FR2511552A1

FR2511552A1 - LONGITUDINALLY PUMP DYE LASER ARRANGEMENT

Info

Publication number: FR2511552A1
Application number: FR8209673A
Authority: FR
Inventors: Pay Hung Chiu
Original assignee: PHOTOCHEMICAL RES ASS
Current assignee: PHOTOCHEMICAL RES ASS
Priority date: 1981-06-05
Filing date: 1982-06-03
Publication date: 1983-02-18
Also published as: CA1176361A; DE3221150A1; FR2511552B1

Abstract

A dye laser device pumped in the longitudinal direction has a standardised optical device (30), a container device (50) in which a laser medium dye solution can be accommodated, and a reflector device (60) in which laser radiation can be reflected to the standardised optical device (30). The dye solution is arranged between the standardised optical device (30) and the reflector device (60). The reflector device (60) is arranged in the immediate vicinity of the dye solution. The standardised optical device (30) is thus arranged relative to the container device (50) such that a pumping beam (20) is focused in the dye solution and laser radiation (70) emerging from the container device (50) is aligned in an essentially parallel beam (80). This arrangement produces an economical and easily alignable dye laser pumped in the longitudinal direction.

Description

La présente invention concerne des lasers à colorant. Plus particulièrement l'invention se rapporte à un laser à colorant pompé longitudinalement. The present invention relates to dye lasers. More particularly the invention relates to a dye laser pumped longitudinally.

Par le passé, on a utilisé des lasers à colorant pompé longitudinalement, ces lasers étant différents des lasers à colorant pompé transversalement. Un avantage de la conception des lasers à colorant pompé longitudinalement consiste, en comparaison à des lasers pompés transversalement, en ce qu'on peut utiliser une profondeur extrêmement faible de solution de colorant pour produire à la sortie de courtes impulsions. Tous les appareils à pompage longitudinal de types connus sont assez coûteux ou bien ils comportent un grand nombre de composants optiques qui nécessitent un alignement critique. Dans le document "Topics in Applied Physics", Volume 1, "Dye Laser" par F.P. Schafer (2ème édition), 1977, on a représenté à la page 39 plusieurs agencements de lasers à colorant pompé longitudinalement.Dans tous ces agencements, le rayonnement sortant de la cellule du laser à colorant se propage dans la même direction et il est essentiellement colinéaire avec le faisceau de pompage d'entrée. Pour créer une cavité de résonateur et pour supprimer le faisceau de pompage d'entrée dans le faisceau de sortie, il est nécessaire de revêtir les surfaces de la cavité avec des miroirs multi-couches diélectriques peu coûteux qui laissent passer sélectivement une longueur d'onde de rayonnement désirée. La surface recevant le faisceau de pompage d'entrée doit être relativement transparente à-la lumière pour la longueur d'onde du faisceau de pompage d'entrée et la surface placée à l'extrémité opposée de sortie de la cavité doit être pourvue d'un revêtement diélectrique ayant une haute capacité de réflexion de la longueur d'onde du faisceau de pompage.Inversement, pour les longueurs d'onde du rayonnement laser, la surface d'entrée recevant le faisceau de pompage doit présenter une haute capacité de réflexion et la surface de laquelle part le rayonnement laser doit présenter une faible capacité de réflexion de façon à permettre à une partie du rayonnement laser de sortir de la cavité du résonateur optique. In the past, dye lasers pumped longitudinally have been used, these lasers being different from dye lasers pumped transversely. An advantage of the design of longitudinally pumped dye lasers is that, compared to transversely pumped lasers, an extremely small depth of dye solution can be used to produce short pulses at the output. All of the known types of longitudinal pumping devices are quite expensive or else they contain a large number of optical components which require critical alignment. In the document "Topics in Applied Physics", Volume 1, "Dye Laser" by FP Schafer (2nd edition), 1977, there are shown on page 39 several arrangements of longitudinally pumped dye lasers. In all these arrangements, the radiation exiting the dye laser cell propagates in the same direction and is essentially collinear with the input pumping beam. To create a resonator cavity and to suppress the input pumping beam in the output beam, it is necessary to coat the surfaces of the cavity with inexpensive multi-layer dielectric mirrors which selectively pass a wavelength of desired radiation. The surface receiving the input pumping beam must be relatively transparent to light for the wavelength of the input pumping beam and the surface placed at the opposite exit end of the cavity must be provided with a dielectric coating having a high capacity for reflecting the wavelength of the pumping beam. Conversely, for the wavelengths of laser radiation, the input surface receiving the pumping beam must have a high capacity for reflection and the surface from which the laser radiation leaves must have a low reflection capacity so as to allow part of the laser radiation to exit the cavity of the optical resonator.

Un agencement différent de laser à colorant pompé longitudinalement a été décrit par H. Salzmann et
H. Strohwald dans le document "Physics Letter", 57A (1976), 41. Ils ont représenté un agencement se composant d'une solution de colorant formant un milieu laser et maintenue entre une surface de miroir et un prisme. Le faisceau de pompage entrant est réfléchi par un premier miroir sur la surface du prisme et il est réfracté vers le bas dans la solution de colorant où se produit l'activité laser. Le rayonnement laser résultant traverse le prisme, sort de celui-ci dans une position différente de la position d'entrée du faisceau de pompage, il est réfracté vers l'extérieur en direction d'un espace libre et il est réfléchi par un second miroir dans la direction désirée.Cette disposition d'un prisme dans le trajet optique d'une cavité de laser à colorant a été utilisée précédemment, comme décrit dans le brevet U.S. nO 3 873 941, colonne 2, lignes 24 à 36. En outre, l'agencement décrit par
Salzmann et al nécessite que le premier et le second miroir soient réglés indépendamment l'un de l'autre pour obtenir un alignement optique correct.A different arrangement of a longitudinally pumped dye laser has been described by H. Salzmann and
H. Strohwald in the document "Physics Letter", 57A (1976), 41. They have shown an arrangement consisting of a dye solution forming a laser medium and held between a mirror surface and a prism. The incoming pumping beam is reflected by a first mirror on the surface of the prism and it is refracted downwards in the dye solution where the laser activity occurs. The resulting laser radiation passes through the prism, leaves it in a position different from the entry position of the pumping beam, it is refracted outwards towards a free space and it is reflected by a second mirror. in the desired direction. This arrangement of a prism in the optical path of a dye laser cavity was previously used, as described in US Pat. No. 3,873,941, column 2, lines 24 to 36. In addition, the arrangement described by
Salzmann et al require that the first and second mirrors be adjusted independently of each other to obtain correct optical alignment.

G. Veith et A.L. Schmidt ont décrit dans le document "Optics Communication", Volume 30, NO 3, septembre 1979, un agencement de laser à colorant pompé transversale ment dont le rayonnement sortant est amplifié par une cellule d'amplification à pompage longitudinal. Le milieu se trouvant dans la cellule d'amplification est excité à un niveau inférieur au seuil qui est nécessaire pour qu'il se produise une action de laser. L'impulsion de laser produite par le colorant et qui doit être amplifiée pénètre dans la cellule d'amplification et provoque une émission stimulée dans cette cellule. Cette action provoque l'amplification de l'impulsion du laser à colorant. G. Veith and A.L. Schmidt described in the document "Optics Communication", Volume 30, NO 3, September 1979, an arrangement of transversely pumped dye laser whose outgoing radiation is amplified by an amplification cell with longitudinal pumping. The medium in the amplification cell is excited to a level below the threshold which is necessary for laser action to occur. The laser pulse produced by the dye and which must be amplified enters the amplification cell and causes a stimulated emission in this cell. This action amplifies the pulse of the dye laser.

Dans la partie-amplificateur de cet agencement, on a utilisé une seule lentille pour focaliser le faisceau d'excitation dans la cellule d'amplification et pour capter l'impulsion amplifiée sortant de la cellule. Une seconde lentille a été utilisée pour focaliser l'impulsion de laser à colorant à amplifier sur le coté de la cellule d'amplification qui est opposé à celui où pénètre le faisceau servant à exciter la solution de colorant. Puisque l'impulsion du laser à colorant devant être amplifiée pénètre dans la cellule d'amplification sur le côté opposé à celui de sortie de l'impulsion amplifiée, il est évident qu'aucun miroir ne peut être utilisé pour réfléchir l'impulsion amplifiée vers la première lentille. On a apporté un soin particulier à l'établissement d'un bon recouvrement spacial entre la zone focale de l'impulsion de laser à colorant à amplifier et la région de gain. In the amplifier part of this arrangement, a single lens was used to focus the excitation beam in the amplification cell and to pick up the amplified pulse leaving the cell. A second lens was used to focus the dye laser pulse to be amplified on the side of the amplification cell which is opposite to that where the beam used to excite the dye solution penetrates. Since the pulse of the dye laser to be amplified enters the amplification cell on the side opposite that of the output of the amplified pulse, it is obvious that no mirror can be used to reflect the amplified pulse towards the first lens. Special care has been taken to establish good spatial overlap between the focal area of the dye laser pulse to be amplified and the gain region.

Cela est dù au fait que l'impulsion de laser à colorant pénètre dans la cellule d'amplification par le côte de la cellule qui est opposé à celui d'entrée du faisceau d'excitation de la solution de colorant. Egalement puisqu'il est nécessaire que la longueur de la cellule d'amplification ait une grandeur suffisante pour qu'on puisse obtenir un facteur d'amplification approprié, les problèmes d'alignement sont encore aggravés.This is due to the fact that the dye laser pulse enters the amplification cell through the side of the cell which is opposite to that of the input of the excitation beam of the dye solution. Also since it is necessary that the length of the amplification cell be of sufficient size to be able to obtain an appropriate amplification factor, the alignment problems are further aggravated.

Bien que les systèmes connus fonctionnent de façon appropriée, ils sont compliqués, coûteux, difficiles à aligner et ils se composent de nombreuses parties. Although the known systems work properly, they are complicated, expensive, difficult to align and consist of many parts.

L'invention a pour but de remédier aux inconvénients précités.The invention aims to remedy the aforementioned drawbacks.

L'agencement conforme à l'invention concerne un laser à colorant pompé longitudinalement, qui soit économique et d'un alignement aisé. Cet agencement comprend un moyen optique unitaire, un moyen pour contenir une solution de colorant formant milieu laser et un moyen pour réfléchir un rayonnement laser vers le moyen optique unitaire. La solution de colorant est placée entre le moyen optique unitaire et le moyen réfléchissant et ce moyen réfléchissant est placé à proximité de la solution de colorant. Le moyen optique unitaire est positionné par rapport au moyen contenant la solution de façon à focaliser un faisceau de pompage dans la solution de colorant et à collimater un rayonnement laser sortant du moyen contenant la solution sous la forme d'un faisceau essentiellement parallèle. The arrangement according to the invention relates to a dye laser pumped longitudinally, which is economical and easy to align. The arrangement includes unit optical means, means for containing a dye solution forming a laser medium, and means for reflecting laser radiation to the unit optical means. The dye solution is placed between the unit optical means and the reflecting means and this reflecting means is placed near the dye solution. The unit optical means is positioned relative to the means containing the solution so as to focus a pumping beam in the dye solution and to collimate laser radiation leaving the means containing the solution in the form of an essentially parallel beam.

Dans un mode de réalisation de l'invention, le moyen contenant la solution comprend une fenêtre avant et une fenêtre arrière, entre lesquelles est retenue la solution de colorant et un moyen réfléchissant placé en arrière de la fenêtre arrière et dans une zone adjacente à celle-ci. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le moyen contenant la solution comprend une fenêtre avant et une partie formant corps arrière qui est adjacente à la solution de colorant qui est ainsi retenue entre la fenêtre avant et la partie formant corps arrière. In one embodiment of the invention, the means containing the solution comprises a front window and a rear window, between which the dye solution is retained and a reflecting means placed behind the rear window and in an area adjacent to that -this. In another embodiment of the invention, the means containing the solution comprises a front window and a rear body part which is adjacent to the dye solution which is thus retained between the front window and the rear body part.

La partie formant corps arrière comporte un moyen pour réfléchir un rayonnement laser vers le moyen optique unitaire.The rear body portion includes means for reflecting laser radiation to the unit optical means.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence, dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels
la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un mode de réalisation d'un agencement de laser à colorant pompé longitudinalement,
. la figure 2 est une vue en coupe d'un autre mode de réalisation de l'invention.Other advantages and characteristics of the invention will be highlighted in the following description, given by way of non-limiting example, with reference to the accompanying drawings in which
FIG. 1 is a schematic sectional view of an embodiment of an arrangement of a longitudinally pumped dye laser,
. Figure 2 is a sectional view of another embodiment of the invention.

On a représenté en 10 sur la figure 1 une vue en coupe de l'agencement de laser à colorant pompé longitudinalement. Un faisceau de pompage d'entrée 20 est focalisé par un élément optique unitaire 30 dans une zone 40 qui contient une solution de colorant formant milieu-laser. There is shown at 10 in Figure 1 a sectional view of the arrangement of longitudinally pumped dye laser. An input pumping beam 20 is focused by a unitary optical element 30 in an area 40 which contains a dye solution forming a laser medium.

La solution de colorant formant milieu-laser est contenue dans une cavité 50. Le faisceau de pompage 20 focalisé excite la solution de colorant pour la faire passer dans un ou plusieurs états d'excitation et elle passe ensuite dans un ou plusieurs états inférieurs, ce qui se traduit par une action de formation de laser par émission stimulée de la solution de colorant. Un réflecteur 60 qui est placé en arrière de la solution de colorant formant milieu-laser réfléchit le rayonnement laser en direction de l'élément optique unitaire 30. Le rayonnement laser sortant de la cavité contenant la solution de colorant a été désigné par 70 sur la figure 1. Le même élément optique unitaire que celui qui a focalisé le faisceau de pompage sert également à collimater le rayonnement laser sortant de la cavité contenant la solution de colorant sous la forme d'un faisceau essentiellement parallèle 80. The dye solution forming the laser medium is contained in a cavity 50. The focused pumping beam 20 excites the dye solution to pass it into one or more excitation states and then it passes into one or more lower states, which which results in a laser forming action by stimulated emission of the dye solution. A reflector 60 which is placed behind the dye solution forming the laser medium reflects the laser radiation towards the unit optical element 30. The laser radiation leaving the cavity containing the dye solution has been designated by 70 on the FIG. 1. The same unitary optical element as that which focused the pumping beam also serves to collimate the laser radiation leaving the cavity containing the dye solution in the form of an essentially parallel beam 80.

L'élément optique unitaire 30 est placé, par rapport à la cavité 50 contenant la solution de colorant, dans une position telle que le faisceau de pompage est focalisé dans la solution de colorant formant milieu-laser et que le rayonnement laser sortant 70 est collimaté sous forme d'un faisceau essentiellement parallèle 80. Cet agencement constitue un laser à colorant pompé longitudinalement qui est aisément aligné. La cavité 50 destinée à contenir la solution de colorant formant milieu-laser est d'une construction simple et peu coûteuse. Une fenêtre avant 90 de la cavité permet au faisceau de pompage de pénétrer dans et d'exciter la solution de colorant formant milieu-laser et contenue dans la cavité et elle permet la sortie d'un rayonnement laser hors de ladite cavité. Dans un mode de réalisation de l'invention, il est prévu une fenêtre arrière 95 semblable à la fenêtre avant.The unitary optical element 30 is placed, with respect to the cavity 50 containing the dye solution, in a position such that the pumping beam is focused in the dye solution forming the laser medium and the outgoing laser radiation 70 is collimated in the form of an essentially parallel beam 80. This arrangement constitutes a longitudinally pumped dye laser which is easily aligned. The cavity 50 intended to contain the dye solution forming the laser medium is of a simple and inexpensive construction. A front window 90 of the cavity allows the pumping beam to penetrate into and excite the dye solution forming the laser medium and contained in the cavity and it allows the exit of laser radiation from said cavity. In one embodiment of the invention, there is provided a rear window 95 similar to the front window.

La cavité peut être agencée pour permettre à l'écoulement de complément de remplissage en solution de colorant de circuler essentiellement transversalement à la direction de pompage ou bien la cavité peut être scellée aux deux extrémités. Pour des grandes énergies de pompage et de hautes fréquences de répétition ou bien dans un mode continu, il peut être nécessaire d'assurer une circulation de la solution de colorant formant milieu-laser. I1 s'est avéré satisfaisant, dans la plupart des situations, de prévoir simplement une source stationnaire de solution de colorant formant milieu-laser dont le remplissage n'est pas complété. Dans ce cas, les fenetres 90 et 95 sont jointes ensemble le long de leurs côtés et au moins le long de leurs fonds pour former une cavité destinée à contenir la solution de colorant.Si on désire établir un écoulement circulatoire, les fenêtres sont alors seulement jointes ensemble le long de leurs cotés et il est prévu en haut et en bas de la cavité des raccords et tuyauteries appropriés pour permettre le complément de remplissage de la solution. The cavity can be arranged to allow the flow of additional filler in dye solution to flow essentially transversely to the pumping direction or the cavity can be sealed at both ends. For high pumping energies and high repetition frequencies or else in a continuous mode, it may be necessary to ensure circulation of the dye solution forming the laser medium. It has proven satisfactory, in most situations, to simply provide a stationary source of dye solution forming a laser medium, the filling of which is not completed. In this case, the windows 90 and 95 are joined together along their sides and at least along their bottoms to form a cavity intended to contain the dye solution. If it is desired to establish a circulatory flow, the windows are then only joined together along their sides and there are provided at the top and bottom of the cavity appropriate fittings and piping to allow additional filling of the solution.

Des micro-tubes rectangulaires, formés par exemple de quartz ou de différentes qualités de verre se sont avérés très satisfaisants pour former la cavité 50, comportant une fenêtre avant 90 et une fenêtre arrière 95. Rectangular micro-tubes, formed for example from quartz or from different qualities of glass have been found to be very satisfactory for forming the cavity 50, comprising a front window 90 and a rear window 95.

Des micro-tubes rectangulaires disponibles dans le commerce et comportant des grandes faces d'une épaisseur de 0,2 mm jouant le rôle de fenêtres et un espacement interne entre les fenêtres de 0,2 ou 0,5 mm se sont avéres satisfaisants et économiques en pratique. Chacune des grandes faces de la matière formant le micro-tube rectangulaire possède une capacité de réflexion d'environ 4 z pour les longueurs d'onde du faisceau de pompage et du rayonnement laser.Commercially available rectangular micro-tubes with large faces of 0.2 mm thickness acting as windows and internal spacing between the windows of 0.2 or 0.5 mm have been found to be satisfactory and economical in practice. Each of the large faces of the material forming the rectangular microtube has a reflection capacity of approximately 4 z for the wavelengths of the pumping beam and the laser radiation.

I1 est à noter qu'on peut utiliser une large gamme d'épaisseurs à la fois en ce qui concerne lès fenêtres et l'espacement entre les fenêtres, à condition- que l'épaisseur totale soit suffisante pour établir une action de laser. It should be noted that a wide range of thicknesses can be used both for the windows and the spacing between the windows, provided that the total thickness is sufficient to establish a laser action.

Un réflecteur 60 est placé en arrière et à proximité de la solution de colorant formant milieu-laser. A reflector 60 is placed behind and near the dye solution forming the laser medium.

Le réflecteur 60 sert à réfléchir le rayonnement laser en direction de l'élément optique unitaire 30. Il n'est pas nécessaire de placer le réflecteur 60 dans une position adjacente à la solution de colorant mais cependant il est souhaitable qu'il soit suffisamment rapproché de la zone d'activité du laser afin de réfléchir le rayonnement laser vers l'élément optique unitaire de telle sorte qu'il puisse être collimater sous la forme d'un faisceau essentiellement parallèle. The reflector 60 serves to reflect the laser radiation in the direction of the unit optical element 30. It is not necessary to place the reflector 60 in a position adjacent to the dye solution but however it is desirable that it is sufficiently close together from the laser activity area in order to reflect the laser radiation towards the unitary optical element so that it can be collimated in the form of an essentially parallel beam.

Dans un mode de réalisation de l'invention, le réflecteur 60 est placé en arrière de et adjacent à la fenêtre arrière 95 de la cavité 50. Dans un autre mode de réalisation, la surface arrière de la fenêtre arrière peut être revêtue d'aluminium ou d'argent pour créer un réflecteur. Egalement, il est à noter que la fenêtre arrière 95 de la cavité 50 pourrait être remplacée par une partie de corps arrière 110 pourvue d'une surface réfléchissante destinée à réfléchir le rayonnement laser vers l'élément optique unitaire 30. Sur la figure 2, on a représenté cette variante de la cavité 100 destinée à contenir la solution de colorant formant milieu-laser. In one embodiment of the invention, the reflector 60 is placed behind and adjacent to the rear window 95 of the cavity 50. In another embodiment, the rear surface of the rear window can be coated with aluminum or silver to create a reflector. Also, it should be noted that the rear window 95 of the cavity 50 could be replaced by a rear body part 110 provided with a reflecting surface intended to reflect the laser radiation towards the unitary optical element 30. In FIG. 2, this variant of the cavity 100 intended to contain the dye solution forming the laser medium is shown.

La surface avant 112 du corps arrière 110 peut être pourvue d'une surface réfléchissante destinée à réfléchir un rayonnement laser en direction de l'élément optique unitaire. En variante, la surface arrière 114 du corps arrière 110 peut être pourvue d'une surface réfléchissante 116. I1 est à noter que, dans ce cas, le corps arrière 110 doit être essentiellement transparent à la fois pour les longueurs d'onde du faisceau de pompage et les longueurs d'onde du faisceau laser de manière que le rayonnement laser soit réfléchi par la surface réfléchissante 116 en direction de l'élément optique unitaire.The front surface 112 of the rear body 110 may be provided with a reflecting surface intended to reflect laser radiation in the direction of the unitary optical element. As a variant, the rear surface 114 of the rear body 110 may be provided with a reflecting surface 116. It should be noted that, in this case, the rear body 110 must be essentially transparent both for the wavelengths of the beam pump and the wavelengths of the laser beam so that the laser radiation is reflected by the reflecting surface 116 towards the unit optical element.

I1 est également possible de placer la surface réfléchissante à l'intérieur du corps arrière 110, à condition qu'au moins une partie de ce corps arrière située entre la surface réfléchissante et la solution de colorant soit essentiellement transparente à la fois aux longueurs d'ondes du faisceau de pompage etaux longueurs d'onde du faisceau laser. It is also possible to place the reflecting surface inside the rear body 110, provided that at least part of this rear body situated between the reflecting surface and the dye solution is essentially transparent both at the lengths of waves of the pumping beam and the wavelengths of the laser beam.

On peut utiliser de nombreux types possibles de surfaces réfléchissantes, à condition qu'elles agissent comme de bons réflecteurs pour la longueur d'onde du rayonnement laser. Une surface revêtue d'aluminium ou d'argent a donné des résultats satisfaisants. Puisque la grande puissance du faisceau de pompage et du rayonnement laser a tendance à endommager le réflecteur, il est possible de le protéger à l'aide d'un revêtement approprié, par exemple du chlorure de magnésium, afin de réduire les dommages. On peut aussi utiliser un miroir diélectrique. Many possible types of reflective surfaces can be used, provided they act as good reflectors for the wavelength of laser radiation. A surface coated with aluminum or silver has given satisfactory results. Since the high power of the pump beam and the laser radiation tends to damage the reflector, it is possible to protect it with a suitable coating, for example magnesium chloride, in order to reduce the damage. It is also possible to use a dielectric mirror.

I1 existe de nombreux colorants du commerce qui peuvent être transformés en solutions particulières choisis pour une application désirée, ladite solution étant essentiellement définie par la longueur d'onde du rayonnement laser désirée. On peut régler la concentration de la solution de colorant par une dilution du colorant dans un solvant approprié. La concentration désirée est fonction de la profondeur de la solution de colorant contenue dans la cavité. En pratique il s'est avéré avantageux de régler la concentration de la solution de colorant de manière que seulement environ 20 % du rayonnement correspondant au faisceau de pompage atteignent la fenêtre ou surface arrière de la cavité. There are many commercial dyes which can be transformed into particular solutions chosen for a desired application, said solution being essentially defined by the wavelength of the desired laser radiation. The concentration of the dye solution can be adjusted by diluting the dye in an appropriate solvent. The desired concentration is a function of the depth of the dye solution contained in the cavity. In practice, it has proven advantageous to adjust the concentration of the dye solution so that only about 20% of the radiation corresponding to the pumping beam reaches the window or rear surface of the cavity.

Le faisceau de pompage d'entrée 20 constitue le faisceau de sortie d'un autre laser. On a utilisé le faisceau de sortie d'un laser à azote gazeux et on a aussi utilisé le faisceau de sortie d'un laser à colorant pompé longitudinalement ou un colorant pompé transversalement. Les seuls impératifs consistent en ce que la longueur du faisceau de pompage doit être compatible avec les caractéristiques d'absorption de la solution de colorant formant milieu-laser et qu'une densité d'énergie suffisante soit produite par le faisceau de pompage dans la solution de colorant pour engendrer une inversion de population suffisamment grande de la solution de colorant formant milieu-laser pour créer une activité de laser stimulé. The input pumping beam 20 constitutes the output beam of another laser. The output beam of a nitrogen gas laser was used and the output beam of a dye laser pumped longitudinally or a dye pumped transversely was also used. The only requirements are that the length of the pumping beam must be compatible with the absorption characteristics of the dye solution forming the laser medium and that a sufficient energy density is produced by the pumping beam in the solution. of dye to cause a sufficiently large population inversion of the dye solution forming the laser medium to create stimulated laser activity.

Le faisceau de pompage 20 est focalisé par l'élément optique unitaire 30 pour obtenir une haute densité d'énergie de pompage dans la solution de colorant formant milieu-laser. On a représenté l'élément optique unitaire 30 sous la forme d'une lentille plano-convexe. Cependant on peut utiliser une lentille biconvexe, comme indiquée par les lignes en trait interrompu 30 ou bien une lentille à ménisque, comme indiquée en 130 sur la figure 2. Comme le montre la figure 1, le faisceau de pompage 20 pénètre dans la lentille en son centre. Cela n'est pas strictement nécessaire mais il en résulte une formation d'un point focal moins déformé dans la solution de colorant que si le faisceau de pompage 20 pénétrait dans l'élément optique unitaire 30 sur sa périphérie.Les lentilles sont de préférence constituées de quartz, puisque du verre ordinaire a tendance à atténuer le faisceau de pompage et le rayonnement laser.The pumping beam 20 is focused by the unit optical element 30 to obtain a high density of pumping energy in the dye solution forming the laser medium. The unit optical element 30 is shown in the form of a plano-convex lens. However, it is possible to use a biconvex lens, as indicated by the dashed lines 30 or else a meniscus lens, as indicated at 130 in FIG. 2. As shown in FIG. 1, the pumping beam 20 penetrates into the lens in its center. This is not strictly necessary, but this results in the formation of a focal point that is less deformed in the dye solution than if the pumping beam 20 penetrates the unitary optical element 30 on its periphery. The lenses are preferably formed quartz, since ordinary glass tends to attenuate the pumping beam and the laser radiation.

Le rayonnement laser est réfléchi par le réflecteur en direction de l'élément optique unitaire 30. Comme le montre la figure 1, la cavité 50 et le réflecteur 60 sont légèrement inclinés de manière que le rayonnement laser 70 sortant de la cavité 50 soit légèrement non-colinéaire avec le faisceau de pompage 20. The laser radiation is reflected by the reflector towards the unit optical element 30. As shown in FIG. 1, the cavity 50 and the reflector 60 are slightly inclined so that the laser radiation 70 leaving the cavity 50 is slightly non - collinear with pumping beam 20.

Le rayonnement laser 70 sortant est divergent et ilest collimaté par l'élément optique unitaire 30 sous la forme d'un faisceau essentiellement parallèle 80. Quand l'élément optique unitaire 30 est positionné de manière que le faisceau de pompage 20 soit focalisé dans la solution de colorant formant laser, il est évident que le rayonnement laser divergent qui sort de la cavité est collimaté sous la forme d'un faisceau essentiellement parallèle. I1 est avantageux d'incliner légèrement la cavité et le miroir de manière que le faisceau essentiellement parallèle 80 soit séparé du faisceau de pompage 20.On peut alors placer un prisme 20 pour intercepter le faisceau essentiellement parallèle 80 et pour le projeter dans toutes directions désirées. I1 est évident qu'on peut utiliser un miroir à la place du prisme 120. I1 est également évident que la cavité et le miroir n'ont pas besoin d'être inclinés.The outgoing laser radiation 70 is divergent and it is collimated by the unit optical element 30 in the form of an essentially parallel beam 80. When the unit optical element 30 is positioned so that the pumping beam 20 is focused in the solution dye forming laser, it is obvious that the divergent laser radiation which leaves the cavity is collimated in the form of an essentially parallel beam. It is advantageous to tilt the cavity and the mirror slightly so that the essentially parallel beam 80 is separated from the pumping beam 20. It is then possible to place a prism 20 to intercept the essentially parallel beam 80 and to project it in any desired direction. . It is obvious that a mirror can be used in place of the prism 120. It is also obvious that the cavity and the mirror do not need to be tilted.

Lorsqu'il n'y a pas d'inclinaison, le rayonnement laser 70 sortant se déplace sur un trajet colinéaire avec le faisceau de pompage. On peut utiliser un miroir diélectrique pour séparer le faisceau essentiellement parallèle du faisceau de pompage.When there is no tilt, the outgoing laser radiation 70 moves along a collinear path with the pumping beam. A dielectric mirror can be used to separate the essentially parallel beam from the pumping beam.

Dans le cas d'absence d'inclinaison de la cavité et du réflecteur, il apparait que l'axe de l'élément optique unitaire 30 est essentiellement perpendiculaire à la surface avant de la cavité 50. Dans le cas d'une inclinaison de la cavité et du réflecteur comme indiquée sur la figure 1, on voit que l'axe de l'élément optique unitaire 30 fait un certain angle par rapport à un axe perpendiculaire à la fenêtre avant 90 de la cavité 50. In the case of absence of inclination of the cavity and the reflector, it appears that the axis of the unit optical element 30 is essentially perpendicular to the front surface of the cavity 50. In the case of an inclination of the cavity and the reflector as shown in FIG. 1, it can be seen that the axis of the unitary optical element 30 makes an angle relative to an axis perpendicular to the front window 90 of the cavity 50.

Deux considérations interviennent pour le choix de cet angle. Du fait que l'élément optique unitaire a des dimensions limitées, il en résulte que, si l'angle est trop grand, le rayonnement laser sortant de la cavité n'arrive pas sur l'élément optique. En second lieu, si l'angle est trop petit, le faisceau de pompage ne produit pas d'effet laser dans la cavité, comme cela a été décrit dans le brevet U.S. nO 3 873 941. I1 s'est avéré satisfaisant d'adopter en pratique un angle d'environ 6 degrés, qui permet de séparer le faisceau essentiellement parallèle 80 du faisceau de pompage 20.Two considerations are involved in the choice of this angle. Because the unit optical element has limited dimensions, it follows that, if the angle is too large, the laser radiation leaving the cavity does not arrive on the optical element. Secondly, if the angle is too small, the pumping beam does not produce a laser effect in the cavity, as described in US Pat. No. 3,873,941. It has proved satisfactory to adopt in practice an angle of approximately 6 degrees, which makes it possible to separate the essentially parallel beam 80 from the pumping beam 20.

L'espacement entre l'élément optique unitaire 30 et la cavité 50 est essentiellement égal à la longueur focale de l'élément optique. Deux considérations interviennent dans le choix de la longueur focale désirée de l'élément optique. Du fait qu'une densité d'énergie focalisée suffisamment grande est nécessaire dans la solution de colorant formant milieu-laser, la longueur focale de l'élément optique unitaire ne doit pas être trop grande puisqu'une grande longueur focale se traduit par une plus grande dimension de foyer et il en résulte qu'une réduction de la densité d'énergie qui peut ne pas être suffisante pour produire une action laser dans la cavité.En second lieu, bien que la majeure partie du rayonnement laser sortant de la cavité se propage en direction de l'élément optique unitaire 30, une certaine quantité de rayonnement super radiant sort de la cavité d'une fagon approximativement sphérique. Ce rayonnement super radiant résulte de l'émission spontanée de la solution de colorant fortement excitée et il est indésirable et ne doit pas être collimaté par l'élément optique unitaire 30. Si l'élément optique unitaire est trop rapproché de la cavité 50, une grande quantité indésirable de ce rayonnement laser super radiant est collimatée. En conséquence il est souhaitable de faire en sorte que la longueur focale de l'élément optique unitaire 30 ait une valeur suffisante pour qu'une quantité insignifiante de rayonnement super radiant soit collimatée. The spacing between the unit optical element 30 and the cavity 50 is essentially equal to the focal length of the optical element. Two considerations are involved in the choice of the desired focal length of the optical element. Since a sufficiently large focused energy density is required in the dye solution forming the laser medium, the focal length of the unit optical element must not be too large since a large focal length results in a greater large focal point dimension and as a result a reduction in energy density which may not be sufficient to produce a laser action in the cavity. Second, although most of the laser radiation exiting the cavity propagates in the direction of the unit optical element 30, a certain quantity of super-radiant radiation leaves the cavity in an approximately spherical fashion. This super-radiant radiation results from the spontaneous emission of the strongly excited dye solution and it is undesirable and must not be collimated by the unit optical element 30. If the unit optical element is too close to the cavity 50, a large undesirable amount of this super radiant laser radiation is collimated. Consequently, it is desirable to ensure that the focal length of the unit optical element 30 is of sufficient value for an insignificant amount of super-radiant radiation to be collimated.

Egalement, si on utilise une longueur focale trop courte, il se produit une trop forte densité d'énergie dans la cavité 50 et il risque alors de se former un fort pour centage d'impulsions super radiantes indésirables.Also, if a too short focal length is used, too high an energy density occurs in the cavity 50 and there is then a risk of forming a strong percentage of unwanted super-radiant pulses.

Pour le réglage de cet agencement de laser à colorant pompé longitudinalement, il n'est pas nécessaire de faire intervenir des opérations critiques d'alignement. In order to adjust this arrangement of the longitudinally pumped dye laser, it is not necessary to involve critical alignment operations.

Le faisceau de pompage 20 est aligné de manière qu'il arrive sur la surface de l'élément optique unitaire 30.The pumping beam 20 is aligned so that it arrives on the surface of the unitary optical element 30.

L'espacement entre l'élément optique unitaire 30 et la cavité 50 est réglé visuellement de telle sorte qu'une zone focale bien définie existe dans la solution de colorant formant laser. La cavité 50 et le miroir 60 peuvent être légèrement inclinés de manière à séparer le faisceau de pompage 20 et le faisceau essentiellement parallèle 80 résultant.The spacing between the unit optical element 30 and the cavity 50 is visually adjusted such that a well defined focal area exists in the laser dye solution. The cavity 50 and the mirror 60 can be slightly inclined so as to separate the pumping beam 20 and the essentially parallel beam 80 resulting.

Après avoir décrit d'une façon générale la présente invention, on va maintenant donner un exemple qui n'est absolument pas limitatif. On a utilisé une cavité formée à partir d'un micro-tube de section droite rectangulaire en verre ou en quartz comportant des fenêtres avant et arrière de 0,2 mm et un espacement interne de 0,5 mm. On a pompé une solution de colorant du type rhodamine 6G formant laser (environ 8 X 10 3M dans de ltéthanol) à l'aide d'un laser à azote gazeux d'environ 200 kilowats pendant environ 300 picosecondes à une fréquence de répétition de 20 impulsions par seconde. On a utilisé une lentille plano-convexe en quartz d'une longueur focale de 51 mm. On a obtenu à la sortie un rayonnement laser qui a eu une durée neB dépassant pas 75 picosecondes. Having described the present invention in general, we will now give an example which is in no way limiting. A cavity formed from a micro-tube of rectangular rectangular section made of glass or quartz was used, having front and rear windows of 0.2 mm and an internal spacing of 0.5 mm. A solution of laser-forming dye of the rhodamine 6G type (about 8 × 10 3 M in ethanol) was pumped using a nitrogen gas laser of approximately 200 kilowatts for approximately 300 picoseconds at a repetition frequency of 20 pulses per second. A plano-convex quartz lens with a focal length of 51 mm was used. A laser radiation was obtained at the output which had a duration NeB not exceeding 75 picoseconds.

Claims

1. An arrangement of a longitudinally pumped dye laser, characterized in that it comprises a unitary optical means (30), a means (50) for containing a solution of dye forming a laser and a means for reflecting laser radiation in the direction of said unit optical means, said dye solution being disposed between said unit optical means and said reflecting means which is placed near the dye solution, said unit optical means being positioned relative to said means containing the solution for focusing a pumping beam in said solution of the dye and for collimating the laser radiation leaving said means containing the solution in the form of an essentially parallel beam.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that said means containing the solution comprises a front window and a rear window, said dye solution being contained between said front and rear windows and in that said reflecting means comprises a reflecting surface placed behind and adjacent to said rear window for reflecting laser radiation towards said unit optical means.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that said solution-containing means comprises a front window and a rear body part which is adjacent to said dye solution, this solution being contained between said front window and said rear body part , said rear body portion comprising said reflecting means for reflecting laser radiation towards said unit optical means.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that a reflecting means is provided on the rear surface of said rear body part, this rear body part being essentially transparent both at the wavelengths of the pumping beam and at the wavelengths of laser radiation.

5. Arrangement according to claim 3, characterized in that a reflecting means is provided on the rear surface, adjacent to the dye solution, of said rear body part.

6. Arrangement according to any one of claims 1 to 5, characterized in that said unit optical means comprises a plano-convex, biconvex or meniscus lens.

7. Arrangement according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the axis of the lens is essentially perpendicular to the front surface of said means containing the solution, the spacing between said lens and the means containing the solution being essentially equal to the focal length of said lens.

8. Arrangement according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the axis of the lens makes with respect to an axis perpendicular to the surface of said means containing the solution an angle such as laser radiation exiting from said means containing the solution continues to be collimated in the form of a beam essentially parallel to said unit optical means, the spacing between said lens and said solution-containing means being essentially equal to the focal length of said lens.

9. Arrangement according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the reflection capacity of said windows is less than 10% of the wavelengths of the pumping beam and of the laser radiation.