EP2013950A1 - Oscillateur laser pulsé a durée d'impulsion variable - Google Patents

Oscillateur laser pulsé a durée d'impulsion variable

Info

Publication number
EP2013950A1
EP2013950A1 EP07765990A EP07765990A EP2013950A1 EP 2013950 A1 EP2013950 A1 EP 2013950A1 EP 07765990 A EP07765990 A EP 07765990A EP 07765990 A EP07765990 A EP 07765990A EP 2013950 A1 EP2013950 A1 EP 2013950A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
laser
pump
cavity
supply voltage
radiation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP07765990A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Louis Cabaret
Cyril Drag
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP2013950A1 publication Critical patent/EP2013950A1/fr
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
    • H01S3/1123—Q-switching
    • H01S3/115—Q-switching using intracavity electro-optic devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08018—Mode suppression
    • H01S3/0804—Transverse or lateral modes
    • H01S3/0805—Transverse or lateral modes by apertures, e.g. pin-holes or knife-edges
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08054—Passive cavity elements acting on the polarization, e.g. a polarizer for branching or walk-off compensation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/09408—Pump redundancy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094084—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light with pump light recycling, i.e. with reinjection of the unused pump light, e.g. by reflectors or circulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/10038—Amplitude control
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
    • H01S3/107—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using electro-optic devices, e.g. exhibiting Pockels or Kerr effect
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
    • H01S3/1603—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
    • H01S3/1611—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth neodymium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/163—Solid materials characterised by a crystal matrix
    • H01S3/164—Solid materials characterised by a crystal matrix garnet
    • H01S3/1643—YAG

Definitions

  • the present invention relates to the field of pulsed laser oscillators.
  • Pulse laser oscillators comprising a laser cavity, said laser cavity comprising a laser medium capable of being pumped by pump radiation emitted by at least one pump radiation source and shutter means capable of closing said cavity.
  • Such lasers are known as triggered laser (or "Q-switch laser” in English).
  • the shutter means are commonly referred to as quality factor switches, or Q-switches ("Q-switches” in English).
  • Q-switches Quality factor switches
  • a laser crystal is pumped by a pump diode, while the shutter means are closed and prevent the return of the laser wave into the crystal. This produces a population inversion within the crystal, but lasing of the laser medium does not occur since there is no return of the wave.
  • the sealing means still close the cavity, the laser crystal is charged with energy by pumping.
  • the sealing means are then open to allow the return of the wave after reflection on one end of the cavity.
  • the stimulated emission amplification process can then begin. Because of the large amount of energy stored in the laser medium, the generated laser signal is very short, and a short pulse is obtained at the output of the oscillator.
  • the duration of the laser pulse output of the oscillator is a priori constant.
  • the adjustment of the pulse duration is interesting to adapt the characteristics of the pulses to the type of phenomenon to be studied.
  • pulsed lasers with variable pulse duration.
  • a first known solution for making such an adjustment of the pulse duration is to vary the pumping power of the laser medium. Indeed, when this pumping power is varied, the amount of energy stored in the laser crystal varies, and the pulse duration also varies.
  • this solution has significant disadvantages. Indeed, a variation of the pumping power produces a variation of the thermal regime in the laser medium and consequently a modification of the thermal lens that it produces inside the cavity. Even though the laser cavity is configured to be insensitive to thermal lens changes in the form of a dynamically stable cavity, a large amplitude of variation of the pulse duration, controlled by the pumping power, causes a change in spatial characteristics of the beam and a variation of the energy emitted up to the stop of the laser emission. In laser sources with a high repetition rate (from 1 kHz to 100 kHz) this disadvantage is overcome by adjusting the pulse duration by varying the repetition rate. If the laser medium is pumped continuously and the interval between two pulses is less than the life of the upper level of the laser transition, the change in the repetition rate changes the stored energy and consequently the duration of impulse.
  • the pumping power is constant, but such a device has the disadvantage that the repetition rate is not constant.
  • Another solution for achieving such an adjustment of the pulse duration is to control the switch Q within the cavity.
  • a pulsed laser oscillator comprising a laser cavity, said laser cavity comprising a laser medium capable of being pumped by a pump radiation emitted by less a source of pump radiation and closure means capable of closing said cavity.
  • This application teaches to use within the laser resonator, an acousto-optical Q switch connected to an electronic unit generating a high-frequency wave that can be modulated.
  • the switch Q and in particular its duration of opening and closing, is then controlled by this high-frequency wave.
  • a first drawback is that the duration of opening, which is related to the size of the beam in the switch, is generally long and short pulse times are therefore difficult to obtain.
  • a second disadvantage is that if one seeks to increase the stored energy in order to reduce the duration of the pulses, the relaxed operating regime appears very easily because the closing rate of the acousto-optic Q switch is not good. .
  • the present invention intends to overcome these disadvantages.
  • a first object of the invention is therefore to provide a pulsed laser with variable pulse duration.
  • Another object of the invention is to provide a pulsed laser with variable pulse duration without requiring modification of the pumping power of the laser crystal.
  • Another object of the invention is to provide a pulsed laser oscillator not using an acousto-optic Q switch. At least one of these objects is achieved by the invention, which according to a first aspect concerns a pulsed laser oscillator for emitting a laser pulse, comprising a laser cavity, said laser cavity comprising a laser medium capable of being pumped by pump radiation emitted by at least one pump radiation source and to emit laser radiation, said laser cavity comprising shutter means able to close said cavity during a shutter duration, characterized in that said shutter means are means for closing said cavity, electro-optical shutter, and in that said shutter means are adapted to be powered by a supply voltage, so that the duration of the transmitted pulse is changed when the value of the supply voltage is changed .
  • the sealing means comprise, for example, electro-optical crystals.
  • closure rate of an electro-optical switch is much better than that of an electro-acoustic switch as described for example in US-A-2001/0021205.
  • said laser cavity comprises a coupling polarizer able to reflect said laser radiation with reflectivity, the coupling polarizer being arranged so that said reflectivity is changed when the value of the supply voltage is changed.
  • the reflectivity of the coupling polarizer can vary depending on the power supply, which has the effect of varying the laser pulse duration.
  • said shutter means can comprise a first crystal of RbTiOPO 4 having a first axis, and a second crystal of RbTiOPO 4 having a second axis, the first axis and the second axis being crossed.
  • said laser cavity is closed by a first mirror and a second mirror, said first mirror and said second mirror defining a parameter stability parameter, said stability parameter being between 0.4 and 0.6 and preferably 0.5.
  • the invention also relates to a device comprising a pulsed laser oscillator as described above, power supply means capable of supplying said variable supply voltage to said shutter means, and means for controlling the shut-off power supply of the means shutter power control circuit capable of modifying said supply voltage so as to modify the duration of the laser pulse emitted by the oscillator.
  • the supply means comprise for example a voltage generator, and the shutter supply control means comprise for example a potentiometer.
  • the invention also aims to provide a pulsed laser oscillator with variable pulse duration, while maintaining a substantially constant energy.
  • one of the disadvantages of pulsed oscillators with variable pulse duration is that the variation in the duration of the pulse involves a variation of the energy of the laser. This is particularly the case when the variation of the pulse duration is achieved by varying the pumping power since this pumping power affects both the pulse duration and the energy emitted.
  • the aforementioned device may comprise pump supply means capable of supplying a pump current to said source of pump radiation, said pump radiation having an energy, said energy being a function of said pump current, said device comprising pump control means adapted to vary said pump current.
  • the pulsed laser oscillator according to the invention comprises two independently modifiable adjustment parameters, which makes it possible to adjust the pulse duration by means of the shutter power control means and to adjust the pump energy by the pump control means.
  • a suitable adjustment of these two parameters now independently modifiable makes it possible to keep the energy of the emitted laser pulse substantially constant.
  • said pulsed laser oscillator is able to emit a laser signal, and wherein said supply voltage and said pump current are selected so that said laser energy is substantially constant.
  • the voltage to be applied is not too high. This makes it possible in particular to avoid the use of complex and expensive feeding means.
  • Another object of the invention is therefore to provide a pulsed laser oscillator with variable pulse duration by switching a Q switch supplied with voltage, without the voltage to be applied to the switch Q is too high.
  • the gain of the laser medium be as high as possible, while preventing the oscillator from operating in a relaxed regime which would be detrimental to the quality of the beam and to the the flow resistance of the optical components.
  • the aforementioned laser cavity has a laser threshold
  • said laser cavity may comprise biasing means able to modify a polarization state of said laser radiation before said coupling polarizer, said biasing means being arranged so as to place said laser cavity just below said laser threshold, at a limit of disappearance of the relaxed regime.
  • the voltage to be applied to the switch Q may be low and therefore the supply means can be simple and inexpensive.
  • the invention also relates to a method for varying the duration of a pulse emitted by a pulsed laser oscillator comprising a laser cavity, said laser cavity comprising a laser medium capable of being pumped by pump radiation emitted by at least one pump radiation source and emitting laser radiation and electro-optical sealing means, said method being characterized by comprising steps of:
  • said laser cavity may comprise a coupling polarizer able to reflect said laser radiation with reflectivity and wherein said reflectivity is changed when said power supply voltage is changed.
  • said pump radiation has a pump energy
  • said method comprises steps of:
  • said pulsed laser oscillator is able to generate a laser signal having a laser energy, and said shutter duration and said pump energy being chosen so that said laser energy is substantially constant.
  • said laser cavity has a laser threshold, said laser cavity comprising polarization means able to modify a polarization state of said laser radiation before said coupling polarizer, said method being able to understand steps consisting of:
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example pulsed laser oscillator according to the invention
  • FIG. 2 is a graph showing the evolution of the tripping voltage as a function of the pulse duration of the pulsed laser oscillator of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a graph showing the evolution of the energy emitted by the laser cavity before adjustment in voltage and current
  • FIG. 4 is a graph illustrating the reflection coefficient of the coupling polarizer as a function of the voltage applied to the shutter means of the pulsed laser oscillator of FIG. 1 for an orientation of the quarter-wave plate of 0.4 rad;
  • FIG. 5 is a graph illustrating the reflection coefficient of the coupling polarizer as a function of the voltage applied to the shutter means of a pulsed laser oscillator with usual adjustment of the quarter-wave plate of ⁇ / 4 radian;
  • FIG. 6 is a graph illustrating, with a constant energy of 300 microjoules, the pulse duration emitted when the current injected to the pump diodes and the voltage applied to the shut-off means are varied.
  • a device 1 comprises a pulsed laser oscillator 15 in the form of a laser cavity 15. It also comprises supply means 12 of the elements of the pulsed oscillator.
  • the supply means 12 comprise current supply means 11 and voltage supply means 10.
  • the laser cavity 15 comprises a laser medium 4.
  • the laser medium 4 is a crystal commonly called YAG, or yttrium aluminum garnet of composition Y3AI5O12 doped with neodymium.
  • the laser cavity 15 has an effective length 170 mm. It is closed by two totally reflective mirrors 2, 8 for the laser radiation at the wavelength of 1064 nm.
  • the first mirror 2 is plane and the second mirror 8 is concave with a radius of curvature of 2000 mm so that the cavity 15 is stable with a beam diameter of about 0.9 mm on the plane mirror 2.
  • a diaphragm of diameter 1, 2 mm can be placed just in front of the mirror 2 so as to select the TEMoo Gaussian mode of the cavity 15.
  • the laser cavity 15 if the thermal stresses of the laser medium 5 are high, it is also possible to configure the laser cavity 15 to satisfy the criterion of insensitivity to thermal lens variations, that is to say with a stability parameter between 0.4 and 0.6, preferably close to 0.5.
  • the Nd: YAG laser crystal 4 is cut in the form of a half-cylinder of length 15 mm and diameter 4.4 mm.
  • a stack of three laser diode arrays 5 fed by a current generator 1 1 pumps this crystal through the cylindrical face.
  • the unabsorbed pump radiation during a first pass through the laser crystal is reflected by the reflective processed planar back face for the pumping wavelength at 808 nm.
  • the Laser beam that forms in the cavity is amplified in the pumped area following a path parallel to the axis of the half-cylinder.
  • the device for coupling the laser light towards the outside of the cavity consists of a polarizing plate 3, inclined at the Brewster angle.
  • the reflectivity of this polarizing plate depends on the polarization state of the incident light.
  • a quarter wave plate 6 having a means of rotation about the axis of the cavity, allows the cavity to operate either in the relaxed regime or in the triggered mode according to the orientation of the axes of the blade.
  • the cavity is triggered by a pair of electro-optical crystals 7 commonly referred RTP or RbTjOPO 4 ).
  • the crystals 7 of RTP are matched in length and their axes are crossed such that, without applied voltage, their overall birefringence is zero. In this configuration, they are simply equivalent to a phase plate and their polarization properties are almost insensitive to temperature.
  • the X and Z axes of the RTP crystals are oriented at 45 ° with respect to the polarization plane defined by a coupling polarizer 3.
  • the triggering electric field is applied along the Z axis of each crystals by means of gold electrodes 13 deposited on the orthogonal faces at Z.
  • a pulse generator 10 delivers an adjustable pulse voltage between 0 and 500V, synchronized with the falling edge of the pumping current of the diodes. The value of the voltage is controlled, for example, controlled by a potentiometer 10.
  • the concave mirror 8 is mounted on a piezoelectric ceramic 9 used to enslave the optical length of the cavity. In this way, the injected frequency can remain in resonance with a mode of the cavity.
  • the optimization of the cavity is performed in several steps so as to obtain pulses of variable duration with a low trigger voltage.
  • the cavity mirrors 2 and 8 are conventionally adjusted, without voltage applied to the electrooptical crystals 7, by acting on means for adjusting the rotation of the mirrors 2 and 8.
  • a current slot of a duration of 100 microseconds is injected into the pump diodes 5.
  • the optical axis of the quarter wave plate 6 is oriented so as to obtain a maximum of laser energy in relaxed mode, that is to say in optimization coupling in the cavity. Indeed, by rotating the quarter wave plate 4, the polarization state of the incident beam on the coupling polarizer 3 varies and consequently the effective reflectivity of the coupling polarizer also varies.
  • the current of the diodes is increased to the maximum allowed by the supply 1 1 or up to the maximum recommended by the manufacturer of the diodes, that is to say, for example to 80 amperes.
  • the quarter-wave plate is rotated by an angle ⁇ such that the laser passes just below the laser threshold, here.
  • the angle is for example here set at 0.4 radian.
  • the angular coordinate system that determines ⁇ corresponds to the alignment of the axis 5
  • optical waveguide 4 in the plane of polarization defined by the plane of incidence of the coupling polarizer 3.
  • FIG. 4 illustrates this behavior in which without applied voltage, the laser threshold corresponds to a neighboring coupling reflectivity of 44%.
  • the voltage that is applied to the RTP 7 crystals has the effect of reducing the reflectivity and thus the loss by coupling.
  • the laser cavity 15 can then emit.
  • the pulse duration is adjustable between more than 50 ns and 17 ns when the supply voltage varies between 50 volts and 220 volts.
  • the supply voltage is set according to the pulse duration to be obtained. Once this supply voltage is fixed, possibly following a modification, depending on the pulse duration to be obtained, the supply voltage remains constant as a function of time during each pumping and emission cycle. After remission, the supply voltage can be changed again.
  • This configuration is illustrated FIG. 5.
  • FIG. 6 where is represented the current in the pump diodes and the duration of the transmitted pulse as a function of the voltage applied to the switch Q 7 for a constant energy of 300 microjoules. These two functions are represented with a good approximation by polynomials of degree three for the pulse duration and of degree five for the current of the diodes 5.
  • the Applicant has determined a polynomial of 2.10 "10 ⁇ 5 -1 .10 " 7 x 4 + 4.10 "5 x 3 - 0.0048 x 2 + 0, 1059 x + 77.213 for the current curve, and a polynomial of 6.10 " 7 x 3 - 0.0005 x 2 + 0.0018 x + 51, 255 7

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

La présente invention concerne le domaine des oscillateurs laser pulsés. Elle se rapporte à un oscillateur laser pulsé (15) pour émettre une impulsion laser, comprenant une cavité laser (15), ladite cavité laser comprenant un milieu laser (4) pompé par un rayonnement de pompe émis par au moins une source de rayonnement de pompe (5) et émettant un rayonnement laser, la dite cavité laser (15) comprenant des moyens d'obturation (7) aptes à obturer ladite cavité pendant une durée d'obturation, ou lesdits moyens d'obturation (7) sont des moyens d'obturation électro-optiques, et ou lesdits moyens d'obturation sont alimentés par une tension d 'alimentation, de sorte que la durée de l'impulsion émise soit modifiée lorsque le valeur de la tension d'alimentation est modifiée.

Description

OSCILLATEU R LASER PULSE A DUREE D'IMPULSION
VARIABLE
La présente invention concerne le domaine des oscillateurs laser puisés.
On connaît des oscillateurs laser puisés comprenant une cavité laser, ladite cavité laser comprenant un milieu laser apte à être pompé par un rayonnement de pompe émis par au moins une source de rayonnement de pompe et des moyens d'obturation aptes à obturer ladite cavité.
De tels lasers sont connus sous le nom de laser déclenché (ou « Q-switch laser » en langue anglaise). Les moyens d'obturation sont couramment dénommés des commutateurs de facteur de qualité, ou commutateur-Q (« Q-switch » en langue anglaise). Dans un tel laser, initialement, un cristal laser est pompé par une diode de pompe, alors que les moyens d'obturation sont fermés et empêchent le retour de l'onde laser dans le cristal . Ceci produit une inversion de population au sein du cristal, mais le lasage du milieu laser ne se produit pas puisqu'il n'y a pas de retour de l'onde. Alors que les moyens de d'obturation obturent toujours la cavité, le cristal laser se charge en énergie par pompage. Les moyens d'obturation sont alors ouverts pour permettre le retour de l'onde après réflexion sur une extrémité de la cavité. Le procédé d'amplification par émission stimulée peut alors commencer. A cause de la quantité d'énergie importante stockée dans le milieu laser, le signal laser généré est très bref, et on obtient une impulsion courte en sortie de l'oscillateur.
Dans de tels dispositifs connus, la durée de l'impulsion laser en sortie de l'oscillateur est a priori constante. Or, il est avantageux de fournir un oscillateur laser pour lequel la durée d'impulsion laser obtenue puisse varier. En effet, l'ajustement de la durée d'impulsion est intéressant pour adapter les caractéristiques des impulsions au type de phénomène à étudier. Ainsi, pour des lasers puisés à durée d'impulsion fixe, si l'on désire changer la durée d'impulsion pour étudier un nouveau phénomène, il est nécessaire de se procurer un nouveau laser ayant le temps d'impulsion requis. Cette situation est bien entendu un inconvénient des lasers à durée d'impulsion fixe.
Il existe également des lasers puisés à durée d'impulsion variable.
Une première solution connue pour réaliser un tel ajustement de la durée d'impulsion est de faire varier la puissance de pompage du milieu laser. En effet, lorsque l'on fait varier cette puissance de pompage, la quantité d'énergie stockée au sein du cristal laser varie, et la durée d'impulsion varie également.
Toutefois, cette solution possède des inconvénients importants. En effet, une variation de la puissance de pompage produit une variation du régime thermique dans le milieu laser et par conséquent une modification de la lentille thermique que celui-ci produit à l'intérieur de la cavité. Même si la cavité du laser est configurée pour être peu sensible aux variations de lentille thermique sous la forme d'une cavité dynamiquement stable, une grande amplitude de variation de la durée d'impulsion, contrôlée par la puissance de pompage, provoque une modification des caractéristiques spatiales du faisceau et une variation de l'énergie émise allant jusqu'à l'arrêt de l'émission laser. Dans les sources laser à haute cadence de répétition (de 1 kHz à 100 kHz) on pallie cet inconvénient en ajustant la durée d'impulsion par variation du taux de répétition . Si le milieu laser est pompé en régime continu et que l'intervalle entre deux impulsions est inférieur à la durée de vie du niveau supérieur de la transition laser, le changement du taux de répétition modifie l'énergie stockée et par voie de conséquence la durée d'impulsion .
La puissance de pompage est bien constante, mais un tel dispositif possède l'inconvénient que la cadence de répétition n'est pas constante.
Une autre solution pour réaliser un tel ajustement de la durée d'impulsion est de contrôler le commutateur Q au sein de la cavité. Une telle solution est par exemple décrite dans la demande de brevet américain US-A-2001 /0021205 qui enseigne un oscillateur laser puisé comprenant une cavité laser, ladite cavité laser comprenant un milieu laser apte à être pompé par un rayonnement de pompe émis par au moins une source de rayonnement de pompe et des moyens d'obturation aptes à obturer ladite cavité.
Cette demande enseigne d'utiliser au sein du résonateur laser, un commutateur Q acousto-optique relié à une unité électronique générant une onde haute-fréquence pouvant être modulée. Le commutateur Q, et notamment sa durée d'ouverture et de fermeture, est alors contrôlé par cette onde haute-fréquence.
Toutefois, l'utilisation d'un commutateur Q acousto-optique possède certains inconvénients.
Un premier inconvénient est que la durée d'ouverture, qui est liée à la dimension du faisceau dans le commutateur, est généralement longue et des durées d'impulsions courtes sont donc difficiles à obtenir.
Un deuxième inconvénient est que si l'on cherche à augmenter l'énergie stockée dans le but de diminuer la durée des impulsions, le régime de fonctionnement relaxé apparaît très facilement car le taux de fermeture du commutateur Q acousto-optique n'est pas bon .
On connaît également la publication « High-energy high-brightness Q-switched Tm 3+ doped fiber laser using an electro-optic modulator », El-Sharif et al. Dans cette publication, une cavité laser comprenant un milieu amplificateur sous forme d'une fibre dopée, produit des impulsions multiples par un effet de post-lasage en régime déclenché. Pour réduire l'émission laser à une seule impulsion par tir, il est décrit de modifier la tension appliquée au modulateur électro-optique. Toutefois, dans la publication susmentionnée, la durée des impulsions n'est pas modifiée lorsque la tension d'alimentation est modifiée.
La présente invention entend pallier ces inconvénients.
Un premier but de l'invention est donc de fournir un laser puisé à durée d'impulsion variable.
Un autre but de l'invention est de fournir un laser puisé à durée d'impulsion variable sans nécessiter de modification de la puissance de pompage du cristal laser.
Un autre but de l'invention est de fournir un oscillateur laser puisé n'utilisant pas de commutateur Q acousto-optique. Au moins un de ces buts est atteint par l'invention qui concerne selon un premier aspect un oscillateur laser puisé pour émettre une impulsion laser, comprenant une cavité laser, ladite cavité laser comprenant un milieu laser apte à être pompé par un rayonnement de pompe émis par au moins une source de rayonnement de pompe et à émettre un rayonnement laser, ladite cavité laser comprenant des moyens d'obturation aptes à obturer ladite cavité pendant une durée d'obturation, caractérisé en ce que lesdits moyens d'obturation sont des moyens d'obturation électro-optiques, et en ce que lesdits moyens d'obturation sont aptes à être alimentés par une tension d'alimentation, de sorte que la durée de l'impulsion émise soit modifiée lorsque la valeur de la tension d'alimentation est modifiée.
Dans cette cavité laser, les moyens d'obturation comprennent par exemple des cristaux électro-optiques.
De la sorte, en modifiant la tension d'alimentation du commutateur Q électro-optique, il est possible de faire varier la durée des impulsions lasers de l'oscillateur laser puisé.
On note que le taux de fermeture d'un commutateur électro-optique est bien meilleur que celui d'un commutateur électro-acoustique tel que décrit par exemple dans le document US-A-2001 /0021205.
Selon un mode de réalisation de l'invention, dans l'oscillateur laser puisé susmentionné, ladite cavité laser comprend un polariseur de couplage apte à réfléchir ledit rayonnement laser avec un pouvoir réflecteur, le polariseur de couplage étant agencé de sorte que ledit pouvoir réflecteur soit modifié lorsque la valeur de la tension d'alimentation est modifiée. De la sorte, le pouvoir réflecteur du polariseur de couplage peut varier en fonction de l'alimentation, ce qui a pour conséquence de faire varier la durée d'impulsion laser.
Par ailleurs, afin de fournir un oscillateur laser puisé qui ait une bonne insensibilité en température, une bonne tenue au flux et de bons coefficients électro-optiques, dans l'oscillateur laser puisé susmentionné, lesdits moyens d'obturation peuvent comprendre un premier cristal de RbTiOPO4 ayant un premier axe, et un deuxième cristal de RbTiOPO4 ayant un deuxième axe, le premier axe et le deuxième axe étant croisés.
Par ailleurs, dans l'oscillateur laser puisé susmentionné, afin d'assurer une bonne insensibilité de l'oscillateur aux perturbations extérieures, ladite cavité laser est fermée par un premier miroir et un deuxième miroir, ledit premier miroir et ledit second miroir définissant un paramètre de stabilité, ledit paramètre de stabilité étant compris entre 0,4 et 0,6 et valant de préférence 0,5.
L'invention concerne également un dispositif comprenant un oscillateur laser puisé tel que décrit précédemment, des moyens d'alimentation aptes à fournir ladite tension d'alimentation variable auxdits moyens d'obturation, et des moyens de contrôle d'alimentation d'obturation des moyens de contrôle d'alimentation d'obturation apte à modifier ladite tension d'alimentation de sorte à modifier la durée de l'impulsion laser émise par l'oscillateur.
Les moyens d'alimentation comprennent par exemple un générateur de tension, et les moyens de contrôle d'alimentation d'obturation comprennent par exemple un potentiomètre. L'invention a également pour but de fournir un oscillateur laser puisé à durée d'impulsion variable, tout en gardant une énergie sensiblement constante.
En effet, un des inconvénients des oscillateurs puisés à durée d'impulsion variable, est que la variation de la durée de l'impulsion implique une variation de l'énergie du laser. Ceci est notamment le cas lorsque la variation de la durée d'impulsion est réalisée en faisant varier la puissance de pompage puisque cette puissance de pompage influe à la fois sur la durée d'impulsion et sur l'énergie émise.
Pour pallier cet inconvénient, le dispositif susmentionné peut comprendre des moyens d'alimentation de pompe apte à fournir un courant de pompe à ladite source de rayonnement de pompe, ledit rayonnement de pompe ayant une énergie, ladite énergie étant fonction dudit courant de pompe, ledit dispositif comprenant des moyens de contrôle de pompage apte à faire varier ledit courant de pompe.
De la sorte, l'oscillateur laser puisé selon l'invention comprend deux paramètres d'ajustement modifiables de façon indépendante, ce qui permet d'ajuster la durée d'impulsion grâce aux moyens de contrôle d'alimentation d'obturation et d'ajuster l'énergie de pompe par les moyens de contrôle de pompage. Un ajustement adéquat de ces deux paramètres maintenant modifiables de façon indépendante permet alors de maintenir sensiblement constante l'énergie de l'impulsion laser émise.
En particulier, ledit oscillateur laser puisé est apte à émettre un signal laser, et dans lequel ladite tension d'alimentation et ledit courant de pompe sont choisis de sorte à ce que ladite énergie laser soit sensiblement constante.
Par ailleurs, lorsque l'on alimente les moyens d'obturation en tension, il est avantageux que la tension à appliquer ne soit pas trop élevée. Ceci permet notamment d'éviter l'utilisation de moyens d'alimentation complexes et coûteux.
Un autre but de l'invention est donc de fournir un oscillateur laser puisé à durée d'impulsion variable par commutation d'un commutateur Q alimenté en tension, sans que la tension à appliquer au commutateur Q ne soit trop élevée.
Or, il est connu en soi que la tension à appliquer à un commutateur Q dans un oscillateur laser puisé dépend des caractéristiques d'une lame quart-d'onde positionnée entre le milieu laser et l'obturateur.
De façon classique, pour extraire le maximum d'énergie du milieu laser, on désire que le gain du milieu laser soit le plus élevé possible, tout en empêchant l'oscillateur de fonctionner dans un régime relaxé qui nuirait à la qualité du faisceau et à la tenue au flux des composants optiques.
Or, dans le cadre de la présente invention qui a pour but d'obtenir un oscillateur à durée d'impulsion variable, cette contrainte de gain n'est plus présente.
Ainsi, la cavité laser susmentionnée a un seuil laser, et ladite cavité laser peut comprendre des moyens de polarisation aptes à modifier un état de polarisation dudit rayonnement laser avant ledit polariseur de couplage, lesdits moyens de polarisation étant agencé de sorte à placer ladite cavité laser juste sous ledit seuil laser, à une limite de disparition du régime relaxé.
De la sorte, la tension à appliquer au commutateur Q peut être faible et donc les moyens d'alimentation peuvent être simples et peu coûteux.
L'invention se rapporte également à un procédé pour faire varier la durée d'une impulsion émise par u n oscillateur laser puisé comprenant une cavité laser, ladite cavité laser comprenant un milieu laser apte à être pompé par un rayonnement de pompe émis par au moins une source de rayonnement de pompe et à émettre un rayonnement laser et des moyens d'obturation électro-optiques, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend des étapes consistant à :
- fournir une tension d'alimentation auxdits moyens d'obturation ; modifier ladite tension d'alimentation de sorte à modifier la durée de l'impulsion émise par l'oscillateur laser puisé.
Selon un mode de réalisation , ladite cavité laser peut comprendre un polariseur de couplage apte à réfléchir ledit rayonnement laser avec un pouvoir réflecteur et dans lequel ledit pouvoir réflecteur est modifié lorsque ladite tension d'alimentation est modifiée.
Selon un mode de réalisation particulier, dans le procédé susmentionné, ledit rayonnement de pompe a une énergie de pompe, et ledit procédé comprend des étapes consistant à :
- fournir un courant de pompe à ladite source de rayonnement de pompe,
- faire varier ledit courant de pompe dans lequel ladite énergie de pompe est fonction dudit courant de pompe.
Egalement selon un mode de réalisation de l'invention , dans le procédé susmentionné, ledit oscillateur laser puisé est apte à générer un signal laser ayant une énergie laser, et ladite durée d'obturation et ladite énergie de pompe étant choisis de sorte à ce que ladite énergie laser soit sensiblement constante.
Egalement selon un mode de réalisation de l'invention , dans le procédé susmentionné, ladite cavité laser a un seuil laser, ladite cavité laser comprenant des moyens de polarisation aptes à modifier un état de polarisation dudit rayonnement laser avant ledit polariseur de couplage ledit procédé pouvant comprendre des étapes consistant à :
- fournir un courant de pompe à ladite source de rayonnement de pompe, ledit cou rant de pompe étant fixé à u ne valeur maxi male ; placer ladite cavité laser dans un régime relaxé ; - ajuster lesdits moyens de polarisation de sorte à placer ladite cavité juste sous ledit seuil laser, à une limite de disparition du régime relaxé ;
- appliquer une tension d'alimentation auxdits moyens d'obtu ration ; faire varier indépendamment ladite tension d'alimentation et ledit courant de pompe.
D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description ci-dessous faite en référence aux figures annexées dans lesquelles : - FIG. 1 est un schéma illustrant un exemple d'oscillateur laser puisé selon l'invention ;
FIG.2 est un graphique représentant l'évolution de la tension de déclenchement en fonction de la durée d'impulsion de l'oscillateur laser puisé de la FIG. 1 ;
- FIG. 3 est un graphique représentant l'évolution de l'énergie émise par la cavité laser avant ajustement en tension et en courant;
- FIG. 4 est un graphique illustrant le coefficient de réflexion du polariseur de couplage en fonction de la tension appliquée aux moyens d'obturation de l'oscillateur laser puisé de la FIG. 1 pour une orientation de la lame quart d'onde de 0,4 rad;
- FIG. 5 est un graphique illustrant le coefficient de réflexion du polariseur de couplage en fonction de la tension appliquée aux moyens d'obturation d'un oscillateur laser puisé avec ajustement habituel de la lame quart d'onde de π/4 radian;
- FIG.6 est un graphique illustrant, à énergie constante de 300 microjoules, la durée d'impulsion émise lorsque l'on fait varier le courant injecté aux diodes de pompage et la tension appliquée aux moyens d'obturation.
Illustré FIG. 1, un dispositif 1 selon l'invention comprend un oscillateur laser puisé 15 sous la forme d'une cavité laser 15. Il comprend également des moyens d'alimentation 12 des éléments de l'oscillateur puisé. Les moyens d'alimentation 12 comprennent des moyens d'alimentation en courant 11 et des moyens d'alimentation en tension 10. La cavité laser 15 comprend un milieu laser 4.Le milieu laser 4 est un cristal couramment appelé YAG, ou grenat d'yttrium aluminium de composition Y3AI5O12 dopé au néodyme.
La cavité laser 15 a une longueur effective 170 mm. Elle est fermée par deux miroirs 2, 8 totalement réfléchissants pour le rayonnement laser à la longueur d'onde de 1064 nm . Le premier miroir 2 est plan et le deuxième miroir 8 est concave avec un rayon de courbure de 2000 mm de sorte que la cavité 15 soit stable avec un diamètre de faisceau de 0,9 mm environ sur le miroir plan 2.
Un diaphragme de diamètre 1 ,2 mm peut être placé juste devant le miroir 2 de façon à sélectionner le mode gaussien TEMoo de la cavité 15.
Selon une variante, si les sollicitations thermiques du milieu laser 5 sont élevées, on peut également configurer la cavité laser 15 pour satisfaire au critère d'insensibilité aux variations de lentille thermique, c'est-à-dire avec un paramètre de stabilité compris entre 0,4 et 0,6, de préférence voisin de 0, 5.
Le cristal laser 4 de Nd :YAG est taillé sous la forme d'un demi- cylindre de longueur 15 mm et de diamètre 4,4 mm .
U n empilement de trois barrettes de diodes laser 5 alimenté par un générateur de courant 1 1 pompe ce cristal à travers la face cylindrique.
Le rayonnement de pompe non absorbé lors d'un premier passage dans le cristal laser est réfléchi par la face arrière plane traitée réfléchissante pour la longueur d'onde de pompage à 808 nm . Le faisceau laser qui se forme dans la cavité est amplifié dans la zone pompée en suivant un chemin parallèle à l'axe du demi-cylindre.
Le dispositif de couplage de la lumière laser vers l'extérieur de la cavité est constitué d'une lame polarisante 3, inclinée à l'angle de Brewster. Le pouvoir réflecteur de cette lame polarisante dépend de l'état de polarisation de la lumière incidente.
Une lame quart d'onde 6 possédant un moyen de rotation autour de l'axe de la cavité, permet à la cavité de fonctionner soit en régime relaxé, soit en régime déclenché selon l'orientation des axes de la lame.
La cavité est déclenchée grâce à une paire de cristaux électro- optiques 7 couramment notés RTP ou RbTjOPO4). Les cristaux 7 de RTP sont appariés en longueur et leurs axes sont croisés de telle sorte que, sans tension appliquée, leur biréfringence globale soit nulle. Dans cette configuration, ils sont simplement équivalents à une lame de phase et de plus leurs propriétés de polarisation sont presque insensibles à la température. Pour obtenir les conditions optimales de déclenchement, les axes X et Z des cristaux de RTP sont orientés à 45° par rapport au plan de polarisation défini par un polariseur de couplage 3. Le champ électrique de déclenchement est appliqué suivant l'axe Z de chacun des cristaux grâce à des électrodes en or 13 déposées sur les faces orthogonales à Z. Un générateur d'impulsion 10 délivre une tension puisée réglable entre 0 et 500V, synchronisée avec le front de descente du courant de pompage des diodes. La valeur de la tension est commandée par exemple commandée par un potentiomètre 10.
Selon un mode possible de fonctionnement injecté, le miroir concave 8 est monté sur une céramique piézoélectrique 9 utilisée pour asservir la longueur optique de la cavité. De la sorte, la fréquence injectée peut rester en résonance avec un mode de la cavité.
L'optimisation de la cavité est réalisée en plusieurs étapes de sorte à obtenir des impulsions de durée variable avec une tension de déclenchement faible.
Dans une première étape, les miroirs de cavité 2 et 8 sont réglés classiquement, sans tension appliquée aux cristaux électrooptiques 7, en agissant sur des moyens de réglage en rotation des miroirs 2 et 8. Durant cette étape de réglage, un créneau de courant d'une durée de 100 microsecondes est injecté dans les diodes de pompage 5.
Dans une deuxième étape, l'axe optique de la lame quart d'onde 6 est orienté de façon à obtenir un maximum d'énergie laser en régime relaxé, c'est-à-dire en optimisation le couplage dans la cavité. En effet, en tournant la lame quart d'onde 4, l'état de polarisation du faisceau incident sur le polariseur de couplage 3 varie et par voie de conséquence le pouvoir réflecteur effectif du polariseur de couplage varie également.
Dans une troisième étape, le courant des diodes est augmenté jusqu'au maximum autorisé par l'alimentation 1 1 ou jusqu'au maximum préconisé par le fabricant des diodes, c'est-à-dire dans par exemple à 80 ampères.
Dans une quatrième étape, la lame quart d'onde est tournée d'un angle α tel que le laser passe juste au-dessous du seuil laser, soit ici . L'angle est par exemple ici fixé à 0,4 radian . Le repère angulaire qui détermine α correspond à l'alignement de l'axe 5
optique de la lame quart d'onde 4 dans le plan de polarisation défini par le plan d'incidence du polariseur de couplage 3.
Le fonctionnement du laser est alors rétabli, mais cette fois en régime déclenché, si un front de tension est appliqué aux cristaux de RTP 7, à la fin du créneau de pompage. En effet, le front de tension produit un état de polarisation tel que le pouvoir réflecteur du polariseur de couplage 3 permette au laser de repasser au- dessus du seuil laser. La FIG. 4 illustre ce comportement dans lequel sans tension appliquée, le seuil laser correspond à un pouvoir réflecteur de couplage voisin de 44% . La tension qui est appliquée aux cristaux de RTP 7 a pour effet de diminuer le pouvoir réflecteur et donc la perte par couplage. La cavité laser 15 peut alors émettre.
En ajustant ensuite la tension d'alimentation par l'intermédiaire du potentiomètre 10 et des électrodes 13, non seulement l'émission laser est rétablie, mais la durée d'impulsion varie. Ce résultat est illustré FIG. 2. Sur cette figure, on observe que la durée d'impulsion est ajustable entre plus de 50 ns et 17 ns quand la tension d'alimentation varie entre 50 volts et 220 volts. La tension d'alimentation est fixée en fonction de la durée d'impulsion à obtenir. Une fois cette tension d'alimentation fixée, éventuellement suite à une modification, en fonction de la durée d'impulsion à obtenir, la tension d'alimentation reste constante en fonction du temps au cours de chaque cycle de pompage et d'émission . Suite à rémission, la tension d'alimentation peut à nouveau être modifiée.
Le même ajustement pourrait être obtenu suivant le mode de réglage habituel de la lame quart d'onde, avec cependant l'inconvénient de nécessiter une tension puisée plus élevée. Selon ce mode de réglage habituel, le taux d'extinction maximum des moyens d'obturation est recherché pendant la durée du pompage.
La lame quart d'onde est donc orientée avec un angle α=π/4 radian, de sorte qu'après un aller - retour dans les moyens d'obturation, la polarisation ait tourné de π/2 radian , le polariseur 3 de couplage est alors totalement réfléchissant et la cavité laser 15 est entièrement bloquée. Cette configuration est illustrée FIG. 5. Pour retrouver les conditions de la FIG. 3, c'est-à-dire atteindre le seuil laser correspondant à un pouvoir réflecteur de 44%, il faut appliquer au préalable une tension d'alimentation d'environ 330 volts aux cristaux 7. L'ajustement de la durée d'impulsion est ensuite réalisé comme précédemment, mais en faisant varier la tension dans la gamme 330 volts - 600 volts environ .
En préparant la cavité laser 15 comme précédemment décrit, on obtient des impulsions laser à durée variable, mais dont l'énergie n'est pas constante comme cela est illustré FIG.3.
En agissant indépendamment sur la tension des cristaux de RTP 7 et sur le courant des diodes de pompage 5, il est possible de garder constante l'énergie émise. Ceci est illustré FIG. 6 où sont représentés le courant dans les diodes de pompage et la durée de l'impulsion émise en fonction de la tension appliquée au commutateur Q 7 pour une énergie constante de 300 microjoules. Ces deux fonctions sont représentées avec une bonne approximation par des polynômes de degré trois pour la durée d'impulsion et de degré cinq pour le courant des diodes 5. La Demanderesse a déterminé un polynôme valant 2.10"10 x5 - 1 .10"7 x4 + 4.10"5 x3 - 0,0048 x2 + 0, 1059 x + 77,213 pour la courbe de courant, et un polynôme valant 6.10"7 x3 - 0,0005 x2 + 0,0018 x + 51 ,255 7
pour la courbe de durée d'impulsion .
Ces fonctions sont bien sûr compatibles avec un pilotage informatique du dispositif d'alimentation 12.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Oscillateur laser puisé (15) pour émettre une impulsion laser, comprenant une cavité laser (15), ladite cavité laser comprenant un milieu laser (4) apte à être pompé par un rayonnement de pompe émis par au moins une source de rayonnement de pompe (5) et à émettre un rayonnement laser, ladite cavité laser (15) comprenant des moyens d'obturation (7) aptes à obturer ladite cavité pendant une durée d'obturation, caractérisé en ce que lesdits moyens d'obturation (7) sont des moyens d'obturation électro-optiques, et en ce que lesdits moyens d'obturation sont aptes à être alimentés par une tension d'alimentation, de sorte que la durée de l'impulsion émise soit modifiée lorsque la valeur de la tension d'alimentation est modifiée.
2. Oscillateur laser puisé selon la revendication 1 , dans lequel ladite cavité laser (15) comprend un polariseur de couplage (3) apte à réfléchir ledit rayonnement laser avec un pouvoir réflecteur, le polariseur de couplage étant agencé de sorte que ledit pouvoir réflecteur soit modifié lorsque la valeur de la tension d'alimentation alimentant les moyens d'obturation est modifiée.
3. Oscillateur laser puisé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel lesdits moyens d'obturation comprennent un premier cristal de
RbTiOPO4 ayant un premier axe, et un deuxième cristal de RbTiOPO4 ayant un deuxième axe, le premier axe et le deuxième axe étant croisés.
4. Oscillateur laser puisé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite cavité laser a un seuil laser, ladite cavité laser comprenant des moyens de polarisation (6) aptes à modifier un état de polarisation dudit rayonnement laser avant ledit polariseur de couplage (3), lesdits moyens de polarisation (6) étant agencé de sorte à placer ladite cavité laser juste sous ledit seuil laser, à une limite de disparition du régime relaxé.
5. Oscillateur laser puisé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite cavité laser est fermée par un premier miroir (2) et un deuxième miroir (8), ledit premier miroir et ledit second miroir définissant un paramètre de stabilité, ledit paramètre de stabilité étant compris entre 0,4 et 0,6 et vaut de préférence 0,5.
6. Dispositif comprenant oscillateur laser puisé selon l'une des revendications précédentes, ledit dispositif comprenant des moyens d'alimentation (13) aptes à fournir ladite tension d'alimentation auxdits moyens d'obturation , et des moyens de contrôle d'alimentation d'obturation (10) apte à modifier ladite tension d'alimentation .
7. Dispositif selon la revendication 6 comprenant des moyens d'alimentation de pompe (14) apte à fournir un courant de pompe à ladite source de rayonnement de pompe (5), ledit rayonnement de pompe ayant une énergie, ladite énergie étant fonction dudit courant de pompe, ledit dispositif comprenant des moyens de contrôle de pompage (1 1 ) apte à faire varier ledit courant de pompe.
8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel ledit oscillateur laser puisé est apte à émettre un signal laser, et dans lequel ladite tension d'alimentation et ledit courant de pompe sont choisis de sorte à ce que ladite énergie laser soit sensiblement constante.
9. Procédé pour modifier la durée d'une impulsion émise par un oscillateur laser puisé comprenant une cavité laser, ladite cavité laser comprenant un milieu laser apte à être pompé par un rayonnement de pompe émis par au moins une source de rayonnement de pompe et à émettre un rayonnement laser, et des moyens d'obturation électro-optiques ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend des étapes consistant à :
- fournir une tension d'alimentation auxdits moyens d'obturation ; - modifier ladite tension d'alimentation de sorte à modifier la durée de l'impulsion émise par l'oscillateur laser puisé.
10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel ladite cavité laser (15) comprend un polariseur de couplage apte à réfléchir ledit rayonnement laser avec un pouvoir réflecteur et dans lequel ledit le polariseur de couplage est agencé de sorte que ledit pouvoir réflecteur soit modifié lorsque la valeur de la tension d'alimentation alimentant les moyens d'obturation est modifiée.
1 1 . Procédé selon la revendication 9 ou 10, dans lequel ledit rayonnement de pompe a une énergie de pompe, et ledit procédé comprend des étapes consistant à :
- fournir un courant de pompe à ladite source de rayonnement de pompe, - faire varier ledit courant de pompe dans lequel ladite énergie de pompe est fonction dudit courant de pompe.
12. Procédé selon l'une des revendications 9 à 1 1 , dans lequel ledit oscillateur laser puisé est apte à émettre un signal laser, et dans lequel ladite tension d'alimentation et ledit courant de pompe sont choisis de sorte à ce que ladite énergie laser soit sensiblement constante.
13. Procédé selon l'une des revendications 9 à 12, dans lequel ladite cavité laser a un seuil laser, ladite cavité laser comprenant des moyens de polarisation aptes à modifier un état de polarisation dudit rayonnement laser avant ledit polariseur de couplage comprenant des étapes consistant à :
- fournir un courant de pompe à ladite source de rayonnement de pompe, ledit courant de pompe étant fixé à une valeur maximale ; placer ladite cavité laser dans un régime relaxé ;
- ajuster lesdits moyens de polarisation de sorte à placer ladite cavité juste sous ledit seuil laser, à une limite de disparition du régime relaxé ;
- appliquer une tension d'alimentation auxdits moyens d'obturation ;
- faire varier indépendamment ladite tension d'alimentation et ledit courant de pompe.
EP07765990A 2006-05-03 2007-05-03 Oscillateur laser pulsé a durée d'impulsion variable Ceased EP2013950A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0651575A FR2900771B1 (fr) 2006-05-03 2006-05-03 Oscillateur laser pulse a duree d'impulsion variable
PCT/FR2007/051208 WO2007125269A1 (fr) 2006-05-03 2007-05-03 Oscillateur laser pulsé a durée d'impulsion variable

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2013950A1 true EP2013950A1 (fr) 2009-01-14

Family

ID=36693753

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP07765990A Ceased EP2013950A1 (fr) 2006-05-03 2007-05-03 Oscillateur laser pulsé a durée d'impulsion variable

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20090196315A1 (fr)
EP (1) EP2013950A1 (fr)
JP (1) JP2009535832A (fr)
FR (1) FR2900771B1 (fr)
WO (1) WO2007125269A1 (fr)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102593705A (zh) * 2012-03-02 2012-07-18 长春理工大学 一种基于周期极化晶体实现固体激光器高重频电光调q的方法
JP6687999B2 (ja) * 2015-02-06 2020-04-28 スペクトロニクス株式会社 レーザ光源装置及びレーザパルス光生成方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4176327A (en) * 1978-01-25 1979-11-27 United Technologies Corporation Method for cavity dumping a Q-switched laser
US4276518A (en) * 1978-05-01 1981-06-30 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Optical oscillator
US4872181A (en) * 1988-11-21 1989-10-03 Spectra-Physics Laser resonator with laser medium exhibiting thermally induced birefringence
US20040179558A1 (en) * 2003-03-14 2004-09-16 Vernon Seguin Pulsed CO2 laser including an optical damage resistant electro-optical switching arrangement
US20050201426A1 (en) * 2004-03-12 2005-09-15 Cotteverte Jean-Charles J.C. Laser

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3614659A (en) * 1969-03-14 1971-10-19 Bell Telephone Labor Inc Synchronous coupling of laser oscillators to a common resonator
US4713818A (en) * 1984-12-05 1987-12-15 Amada Engineering & Service Co., Inc. Optical bistable device
WO1989004504A1 (fr) * 1987-10-30 1989-05-18 Stereographics Corporation Obturateur achromatique a cristaux liquides destine a des applications stereoscopiques et autres
JP2924136B2 (ja) * 1990-09-05 1999-07-26 ミノルタ株式会社 光記録装置
US5412683A (en) * 1994-02-04 1995-05-02 Spectra-Physics Lasers, Inc Confocal diode pumped laser
DE19634969B4 (de) * 1996-08-29 2004-05-13 Lambda Physik Ag Verfahren zum Einstellen der Impulsenergie eines optisch gepumpten Festkörperlasers und optisch gepumpter Festkörperlaser
DE19705330C1 (de) * 1997-02-12 1998-02-19 Lambda Physik Gmbh Verfahren und Festkörperlasersystem zum Erzeugen von Laserimpulsen mit variabler Impulsfolgefrequenz und konstanten Strahleigenschaften
DE19958566A1 (de) * 1999-12-04 2001-06-07 Zeiss Carl Jena Gmbh Gütegeschalteter Festkörperlaser mit einstellbarer Pulslänge
JP2001308426A (ja) * 2000-04-20 2001-11-02 Mitsubishi Heavy Ind Ltd パルスレーザ発振方法及び発振装置
ITTO20020173A1 (it) * 2002-02-28 2003-08-28 Bright Solutions Soluzioni Las Metodo di pompaggio di una cavita' laser e relativo sistema laser.

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4176327A (en) * 1978-01-25 1979-11-27 United Technologies Corporation Method for cavity dumping a Q-switched laser
US4276518A (en) * 1978-05-01 1981-06-30 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Optical oscillator
US4872181A (en) * 1988-11-21 1989-10-03 Spectra-Physics Laser resonator with laser medium exhibiting thermally induced birefringence
US20040179558A1 (en) * 2003-03-14 2004-09-16 Vernon Seguin Pulsed CO2 laser including an optical damage resistant electro-optical switching arrangement
US20050201426A1 (en) * 2004-03-12 2005-09-15 Cotteverte Jean-Charles J.C. Laser

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MIN L.H. ET AL: "Misalignment sensitivity of Nd:YAG unstable resonator with self-filtering aperture", OPTICS COMMUNICATIONS, NORTH-HOLLAND PUBLISHING CO. AMSTERDAM, NL LNKD- DOI:10.1016/0030-4018(90)90267-W, vol. 76, no. 5-6, 15 May 1990 (1990-05-15), pages 357 - 362, XP025725126, ISSN: 0030-4018, [retrieved on 19900515] *
See also references of WO2007125269A1 *
SUNDAR R. ET AL: "A novel technique to generate orthogonal polarizations in Q-switched solid-state lasers", OPTICS COMMUNICATIONS, NORTH-HOLLAND PUBLISHING CO. AMSTERDAM, NL LNKD- DOI:10.1016/S0030-4018(03)01625-0, vol. 223, no. 1-3, 15 July 2003 (2003-07-15), pages 157 - 162, XP004441004, ISSN: 0030-4018 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009535832A (ja) 2009-10-01
FR2900771B1 (fr) 2010-05-28
FR2900771A1 (fr) 2007-11-09
US20090196315A1 (en) 2009-08-06
WO2007125269A1 (fr) 2007-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2576125B1 (fr) Procédé et installation d'usinage laser pulsé, en particulier pour le soudage, avec variation de l apuissance de chaque impulsion laser
EP0390662B1 (fr) Générateur laser de puissance avec contrôle de la direction d'émission du faisceau de sortie
FR2734093A1 (fr) Oscillateur parametrique optique monolithique pompe par un microlaser
EP0742613B1 (fr) Cavité microlaser et microlaser solide impulsionnel à déclenchement passif et à commande externe
WO2013117873A1 (fr) Système amplificateur optique et laser à impulsions limitées en énergie par impulsion
EP2089943B1 (fr) Système laser à emission d'impulsions picosecondes
FR2665307A1 (fr) Systeme laser adapte.
EP0806065B1 (fr) Microlaser a declenchement actif
EP0751594B1 (fr) Cavité microlaser et microlaser solide impulsionnel à déclenchement actif par micromodulateur
WO2007125269A1 (fr) Oscillateur laser pulsé a durée d'impulsion variable
FR2786938A1 (fr) Dispositif de generation d'un faisceau laser de puissance, de haute qualite
EP4348776A1 (fr) Oscillateur laser a impulsions ultra-courtes de type mamyshev et son dispositif de demarrage
EP2517319B1 (fr) Laser à impulsions de période variable et à énergie stabilisée
FR2691588A1 (fr) Source laser de puissance.
FR2965674A1 (fr) Procede de generation d'un rayonnement laser de courte duree (<100ns) de puissance moyenne p et a une cadence elevee (>50khz)
EP3701602A1 (fr) Source laser a solide
FR2676868A1 (fr) Dispositif laser pour l'ablation de matiere sur des materiaux absorbant difficilement l'energie lumineuse.
EP2443705B1 (fr) Système d'émission d'une lumière polychromatique a sous-cavités couplées
FR3014604A1 (fr) Amplificateur a fibre optique double passage pour faisceau lumineux polarise
FR2751480A1 (fr) Microlaser solide a declenchement actif par semi-conducteur
FR2742009A1 (fr) Procede et dispositif pour produire une impulsion laser d'une duree longue ajustable
FR2858721A1 (fr) Laser a pompage intracavite

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20081104

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL PL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA HR MK RS

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: DRAG, CYRIL

Inventor name: CABARET, LOUIS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20090225

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R003

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN REFUSED

18R Application refused

Effective date: 20110414