt particulier) ; - tout autre miroir réfléchissant à la longueur d'onde Xi. Ainsi, le faisceau laser à la longueur d'ondeXz est réfléchi sur chaque miroir et gagne en intensité à chaque traversée du milieu amplificateur. Chaque miroir d'une cavité résonnante peut consister en un traitement diélectrique qui peut être déposé sur un élément de la cavité, en particulier un élément annexe indépendant du milieu amplificateur inclus dans la cavité, ou sur une face du milieu amplificateur ou autre élément inclus dans ladite cavité tel que le cristal non-linéaire. On entend de préférence par perte dans une cavité résonante à la longueur d'onde Xi, toutes les pertes de rayons à la longueur d'onde X (dues par exemple à des défauts d'alignement des miroirs formant la cavité résonante). On entend avantageusement par section efficace d'émission une grandeur physique liée à la probabilité d'émission d'un photon à la longueur d'onde fondamentale, par le milieu amplificateur à cette longueur d'onde fondamentale. La modélisation la plus simple de la dynamique des deux cavités lasers imbriquées prend en compte de préférence deux signaux lasers et deux gains. Le critère de stabilité S défini plus haut est établi avantageusement dans le cadre de cavités monofréquences. Le critère de stabilité démontre alors qu'il existe plusieurs paramètres qui permettent d'augmenter le seuil en puissance de la cavité. Pour ce faire, on peut agir notamment sur un paramètre du premier milieu amplificateur, du deuxième milieu amplificateur, et/ou du cristal non-linéaire, chacun de ces éléments faisant partie de l'une des cavités résonantes. On peut agir d'une part à la conception du dispositif laser (lors du design), et/ou d'autre part sur plusieurs paramètres lors de son fonctionnement. Dans le premier cas, il s'agit en particulier de déséquilibrer les deux cavités pour faire apparaître des dissymétries, lors de la conception de la cavité, c'est-à-dire lors d'une étape préliminaire de réglage. 2953654 -9- Dans le cadre d'un fonctionnement multifréquence des cavités, ledit seuil en puissance est difficile à déterminer. Il existe alors plusieurs modes axiaux. Le seuil de passage d'un fonctionnement non bruité à bruité est modifié par la structure modale des lasers fondamentaux. Ce seuil n'est pas 5 forcément fixe et dépend de la structure modale des cavités. Il convient alors de pouvoir avoir une action sur la structure modale pour éviter un passage bruité intempestif. (Cette action sur la structure modale sera développée lorsqu'il sera question de moyens de contre réaction.) Néanmoins, la nature de la dynamique n'est pas changée (stabilité en dessous d'une puissance et 10 bruit au-delà), et le critère de stabilité peut toujours constituer une bonne règle de conception, bien qu'il soit plus complexe et dépende de plus de paramètres liés aux fréquences spécifiques oscillant dans la cavité. Le critère de stabilité S>_0 assure de préférence que les quatre valeurs propres d'un système d'équations représentant la dynamique du dispositif 15 selon l'invention et linéarisé autour du point d'équilibre ont des parties réelles négatives. C'est la condition de stabilité. On étudie ici par souci de simplification le cas où les aires effectives sont identiques pour les deux cavités résonantes. Si les aires effectives dans chacune des cavités sont différentes, l'homme de l'art saura modifier les valeurs de p et de cp en 20 conséquence. On a ainsi de préférence : - Si p=1 (le pire des cas), S>_0 a des solutions si p _0 a des solutions si p l, les solutions sont symétriques en passant de p et cp à 1/p et à 1/(p. On retombe alors sur le cas précédent (car 1/p Selon un mode de réalisation préféré, on peut ajuster au moins un paramètre d'une au moins des cavités résonantes au cours du fonctionnement des cavités résonantes (c'est-à-dire au cours du fonctionnement du dispositif selon l'invention). Cela concerne alors en particulier le cas de cavités multifréquences et permet d'éviter notamment que le seuil en puissance qui délimite le passage du fonctionnement non bruité au fonctionnement bruité, ne devienne trop faible. On utilise de préférence alors les moyens de contre-réaction pour maintenir le fonctionnement dans la zone non bruitée, et une puissance seuil maximale. Avantageusement, dans une première étape préliminaire de réglage, on balaye avec les moyens de balayage une large plage de façon à ne pas se limiter à un minimum local du bruit et le cas échéant déterminer un minimum absolu. Ensuite, en cours de fonctionnement du laser, et grâce aux moyens de contre-réaction, on maintient le fonctionnement du laser dans la zone non bruitée, de préférence celle déterminée lors de l'étape de réglage préliminaire. Avantageusement, au moins le premier ou le deuxième faisceau laser émis respectivement par le premier milieu amplificateur ou le deuxième milieu amplificateur, est situé dans le visible. En effet, pour atteindre des longueurs d'onde dans l'ultra-violet, on doit généralement sommer au moins une fréquence dans le visible, l'autre fréquence pouvant être dans l'infrarouge ou le proche infrarouge. On note ici que le visible inclut des longueurs d'onde -14- généralement comprises entre 400 nm et 800 nm. Il peut être avantageux de sommer les fréquences d'un faisceau laser dans le visible et d'un faisceau laser dans l'infrarouge ou le proche infrarouge, car on atteint en général plus facilement de fortes puissances pour un faisceau laser dans l'infrarouge ou le proche infrarouge que pour un faisceau laser dans le visible grâce notamment à la plus forte puissance des pompes. (La puissance du faisceau cohérent de lumière est proportionnelle au produit P1P2 des puissances des faisceaux lasers fondamentaux). Typiquement, on peut atteindre une puissance de pompe de 10 Watts dans l'infrarouge (entre 800 et 980 nm), contre 1 Watt dans le visible à 445 nm. De préférence, la longueur d'onde du faisceau cohérent de lumière est située dans l'ultra-violet, c'est-à-dire est inférieure à 400 nm. On peut en particulier générer des sources continues efficaces permettant de couvrir par exemple à quelques nanomètres près toute longueur d'onde comprise entre 245 nm et 400 nm. Le dispositif selon l'invention peut être linéaire et les deux cavités résonantes imbriquées l'une dans l'autre. Un exemple de cavités résonantes imbriquées formant un dispositif linéaire est décrit dans le brevet français FR 2 882 860. L'avantage d'un dispositif linéaire est qu'un maximum d'éléments constituant le dispositif peuvent être reliés ensemble par contactage optique, ce qui limite alors en particulier les pertes de Fresnel. Avantageusement, le dispositif selon l'invention est linéaire monolithique, ce qui permet de limiter les pertes d'énergie qui ont lieu aux interfaces. Une configuration monolithique présente l'avantage de rendre les mesures de bruit reproductibles dans le temps, ce qui permet éventuellement de s'affranchir des moyens de contre-réaction et de simplement relever les zones de fonctionnement non bruité et de préférence stables lors de l'étape préliminaire de réglage. En outre, il est possible de ne jouer alors que sur un seul degré de liberté des cavités résonnantes du dispositif pour générer un faisceau cohérent. L'invention concerne aussi un système pour générer un faisceau cohérent de lumière, comprenant un dispositif tel que décrit précédemment, et comprenant au outre au moins un moyen de pompage pour le pompage de chacun des deux milieux amplificateurs. Le système peut comprendre deux moyens de pompage distincts, un pour chacun des deux milieux 2953654 -15- amplificateurs, ou un moyen de pompage unique tel qu'il soit capable de pomper chacun des deux milieux amplificateurs, ou un premier milieu amplificateur qui émet alors un premier faisceau laser à la longueur d'onde fondamentale qui sert alors de faisceau de pompe pour un deuxième milieu 5 amplificateur. Avantageusement, un amplificateur émettant un faisceau laser dans le visible est pompé par une diode au nitrure de gallium (GaN). Description des figures et modes de réalisation 10 D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants : - la figure 1 illustre un premier mode de réalisation de système selon l'invention dans lequel on contrôle trois températures, et 15 - la figure 2 illustre un deuxième mode de réalisation de système selon l'invention, dans lequel on contrôle une température et une position d'un élément optique. On va tout d'abord décrire, en référence à la figure 1, un premier mode de réalisation de système 1. Dans ce mode de réalisation, le système 1 20 comprend un premier milieu amplificateur 2 qui est un cristal dopé, un deuxième milieu amplificateur 3 qui est un cristal dopé, et un cristal non-linéaire 4. Ces trois éléments sont alignés ensemble. Le premier milieu amplificateur 2 comporte du Pr : YLF (praséodyme dans une matrice de fluorure d'yttrium-lithium). Le premier milieu 25 amplificateur 2 est pompé par un premier faisceau laser de pompe 7 produit par une diode de pompe 6, pour créer un premier faisceau laser à une longueur d'onde À1. Une première cavité 10 comprenant le premier milieu amplificateur 2 et le cristal non-linéaire 4, est résonante pour ce premier faisceau laser à À1. (La première cavité 10 est symbolisée sur la figure 1 par 30 une double flèche.) Pour cela, la face d'entrée du premier milieu amplificateur 2 comprend un traitement diélectrique 11 qui transmet le premier faisceau laser de pompe 7, et réfléchit à plus de 99.8% le premier faisceau laser à À1r à l'intérieur de la première cavité résonante 10. De même, la face de sortie du deuxième milieu amplificateur 3 comprend un traitement diélectrique 12 qui 2953654 -16- réfléchit à plus de 99.8% le premier faisceau laser à À1r à l'intérieur de la première cavité résonante 10. Le deuxième milieu amplificateur 3 comporte du Nd : YAG (néodyme dans une matrice de grenat d'yttrium aluminium) ou du Pr :YLF. On a ainsi 5 accès à de nombreuses longueurs d'onde par somme de fréquences, comme l'illustre le tableau qui suit : b a 490 523 543 607 639 720 490 245 253 258 271 277 292 523 253 262 266 281 288 303 543 258 266 272 287 294 310 607 271 281 287 304 311 329 720 292 303 310 329 339 360 946 323 337 345 370 381 409 1064 335 351 360 387 399 429 1123 341 357 366 394 407 439 1318 357 374 385 416 430 466 La ligne « a » correspond aux longueurs d'onde que le Pr : YLF permet d'amplifier, en nanomètres. La colonne « b » correspond aux longueurs 10 d'onde que le Nd : YAG ou le Pr :YLF permet d'amplifier, en nanomètres. Les autres cases du tableau correspondent aux longueurs d'onde en nanomètres que l'on peut alors atteindre par somme de fréquences dans un dispositif dans lequel le premier milieu amplificateur 2 contient du Pr : YLF, et le deuxième milieu amplificateur 3 contient du Nd : YAG ou du Pr :YLF. 15 Le deuxième milieu amplificateur 3, est pompé par un deuxième faisceau laser de pompe 107 émis par une deuxième diode de pompe 106. Le deuxième milieu amplificateur 3 émet ainsi un deuxième faisceau laser à une longueur d'onde À2. Une deuxième cavité 14, comprenant le deuxième milieu amplificateur 3 et le cristal non-linéaire 4, est résonante pour ce deuxième 20 faisceau laser à À2. (La deuxième cavité 14 est symbolisée sur la figure 1 par une double flèche.) Pour former la deuxième cavité résonante 14 à la longueur d'onde du deuxième faisceau laser, la face d'entrée du deuxième milieu amplificateur 3 comprend un traitement diélectrique 13 qui transmet le deuxième faisceau laser de pompe 107 et qui réfléchit à plus de 99.8% le 2953654 -17- deuxième faisceau laser à À2, à l'intérieur de la deuxième cavité résonante 14. De même, la face de sortie deuxième milieu amplificateur 2 comprend le traitement diélectrique 120 qui réfléchit à plus de 99.8% le deuxième faisceau laser à À2, à l'intérieur de la deuxième cavité résonante 14. 5 L'agencement selon la figure, des milieux amplificateurs 2 et 3, et du cristal non-linéaire 4, n'est donné qu'à titre d'exemple est n'est nullement limitatif des agencements possibles. On peut par exemple imaginer que le cristal non-linéaire 4 soit à l'une des extrémités d'une cavité linéaire, une première cavité englobant les deux milieux amplificateurs 2, 3 et le cristal 10 non-linéaire 4, et une deuxième cavité englobant le deuxième milieu amplificateur 3 et le cristal non-linéaire 4. En outre, les milieux amplificateurs 2 et 3, et le cristal non-linéaire 4 ne sont pas nécessairement alignés. Selon une autre variante du mode de réalisation représenté à la figure 1, au moins une des diodes de pompe 6 ou 106 est une diode au nitrure de 15 gallium (GaN) qui pompe à 440 nm, et au moins un milieu amplificateur 2 et/ou 3 contient des ions Pr3+ (praséodyme) ou Sm3+ (samarium), etc...et est résonant à une longueur d'onde inférieure à 800 nm. Selon une autre variante du mode de réalisation représenté à la figure 1, un milieu amplificateur 2 et/ou 3 est pompé par une diode émettant dans la 20 plage 630 à 750 nm. Ledit milieu amplificateur contient alors des ions Tm3+ (thulium), Cri+ (chrome), etc... On travaille à des puissances de pompes bien supérieures au seuil d'oscillation laser et les deux longueurs d'onde des premier et deuxième faisceaux laser sont multifréquences. 25 Le cristal non-linéaire 4 comporte du lithium triborate (LBO) qui effectue en intracavité une somme de fréquences entre la fréquence du premier faisceau laser et la fréquence du deuxième faisceau laser pour émettre un faisceau cohérent 8 de lumière. Le faisceau cohérent 8 de lumière est sorti des cavités 10 et 14 grâce à la plaque 130 inclinée de préférence à l'angle de 30 Brewster par rapport à l'axe des cavités 10 et 14, réfléchissante sur une face à la longueur d'onde du faisceau cohérent 8 de lumière et transmissive aux autres longueurs d'onde en présence. Le faisceau cohérent 8 de lumière a une longueur d'onde ÀSFG= 1/(1/ À1+1/ À2). 2953654 -18- Une lame de prélèvement 300 permet de dévier une partie 301 du faisceau cohérent 8 de lumière qui sort des cavités 10 et 14. Des moyens de mesure du bruit comprennent ici une photodiode 18, et sont placés sur le chemin de la partie 301 du faisceau cohérent 8 de lumière. 5 La photodiode 18 permet de mesurer l'amplitude du faisceau cohérent 8 de lumière, et ainsi de détecter les variations d'amplitude de ce faisceau. Les moyens de mesure du bruit comprennent en outre un circuit électronique passe haut (non représenté) en aval de la photodiode 18. La sortie du circuit électronique passe haut est ensuite reliée à un processeur 20 faisant partie de 10 moyens de contre-réaction. Le processeur 20 contrôle la température du premier milieu amplificateur 2, du deuxième milieu amplificateur 3, et du cristal non-linéaire 4. Le contrôle de la température d'un milieu permet de contrôler sa longueur optique. Chaque contrôle en température du processeur 20 sur un élément optique est symbolisé par une flèche 302. 15 On détermine dans une étape préliminaire de réglage au moins une zone de fonctionnement dans laquelle l'amplitude du faisceau cohérent 8 de lumière est non bruitée et stable. Pour cela, on effectue un balayage continu en température du premier milieu amplificateur 2, du deuxième milieu amplificateur 3 et du cristal non-linéaire 4. 20 On peut observer de larges plages de température (de plusieurs degrés) pour lesquelles le système 1 est multifréquence mais la puissance de sortie du faisceau cohérent 8 de lumière est non bruitée et stable. Inversement, le faisceau cohérent 8 de lumière est également bruité sur de larges plages de température. 25 Ensuite, en cours de fonctionnement du système 1 et en le démarrant dans une configuration où le faisceau cohérent 8 de lumière est non bruité et de préférence stable, le processeur 20 met en oeuvre un algorithme de contre réaction sur la longueur optique d'au moins une cavité résonante 10, 14 pour maintenir le système 1 dans une zone de fonctionnement non bruité et de 30 préférence stable. La figure 2 présente un deuxième mode de réalisation de système 1 selon l'invention dans lequel on contrôle une température et une position d'un élément optique. La figure 2 ne sera décrite que pour ses différences par rapport à la figure 1. 2953654 -19- Le processeur 20 contrôle la température du cristal non-linéaire 4, ainsi qu'un actuateur piézo-électrique 27 qui commande la position du premier milieu amplificateur 2 le long d'une droite parallèle à la cavité linéaire (pour ne pas jouer sur un paramètre supplémentaire, à savoir les pertes d'une 5 cavité résonante). Le contrôle en position du processeur 20 sur le premier milieu amplificateur 2 est symbolisé par une flèche 303. Sur la figure 2, la flèche D représente la largeur d'une plage de balayage de la position du premier milieu amplificateur 2. On balaye ainsi une longueur de cavité, de préférence lors de la conception. On agence ainsi, lors de la 10 conception, le dispositif (ou système, selon que l'on ait ou non, déjà placé des moyens de pompage en outre du dispositif), dans un agencement tel que le système 1 (et le dispositif associé) est multifréquence mais la puissance de sortie du faisceau cohérent 8 de lumière est non bruitée. En fonctionnement, on balaie de préférence des températures de façon à maintenir le 15 fonctionnement non bruité. Il apparaît donc qu'il est possible de réaliser une somme de fréquence intracavité sans bruit, sans introduire des filtres pour rendre nécessairement au moins l'une des deux ondes fondamentales monofréquence. Il apparaît également qu'un bon contrôle dans le temps des longueurs 20 des deux cavités laser peut simplifier l'algorithme de contre-réaction sur la longueur optique d'une cavité car cette dernière n'évolue pas (ou peu) dans le temps. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples 25 sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, lorsqu'il est question d'un cristal, il peut s'agir en réalité d'un jeu de plusieurs cristaux. On peut ajouter à au moins une cavité résonante des éléments supplémentaires tels qu'un filtre, un élément polarisant, un miroir pour sélectionner une raie d'émission, etc. 30 En outre, bien que les figures ne représentent que des exemples dans lesquels le système selon l'invention comprend des moyens de contre-réaction, l'invention concerne aussi un procédé, un dispositif et un système dans lesquels aucun moyen de contre-réaction n'intervient. Dans ce cas, c'est un opérateur humain qui, lors d'une étape préliminaire de réglage, lit une 35 mesure sur les moyens de mesure et actionne les moyens de balayage pour 2953654 -20- placer le système (et/ou dispositif) dans une zone de fonctionnement dans laquelle l'amplitude du faisceau cohérent de lumière est non bruitée et stable. REVENDICATIONS1. Procédé pour générer un faisceau cohérent (8) de lumière mettant en oeuvre un premier milieu amplificateur (2) apte à émettre un premier faisceau laser à une longueur d'onde fondamentale À1r un deuxième milieu amplificateur (3) apte à émettre un deuxième faisceau laser à une longueur d'onde fondamentale À2, et un cristal non-linéaire (4) apte à générer à partir des premier et deuxième faisceaux lasers, un faisceau cohérent (8) de lumière dont la fréquence est la somme des fréquences desdits premier et deuxième faisceaux lasers, dans lequel : - on agence le premier milieu amplificateur (2) et au moins le cristal non-linéaire (4) pour former une première cavité résonante (10) à la longueur d'onde fondamentale À1r - on agence le deuxième milieu amplificateur (3) et au moins le cristal non-linéaire (4) pour former une deuxième cavité résonante (14) à la longueur d'onde fondamentale À2, et caractérisé en ce que l'on ajuste au moins un paramètre d'au moins une cavité résonante (10, 20 14) pour que soit vérifié le critère de stabilité suivant : S=(p(P-p +(p 1)(p(p2+p-'(P-2)>0, où ait p= ate1 â =Vaiaz ; te = .Nitcitc2 25 al correspond aux pertes dans la première cavité résonante (10); a2 correspond aux pertes dans la deuxième cavité résonante (14); tc1 est le temps d'aller-retour de la lumière dans la première cavité résonante (10); tc2 est le temps d'aller-retour de la lumière dans la deuxième cavité 30 résonante (14); 2953654 -22- hCAeffK2P p = ù ; avec 2& teâ C célérité de la lumière dans le vide ; h constante de Planck ; 5 K coefficient non-linéaire du cristal non-linaire (4) tel que ' SFG = 2KP1P2 avec PSFG , P1 et P2 les puissances respectives des faisceaux aux longueurs d'onde 2SFG (longueur d'onde du faisceau cohérent (8)), 21 et 22i Aeff une aire effective moyenne des modes dans chaque cavité résonante (10, 14) correspondant à une moyenne de l'aire du faisceau de pompe et de l'aire 10 du faisceau laser correspondant ; _ 61X1] GX P P =VP1P2 ; 6%, _.61%,16 2x2 61 et62 sont respectivement les sections efficaces d'émission du premier 15 milieu amplificateur (2), et du deuxième milieu amplificateur (3), aux longueurs d'onde X1 et X2 respectives. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on ajuste au moins un paramètre d'une au moins des cavités résonantes (10 ; 14) en ajustant le temps d'aller-retour dans ladite cavité et/ou la section efficace d'émission (61; 62) du milieu amplificateur (2 ; 3) de ladite cavité (10 ; 14) et/ou les pertes de la cavité, et/ou l'aire effective des modes de la cavité. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on ajuste 25 au moins un paramètre d'une au moins des cavités résonantes (10 ; 14) par réduction du coefficient non-linéaire (K) du cristal non-linéaire (4). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on ajuste au moins un paramètre d'une au moins des cavités 30 résonantes (10 ; 14) en agençant des moyens de mesure du bruit du faisceau cohérent (8) et en balayant ledit paramètre, grâce à des moyens de 2953654 -23- balayage, de façon à déterminer au moins une zone de fonctionnement dans laquelle l'amplitude du faisceau cohérent (8) est non bruitée. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on agence des 5 moyens de contre réaction entre les moyens de mesure du bruit et les moyens de balayage. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on ajuste au moins un paramètre d'une au moins des cavités 10 résonantes (10 ; 14) dans une étape préliminaire de réglage. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on ajuste au moins un paramètre d'une au moins des cavités résonantes (10 ; 14) au cours du fonctionnement des cavités résonantes (10 ; 15 14). 8. Dispositif pour générer un faisceau cohérent (8) de lumière comprenant un premier milieu amplificateur (2) apte à émettre un premier faisceau laser de longueur d'onde fondamentale À1r un deuxième milieu 20 amplificateur (3) apte à émettre un deuxième faisceau laser de longueur d'onde fondamentale À2, et un cristal non-linéaire (4) apte à générer à partir des premier et deuxième faisceaux lasers, un faisceau cohérent (8) de lumière dont la fréquence est la somme des fréquences desdits premiers et deuxième faisceaux lasers, dans lequel : - le premier milieu amplificateur (2) et au moins le cristal non-linéaire (4) forment une première cavité résonante (10) à la longueur d'onde fondamentale À1r et - le deuxième milieu amplificateur (3) et au moins le cristal non-linéaire (4) forment une deuxième cavité résonante (14) à la longueur d'onde 30 fondamentale À2, caractérisé en ce qu'est vérifié le critère de stabilité suivant : s=(p(Pûp-ip-i)2 -p(~+(p-i)(p(p2+0, où 2953654 -24- alto p atel â =V aia2 ; te = .Nitc1tc2 al correspond aux pertes dans la première cavité résonante (10); 5 a2 correspond aux pertes dans la deuxième cavité résonante (14); tc1 est le temps d'aller-retour de la lumière dans la première cavité résonante (10); tc2 est le temps d'aller-retour de la lumière dans la deuxième cavité résonante (14); 10 hCA K2 eff p = ; avec 2& teâ C célérité de la lumière dans le vide ; h constante de Planck ; K coefficient non-linéaire du cristal non-linaire (4) tel que ' SFG = 2KP1P2 avec 15 PSFG , P1 et P2 les puissances respectives des faisceaux aux longueurs d'onde 2SFG (longueur d'onde du faisceau cohérent (8)), 21 et %2; Aeff une aire effective moyenne des modes dans chaque cavité résonante (10, 14) correspondant à une moyenne de l'aire du faisceau de pompe et de l'aire du faisceau laser correspondant ; 20 (p= P =VPIP2 ; 6%, _v61x1a2x2 61 et62 sont respectivement les sections efficaces d'émission du premier milieu amplificateur (2), et du deuxième milieu amplificateur (3), aux 25 longueurs d'onde XI et X2 respectives. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'au moins le premier ou le deuxième faisceau laser émis respectivement par le premier aXP 2953654 -25- milieu amplificateur (2) ou le deuxième milieu amplificateur (3), est situé dans le visible. 10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il 5 comprend des moyens de mesure du bruit du faisceau cohérent (8), et des moyens de balayage pour balayer un paramètre d'une au moins des cavités résonantes (10 ; 14). 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend 10 des moyens de contre réaction entre les moyens de mesure du bruit et les moyens de balayage. 12. Système (1) comprenant un dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend au outre au moins un 15 moyen de pompage pour le pompage de chacun des deux milieux amplificateurs (2, 3). 13. Système (1) selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'un amplificateur (2 ; 3) émettant un faisceau laser dans le visible est pompé par 20 une diode au nitrure de gallium (GaN).