CA1065459A - Tete laser - Google Patents

Tete laser

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CA1065459A
CA1065459A CA295,294A CA295294A CA1065459A CA 1065459 A CA1065459 A CA 1065459A CA 295294 A CA295294 A CA 295294A CA 1065459 A CA1065459 A CA 1065459A
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CA295,294A
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Louis Jacob
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Alcatel Lucent SAS
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Compagnie Generale dElectricite SA
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2308Amplifier arrangements, e.g. MOPA
    • H01S3/2325Multi-pass amplifiers, e.g. regenerative amplifiers
    • H01S3/2333Double-pass amplifiers
    • HELECTRICITY
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    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02Constructional details
    • H01S3/025Constructional details of solid state lasers, e.g. housings or mountings
    • HELECTRICITY
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    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
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    • H01S3/091Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
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Abstract

Tête laser comportant ? - un barreau actif en verre dopé au néodyme,- une source lumineuse destinée à amplifier un faisceau laser de longueur d'onde 1,06 micron traversant le barreau, - au moins un cristal de rubis produisant un rayonnement dirigé sur le matériau actif,caractérisé par le fait que le cristal de rubis est disposé coaxialement au barreau à l'intérieur d'un réflecteur sphérique concave, le barreau et le cristal de rubis étant, à l'intérieur du réflecteur, disposés sensiblement de manière symétrique par rapport au centre du réflecteur sphérique.

Description

lO~S4S9 La présente invention concerne une tête laser.
Par tête laser on comprend un dispositif comportant essentielle-ment un matériau actif laser et des moyens pour exciter ce matériau. Une tête laser est amplificatrice lorsque son matériau actif est traversé par un faisceau laser. Si on adjoint à une tête laser de ce type une cavité optique résonnante entourant le matériau actif, on obtient un générateur laser.
On connaît une tête laser amplificatrice dans laquelle le matériau actif est constitué par un barreau de verre dopé au néodyme et les moyens d'excitation comportent des tubes à décharge lumineuse disposés autour de la surface latérale du barrèau Lorsque l'énergie du faisceau laqer qui traverse le matériau actif est grande, la section du barreau doit être élevée. On constate alors que l'énergie lumineuse créée par la décharge dans les tubes provoque un éclairement non homogène du barreau. Vne zone axiale du barreau est moins éclairée et l'inversion de population y est plus faible. Il en résulte une déformation du profil transversal d'intensité du faisceau laser amplifié et une diminution notable de la puissance de ce faisceau.
La présente invention a pour but de pallier les inconvénients des têtes laser connues cltées oi-dessus et de réaliser une nouvelle structure de tête laser de grande puissance dans laquelle le matériau actif est excité de ~ façon beaucoup plus homogène.
L'invention a pour objet une tête laser comportant : -- un barreau actif en verre dopé au néodyme, - une source lumineuse disposée pour qu'une partie de la lumière émise par cette source éclaire ledit barreau actif afin de le rendre capable d'ampli-fier un faisceau laser de longueur d'onde 1,06 micron traversant ce barreau, l'autre partie de la lumière n'éclairant pas ledit barreau actif, une portion de ce barreau actif étant moins éclairée que l'autre, - un cristal de rubis disposé à l'intérieur d'une cavité optique résonnante coaxialement au barreau, 3 - un récepteur sphérique concave entourant partiellement le barreau et le cristal, ces derniers étant disposés sensiblement de manière symétrique par rapport au centre du réflecteur sp~.érique, de sorte que le cristal reçoit 10~;5~59 l'autre partie de ladite lumière après réflexion sur le réflecteur sphérique, ledit oristal produisant alor3 un rayonnement laser dirieé suivant l'axe de ladite cavité, - et un miroir plan réfléchissant ledit faisceau laser et transparent au rayonnement laser du cristal de rubis, disposé entre le barreau et le cristal de rubis perpendiculairement à 1'axe commun du barreau et du cristal de rub~s, de manière que ledit rayonnement laser illumine ladite portion moins ~olairée du barreau actif après traversée de ce miroir.
L'invention a également pour objet une tête iaser comportant :
10 - un barreau actif en verre dopé au néodyme, - une source lumineuse disposée pour qu'une partie de la lumière émise par cette source éclaire ledit barreau actif afin de le rendre capable d'ampli-fier un faisceau laser de longueur d'onde I,06 micron traversant ce barreau, l'autre partie de la lumière n'éclairant pas ledit barreau actif, une portion de ce barreau actif étant moins éclairée que l'autre, - des cristaux de rubis dispo~és chacun à l'intérieur d'une cavité optique résonnante, parallèlement entre eux, de manière à constituer un faeot coaxial au barreau, - un réflecteur sphérique concave entourant partiellement le barreau et les cristaux, le barreau d'une part et les cri~taux d'autre part étant disposés sensiblement de manière symétrique par rapport au centre du.. réflecteur ~phérique, de sorte que les cristaux reçoivent l'autre partie de ladite : lumière après réflexion sur le réflecteur sphérique, lesdits cristaux pro-dui3ant alors des rayonnements laser suivant l'axe desdites cavités, - et un miroir plan réfléchissant ledit faisceau laser et transparent aux ; rayonnements laser des cristaux de rubis, disposé entre le barreau et les cristaux de rubis perpendiculairement à l'axe commun du barreau et du fagot, de manière que lesdits rayonnements laser illuminent ladite portion moins éclairée du barreau actif après traversée de ce miroir.
Une description détaillée de ces diverses dispositions est donnée ci-après à titre d'exemple en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une tête laser comprenant un barreau de verre et un rubis, _ ~ _ - et la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une tête laser oomprenant un barreau de verre et une pluralité de rubis.
La tête laser représentée dans la figure 1 comprend un barreau en verre dopé au néodyme, de forme cylindrique dont l'axe est dans le plan de la figure. Le barreau est traversé suivant son axe par un faisceau lumineux 2 de longueur d'onde 1,06 micron provenant d'un générateur laser non représenté.
Ce faisoeau est réfléchi sur un miroir 3 de telle sorte qu'il traverse deux fols ce barreau.
Autour de la surface cylindrique du barreau sont disposés plu_ eurs tubes à décharge de type hélicoidal tels que ceux référencés 4 et 5, reliés à une source d'énergie non représentée.
Ces tubes ont pour but, par production d'éclairs lumineux, d'exoi-ter le barreau de verre 1 afin d'amplifier le faisceau laser 2.
Vn filtre 6, de forme tubulaire, est disposé coaxialement au barreau 1, entre celui-ci et les tubes à décharge. Un tel filtre (désigné par la terminologie anglaise cladding tube) sert à éliminer les longueurs d'ondes nocives au pompage du barreau.
La lumière 7 qui est émise par les tubes à déoharge à l'extérieur du barreau 1 est réfléchie par un réflecteur 8 sphérique en direction d'un barreau de rubis 9, muni sur ses faces terminales de couches multidié-lectriques formant cavité optique résonnante. Ce barreau 9 est disposécoaxialement au barreau 1 et de manière symétrique par rapport au centre de la sphère creuse constituant le réflecteur.
Le barreau de rubis-, excité par la lumière provenant des tube~ à
décharge et convenablement reflëchie par le réflecteur 8, émet un faisceau laser 10, de 0,6943 micron de longueur d'onde ; ce fa~sceau 9 traverse le miroir 3 et pénètre dans le barreau 1, dans la zone voisine de l'axe de ce barreau.
L'énergie additionnelle d'excitation apportée permet d'améliorer 3 l'homogénéité du pompage au sein du barreau.
Ce rubis est avantagausement entouré d'un tube de filtrage 11.

Il est bien compris que le miroir 3 est d'un type spécial puisqu'il -10~;54S9 réfléchit la lumière 2 de longueur d'onde 1,06 micron et transmet la lumière 10 de longueur d'onde 0,6943 micron. L'homme de l'art sait réaliser de tels miroirs qui ne font pas partie de la présente invention.
On peut, en variante remplacer les tubes hélicoIdaux 4 et 5 par des tubes à décharge reotilignes, disposés parallèlement au barreau autour de ce dernier.
La figure 2 représente, en coupe longitudinale, une tête laser selon une variante de réalisation. Les éléments oommuns à la figure 1 et à la figure 2 ont reçu les mêmes numéros de référenoe. Le mode de réalisation de la figure 2 diffère de oelui de la figure 1 en ce qu'il n'y a pas un seul rubis, mais plusieurs rubis 9a, 9b, etc... (au nombre de six par exemple) disposes en un fagot coaxial au barreau 1.
Chaque rubiR est muni préférentiellement d'un tube de filtra-- ge 11a, 11b etc... Un tube à décharge 12 est de préférence disposé sur l'axe du Pagot, de manière à exciter les rubis en même temps que les rayons de la lumière 7.
Une lentille 13 permet de faire oonverger les faisceaux lasers 10a, 10b, et¢... iSSU9 des rubis vers la partie centrale du barreau 1.
Le fonctionnement du dispositif est le même que celui de la figure 1.
On peut, en variante, remplacer dans le dispositif de la figure 2, les tubes à décharge héllcoidaux par des tube~ à décharge rectilignes disposés en un fagot autour du barreau 1.
La tête laser décrite dans la pré~ente demande de brevet s'applique à un dispositif générateur laser.

Claims (12)

Les formes de réalisation de l'invention pour laquelle une propriété ou un privilège exclusif est revendiqué sont définies comme suit :
1/ Tête laser comportant - un barreau actif en verre dopé au néodyme, - une source lumineuse disposée pour qu'une partie de la lumière émise par cette source éclaire ledit barreau actif afin de le rendre capable d'ampli-rier un faisceau laser de longueur d'onde 1,06 micron traversant ce barreau, l'autre partie de la lumière n'éclairant pas ledit barreau actif, une portion de ce barreau actif étant moins éclairée que l'autre, - un cristal de rubis disposé à l'intérieur d'une cavité optique résonnante coaxialement au barreau - un réflecteur sphérique concave entourant partiellement le barreau et le cristal, ces derniers étant disposés sensiblement de manière symétrique par rapport au centre du réflecteur sphérique, de sorte que le cristal reçoit l'autre partie de ladite lumière après réflexion sur le réflecteur sphérique, ledit cristal produisant alors un rayonnement laser dirigé suivant l'axe de ladite cavité, - et un miroir plan réfléchissant ledit faisceau laser et transparent au rayonnement laser du cristal de rubis, disposé entre le barreau et le cristal de rubis perpendiculairement à l'axe commun du barreau et du cristal de rubis, de manière que ledit rayonnement laser illumine ladite portion moins éclairée du barreau actif après traversée de ce miroir.
2/ Tête laser selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la source lumineuse comprend au moins un tube à décharge de forme hélicoïdale entourant le barreau.
3/ Tête laser selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la source lumineuse comprend une pluralité de tubes à décharge de forme recti-ligne disposés autour du barreau parallèlement à son axe.
4/ Tête laser selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'un tube de filtrage est disposé coaxialement au barreau, entre celui-ci et la source lumineuse.
5/ Tête laser selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'un tube de filtrage est disposé coaxialement au cristal de rubis autour de celui-ci.
6/ Tête laser comportant :
- un barreau actif en verre dopé au néodyme, - une source lumineuse disposée pour qu'une partie de la lumière émise par cette source éclaire ledit barreau actif afin de le rendre capable d'ampli-fier un faisceau laser de longueur d'onde 1,06 micron traversant ce barreau l'autre partie de la lumière n'éclairant pas ledit barreau actif, une portion de ce barreau actif étant moins éclairée que l'autre, - des cristaux de rubis disposés chacun à l'intérieur d'une cavité optique résonnante, parallèlement entre eux, de manière à constituer un fagot coaxial au barreau, - un réflecteur sphérique concave entourant partiellement le barreau et les oristaux, le barreau d'une part et les cristaux d'autre part étant disposés sensiblement de manière symétrique par rapport au centre du réflecteur sphérique, de sorte que les cristaux reçoivent l'autre partie de ladite lumière après réflexion sur le réflecteur sphérique, lesdits cristaux pro-duisant alors des rayonnements laser suivant l'axe desdites cavités, - et un miroir plan réfléchissant ledit faisceau laser et transparent aux rayonnements laser des cristaux de rubis, disposé entre le barreau et les cristaux de rubis perpendiculairement à l'axe commun du barreau et du fagot, de manière que lesdits rayonnements laser illuminent ladite portion moins éclairée du barreau actif après traversée de ce miroir.
7/ Tête laser selon la revendication 6, caractérisée par le fait qu'un dis-positif optique convergent est disposé entre le fagot et le barreau de manière à
faire converger les rayonnements laser des cristaux de rubis vers la portion la moins éclairée du barreau.
8/ Tête laser selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisée par le fait qu'un tube à décharge est disposé dans l'axe du fagot.
9/ Tête laser selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée par le fait qu'un tube de filtrage est disposé coaxialement au barreau entre celui-ci et la source lumineuse.
10/ Tête laser selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée par le fait que chaque cristal de rubis est muni d'un tube de filtrage disposé coaxialement autour de lui.
11/ Tête laser selon l'une des revendications 6 ou 10, caractérisée par le fait que la source lumineuse comprend au moins un tube à décharge de forme hélicoïdale entourant le barreau.
12/ Tête laser selon l'une des revendications 6 ou 7,, caractérisée par le fait que la source lumineuse comprend une pluralité de tube à décharge de forme rectiligne disposés autour du barreau parallèlement à son axe.
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