La présente Invention concerne des masers optiques .
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sation d'un fonctionnement ondulatoire continu des dispositifs
à masers optiques à l'état solide. Jusqu'à présent, les
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intense produite dans le milieu du maser à l'état solide par l'absorption de l'énergie de pompage, et au caractère relativement inadéquat des dispositions prises pour refroidir ce
milieu.
Par conséquent, l'un des buts de l'ivention est de
réaliser un fonctionnement ondulatoire continu de maser dans
le domaine des fréquences optiques à l'aide d'un appareil
nécessitant des densités relativement faibles d'énergie de
pompage.
Un autre but de l'invention est de réaliser un fonctionnement ondulatoire continu de masers optiques à l'état
solide en procurant des moyens pour un refroidissement convenable du milieu à température négative.
Une autre difficulté qui préoccupe les spécialistes de' la technique des masers optiques est celle que crée la sélection de mode dans des résonateurs optiques à cavité. La conception des structures résonantes dans le domaine des
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ment simple. Typiquement, de telles structures ont des dimensions de l'ordre d'une longueur d'onde dans le domaine des fréquences entrant en jeu. Cette façon de faire ne convient pas en général pour s'appliquer au domaine des fréquences optiques en raison de l'extrême petitesse des longueurs d'on-
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res qui sont grandes par rapport à la lenteur d 'onde se caractérisent ordinairement par un grand nombre de modes résonants. Dans des structures à modes multiples, une certaine énergie est rayonnée inévitablement par le milieu du maser dans des modes de cavité moins souhaitables , augmentant ainsi la quantité d'énergie de pompage nécessaire pour obtenir la densité d'énergie voulue dans le mode désiré. On peut voir que la simplification de la structure de modes d'une cavité de maser optique entratnera une réduction de l'énergie de pompage nécessaire pour mettre en train et entretenir l'action du maser.
Par conséquent, un objet de l'invention est aussi de réaliser une action de maser optique à l'aide d'un résonateur à cavité optique ayant une structure de mode$ relativement simple.
Une structure qui a été utilisée avec succès , aussi bien dans les masers optiques à l'état solide que dans les masers optiques gazeux , est l'interféromètre à plaques parallèles de Fabry-Perot. Une analyse mathématique des modes
<EMI ID=5.1> Journal" volume 40, pages 453 (mars 1961). Dans le cas de dispositifs à l'état solide, il était généralement d'usage
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réflecteur sur les surfaces parallèles de l'agent actif luimôme. Ces surfaces doivent être soigneusement alignées et il
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de moulage et de polissage sur dea cristaux, de rubis par exemple. Ces opérations sont difficiles à mener à bien et, par suite, on a tâché de découvrir des agencements dans lesquels elles ne sont pas nécessaires.
Un but supplémentaire de l'invention est de procurer
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ment des surfaces parallèles de l'agent actif.
Ces objets de l'invention et d'autres sont réalisés dans une de leurs formes de réalisation en prévoyant un cristal de base cylindrique allongé ayant des surfaces terminales planes et parallèles. Un agent de température négative pelliculaire mince est déposé sur le cristal de base entre ses surfaces d'extrémité. Un résonateur à cavité optique
est formé par des revêtements réfléchissants déposés sur
les surfaces terminales de la couche pelliculaire. Le mot "cylindre" est utilisé ici dans le sens géométrique le plus général pour indiquer toute surface engendrée en déplaçant une ligne suivant une courbe plane fermée de façon à être
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axiale du cylindre.
Un aspect de l'invention consiste en ce que l'indice de réfraction du cristal de base est moindre que celui du
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terminales réfléchissantes qui forment le résonateur à cavité optique n'ont pas besoin d'être exactement plante et parallèles, Au lieu de cela, comme exposé ci-après, une tolérance très large s'accommode d'un fonctionnement en maser optique. Un résultat avantageux de cet aspect de l'invention est que
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sensiblement simplifiée et facilitée,
Au dessin , la figure représente un élément de maser optique suivant les principes de l'invention , .
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élément de maser optique 10 réalisant l'invention, comprenant un cristal de base cylindrique 11 ayant une surface d'extrémité plane 12.
Un milieu à température négative 13 en pellicule mince,
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chissant 14, Le film 13 est caractérisé en ce qu'il a un indice de réfraction plus élevé que le cristal de base 11.
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cule 13, on lui appliquer l'énergie d'onde de pompage à travers sa surface au moyen d'une lampe 15 qui est reliée à une source d'énergie non montrée à cette figure. La puissance de pompage produit une inversion de population entre au moins deux des niveaux d'énergie de la pellicule. On peut montrer que la condition suivante doit être satisfaite dans un maser optique pour que l'oscillation se produise.
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largeur de la ligne spectrale représentant la transition du signal , c( est fa perte d'énergie lumineuse pour chaque traversée du milieu à température négative, d est la distance entre les réflecteurs et k est un facteur de proportionnalité.
Le coté gauche de (1) est proportionnel à la puissance absorbée dans le milieu actif par unité de volume. Ainsi,
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réflexion dans les miroirs qui forment la cavité optique, est fixé une fois qu'on a choisi le modèle du miroir. Il s'ensuit que, pour un volume donné de matière active ayant
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en augmentant d ou, chose équivalente, en diminuant l'aire en action transversale.
Cependant, il y a une limite pratiqué à la réduction
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ordinaire en forme de tige. :Il en est ainsi en raison de l'augmentation des pertes que produit la diffraction de la lumière autour des bords des miroirs. En général, l'aire en section transversale du milieu ne peut être réduite au-delà du point où les pertes par diffraction s'approchent des pertes par réflexion. Pour le cas le plus favorable, en utili-
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réduire le diamètre de l'organe à température négative en
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longueurs d'ondes. La structure des modes dans un tel dispositif est encore extrêmement complexe , en sorte que l'éner-
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quantité de chaleur produite:.est très grande,
Suivant une particularité de l'invention, cependant, la pellicule active 13 n'a que quelques longueurs d'ondes
<EMI ID=23.1> nécessaire pour amorcer l'action de maser. En raison de la
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la lumière voyageant deci-delà entre les surfaces réfléchis" tantes extrêmes , frappera les limites de la couche sous des angles supérieurs à l'angle critique. Par suite, en prévoyant un milieu actif en pellicule mince ayant un indice de réfraction plus grand que celui du cristal de base ou du milieu qui entoure l'élément de maser optique, la transmission de lumière entre les miroirs est rendue essentiellement exempte de portes.
En plus de diminuer le problème posé par la chaleur , en réduisant les demandes d'énergie, un élément de maser optique suivant l'invention est bien propre à dissiper toute chaleur engendrée dans le milieu actif . Ainsi, le cristal de
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et donne un puits de chaleur de capacité relativement grande. D'autres améliorations comprennent par exemple le fait de prévoir un canal ou alésage au centre du cristal dé base
par lequel on peut faire circuler un agent de refroidissement
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de la couche de pellicule active* Ces parties prolongées peuvent servir d'ailettes de refroidissement pour améliorer
le contacts thermique entre le cristal de base et l'ambiance de l'élément de maser optique,
En outre, l'extrême minceur de la pellicule active fait que la cavité de maser optique se caractérise par un système de modes extrêmement simplifié. Il en est ainsi
parce que, dans une dimension au moins, le's dimensions de la cavité sont du même ordre que la longueur d'onde de la lumière
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gie émise par le milieu actif est rayonnée dans un mode <EMI ID=28.1>
d'énergie de pompage nécessaire pour l'action de maser
est réduite du fait de son utilisation plus efficace, En plus, une structure de modes bien définie permet l'application au dispositif d'éléments à sens unique lorsqu'on l'emploie comme amplificateur.
Un élément maser optique suivant l'invention peut être fabriqué d'un grand nombre de façons connues des techniciens. L'une des techniques employées consiste à faire'croître une couche cristalline convenablement dopée sur un cristal de base unique ayant un indice de réfraction inférieur. La couche active peut être constituée par l'un quelconque des cristaux convenables pour l'emploi dans les masers optiques, comme le rubis , tandis que le cristal de base est choisi de préférence
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blable à celle de la matière active. Une base convenable pour un milieu constitué par du rubis , par exemple , est offerte
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faire croître un cristal de base pour lui donner des dimen. sions appropriées et on peut produire la couche active en diffusant les atomes de dopage désirés dans sa surface.
On peut meuler, polir et arg�nter les surfaces terminales
de l'élément de maser optique
Une autre particularité de l'invention consiste en
ce qu'en raison de la localisation de la lumière dans le Milieu
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minalos réfléchissantes qui forment la cavité optique n'est pas critique. Ainsi, même si les extrémités réfléchissantes ne sont pas parallèles de façon précise, en sorte que les rayons lumineux soient réfléchis en f aisant un angle avec
le plan du film actif, l'extrême minceur de la cavité tend
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cule, .
REVENDICATIONS." .
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élément de base(11), un milieu à température négative (13) soutenu par l'élément de base , des moyens (15) pour pomper de l'énergie vers ce milieu , et des surfaces parallèles .ensiblement planes (14) formant un résonateur à cavité optique,
est caractérisé en ce que l'élément de base (11)/ cylindrique ,
en ce que le milieu (13) à température négative est une pellicule mince à sa surface cylindrique , en ce que l'élément de base (11) présente un indice de réfraction supérieur à celui de la pellicule (13) et, en ce que les surfaces (14) définissent les borda de la pellicule (13) et sont sensiblement perpendiculaires à la dimension axiale de ltélément de base,