FR2598861A1 - Laser a impulsions femtosecondes stables. - Google Patents
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Abstract
UN LASER FEMTOSECONDES A COLORANT COMPORTE UN MONTAGE AMPLIFICATEUR A COLORANT30 POMPE PAR UN LASER YAG AU NEODYME35, A MODE COUPLE, AVEC DOUBLEMENT DE FREQUENCE. LA CAVITE DU LASER A COLORANT PRINCIPAL EST DEFINIE D'UN COTE DU MONTAGE30 PAR UNE STRUCTURE LINEAIRE A PRISMES11 ET 14 ABOUTISSANT A UN MIROIR DE SORTIE15, DE L'AUTRE PAR UN MONTAGE20 FORMANT MIROIR ANTI-RESONANT, AUTOUR D'UN DISPOSITIF D'ABSORPTION SATURABLE40. LES FUITES D'UN MIROIR22 SERVENT A PRENDRE UN SIGNAL D'ERREUR QUI, PAR ANALYSE SPECTRALE ET COMPARAISON A UNE LONGUEUR D'ONDE DE REFERENCEEN 50 PERMET L'ACTIONNEMENT D'UN AMPLIFICATEUR HAUTE TENSION60, QUI AGIT SUR UN EMPILEMENT PIEZO-ELECTRIQUE19 POUR FIXER LA POSITION DU MIROIR DE SORTIE15 DE MANIERE A AJUSTER LA LONGUEUR OPTIQUE DE LA CAVITE EN FONCTION DES CARACTERISTIQUES SPECTRALES DES IMPULSIONS PRODUITES.
Description
Laser à impulsions femtosecondes stables.
L'invention concerne les lasers à haute résolution temporelle.
On dispose maintenant de lasers commerciaux qui produisent des impulsions lumineuses dont la durée est de l'ordre de la picoseconde (ps), ou un peu moins (subpicoseconde). Ils sont obtenus par pompage synchrone d'un laser à colorant
à l'aide d'un laser de pompe à modes couplés continu (Argon 10 ou YAG doublé).
Par contre, aucun laser délivrant des impulsions plus courtes que 0,5 ps n'est aujourd'hui commercialisé, bien qu'on sache obtenir en laboratoire des impulsions de quelques di15 zaines de femtosecondes (fs). En effet ces impulsions sont
très instables en durée, amplitude, et caractéristiques spectrales.
Il faut noter aussi que le fonctionnement des laser femtose20 condes est très complexe. Jusqu'à présent, ils n'ont fait
l'objet que de descriptions très qualitatives. Aucune modélisation quantitative satisfaisante n'a pu être proposée,
compte tenu du nombre très élevé des paramètres qui interviennent.
Dans Appl. Phys. Letters 38, 671 (1981), R.L. Fork, B.I. Green et C.V. Shank ont décrit un laser à colorant comprenant un
montage à absorbant saturable, dans une structure en anneau.
Le montage amplificateur à colorant était pompé en continu par un laser à argon. La structure en anneau avec absorbant saturable a été dénommée CPM pour "Colliding Pulse Mode-locking" (modes couplés à collision d'impulsions). La durée d'impulsion était de 0,11 picoseconde, environ. Il a été observé par la suite que le pompage synchrone possédait des avantages décisifs, en utilisant soit un laser YAG à modes couplés, avec doublement de fréquence (T. Norris, 10 T. Sizer II, G. Mourou, J.O.S.A.B., 2, 613, 1985), soit un laser argon à modes couplés (M.C. Nuss, R. Leonhardt, W.Zinth,
Optics Letters 10, 16,1985). Ces avantages vont de la possibiiité d'amplification synchrone à celle de pomper en parallèle et de façon synchrone un laser picoseconde standard 15 accordable.
Malheureusement, les lasers à pompage synchrone sont beaucoup moins stables que leurs homologues à pompage continu, pour une cavité de caractéristiques données. En particulier, un phénomène de rotation unidirectionnelle bistable a été observé par A.M. Johnson et W.M. Simpson, Optics Letters 8, 554, 1983. Ce comportement a pu être évité soit par le choix d'une sé25 quence appropriée d'impulsions de pompage (Nuss et coll.) , soit par le recours à une cavité linéaire complétée d'un
anneau antirésonant, au milieu duquel est placé le jet d'absorbant saturable (Norris et coll.).
Mais, même ainsi améliorés, les lasers femtosecondes à colorant, avec pompage synchrone, demeurent extrêmement sensibles, en leur durée d'impulsions et leur stabilité, à de
légers désaccords de la longueur de cavité.
Par exemple, pour des impulsions de 100 fs, Nuss et coll.
indiquent que la longueur de cavité doit être ajustée à 0,2
micromètre près (soit mieux que 10-7 en valeur relative).
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A ce niveau de précision, de nombreux facteurs interviennent: instabilités de la cadence des impulsions de pompage, que l'on peut en principe éviter; - dilatation thermique, vibrations mécaniques des composants de la cavité, - variations d'indice de réfraction de l'air en fonction
de la température, de la pression ou de l'humidité ambiante.
Il est alors pratiquement impossible de maintenir la précision voulue sur la longueur optique de la cavité, d'autant 15 plus qu'on doit s'attendre à ce que la contrainte de précision augmente lorsque la durée d'impulsion désirée diminue.
La présente invention vient aider à résoudre ce problème, ce que ne pourrait faire une compensation en température 20 passive.
Un premier but de l'invention est d'obtenir une bonne stabilité à court et long terme (plusieurs heures) pour la largeur ou durée des impulsions laser. 25 Un autre but de l'invention est d'améliorer la stabilité
en amplitude et en fréquence du laser femtoseconde.
Le dispositif proposé à cet effet comprend, en combinaison: 30 - un laser auxiliaire de pompage synchrone à modes couplés, - une cavité laser principale, comprenant un montage amplificateur à colorant, pompé par le laser auxiliaire, ainsi 35 qu'un montage à absorbant saturable, et - des moyens de stabilisation propres à ajuster la longueur optique de la cavité laser principale en fonction de l'écart entre le spectre des impulsions qu'elle produit et une longueur d'onde centrale désirée, dans le sens propre à réduire cet écart. Plus particulièrement, les moyens de stabilisation comprennent: - des moyens pour recueillir une faible partie du faisceau laser produit; - des moyens pour comparer la position du spectre de cette faible partie relativement à la longueur d'onde centrale 15 désirée, et - des moyens pour ajuster la longueur optique de la cavité laser principale en fonction de ladite comparaison dans le
sens tendant à caler le spectre sur la longueur d'onde cen,20 trale désirée.
De préférence, le miroir de sortie de la cavité principale
est monté sur un empilement piézo-électrique commandé par les moyens de stabilisation, pour ajuster ladite longueur 25 optique.
Très avantageusement, la cavité laser principale est au moins
partiellement agencée en un anneau, dans lequel se trouve le montage à absorbant saturable, de sorte que deux impul30 sions qui parcourent l'anneau en des sens opposés se rencontrent au sein de l'absorbant saturable (fonctionnement CPM).
Dans un mode de réalisation de l'invention, la cavité laser principale comprend, d'un côté du montage amplificateur à 35 colorant, un premier trajet optique passant par une lame séparatrice disposée pour transmettre le faisceau laser à deux miroirs opposés, dans un agencement symétrique autour
du montage à absorbant saturable.
De préférence, la cavité laser principale comprend aussi un montage de prismes, propres à ajuster la dispersion de groupe du faisceau laser, dans la cavité. Plus particulièrement encore, les moyens de stabilisation
utilisent la fuite du faisceau à travers l'un des deux miroirs 10 opposés, et agissent sur la position du miroir de sortie.
On pourrait tout aussi bien utiliser tout autre mode de prélèvement du faisceau laser.
Selon un autre aspect de l'invention, le jet amplificateur 15 est positionné au centre de la cavité laser principale, qui est deux fois plus longue que la cavité du laser auxiliaire, lequel opère à une cadence de répétition double de celle du laser de pompage, ce qui permet d'augmenter la puissance
par impulsion.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaltront à l'examen de la description détaillée ci-après,
et des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est un schéma de principe d'un laser selon la présente invention; - la figure 2 est un schéma détaillé d'une partie de la figure 1; - la figure 3 est un graphe illustrant un ensemble de courbes décrivant les caractéristiques temporelles des impulsions du laser selon l'invention; et - la figure 4 est un graphe comportant deux courbes illustrant la dépendance du fonctionnement du laser relativement à la durée des impulsions et à leurs longueurs d'ondes, en
fonction de la longueur de la cavité.
Les dessins annexés font partie intégrante de la présente
description, et pourront contribuer non seulement à une meilleure compréhension de celle-ci, mais aussi à la définition
de l'invention, le cas échéant.
Sur la figure 1, la partie centrale du laser de l'invention est un montage amplificateur à colorant 30. Ce montage comprend deux miroirs sphériques 31 et 32, au foyer desquels est produit un jet 33 d'un colorant amplificateur tel que celui connu sous le nom de Rhodamine 6 G. Comme on le verra
plus loin, ce montage amplificateur à colorant 30 est excité par un laser auxiliaire de pompage à modes couplés, référencé 35.
La cavité principale du laser à colorant selon l'invention
est définie de part et d'autre du montage amplificateur 30.
A gauche, elle est constituée d'un montage linéaire (par
opposition au montage en anneau que l'on décrira plus loin).
Ce montage linéaire comprend deux prismes 11 et 14, entre 20 lesquels sont interposés des miroirs de renvoi 12 et 13.
La cavité se termine au niveau d'un miroir de sortie 15.
Comme à l'accoutumée, la sortie du laser est définie par
la transmission du miroir 15.
Selon l'invention, ce miroir 15 est monté sur un empilement de cales piézo-électriques 19, montées sur un support 18
muni d'une fenêtre pour la sortie des impulsions laser.
De l'autre côté du montage amplificateur à colorant 30, la 30 cavité principale du laser est encore linéaire sur une faible distance, jusqu'à une lame séparatrice 21, propre à produire un rayonnement réfléchi et un rayonnement transmis
de même amplitude.
A partir de là, on entre dans la section en anneau 20 de
la cavité laser principale. Les rayonnements réfléchis et transmis par la lame semi-transparente 21 sont respective-
ment reçus par des miroirs 22 et 23, qui les envoient sur
un montage à colorant absorbant saturable 40.
Là encore, ce montage est défini par deux miroirs sphériques 41 et 42, au centre desquels se trouve un jet d'absorbant saturable 43. L'homme de l'art comprendra que la cavité laser principale est, en pratique, définie entre le jet 43 d'une part et le 10 miroir de sortie 15 d'autre part. En effet, la structure en anneau 20 définit une sorte de miroir antirésonant, dans lequel deux impulsions qui se propagent en sens contraire vont pouvoir se rencontrer au sein du jet 43, et se recombiner par la lame séparatrice 21 à leur retour. 15 De préférence, le trajet optique qui part du jet 33 pour aller vers le miroir de sortie 15 est égal au trajet optique qui part du jet 33 pour aller jusqu'au jet 43, lequel est de préférence constitué d'un colorant tel que celui connu sous le nom de DODCI ("dioxadicarbocyanine iodide" soit iodure
de dioxadicarbocyanine).
Des structures telles que celles du montage amplificateur ou du montage d'absorption saturable 40 consistant sim25 plement en une optique de focalisation par réflexion au foyer de laquelle se trouve un colorant en solution dans un jet d'éthylène glycol (remplaçant une cuve) sont maintenant systématiquement utilisées avec quelques variantes dans les lasers à colorant continus. 30 L'usage d'une structure en anneau 20 formant miroir anti-résonant a été décrit notamment dans l'article déjà cité de Norris et coll et d'abord proposé par Siegman et Vanherzeele (Picosecond Phenomena III, Springer Verlaq 1982, page 14). 35 Le jeu de prismes 11 et 14 permet de compenser, à l'intérieur de la cavité, la dispersion de vitesses de groupe que peuvent présenter les impulsions laser, comme décrit par R.L. Fork, O.E. Martinez et J.P. Gordon, Optics Letters 9,
(1984).
Selon l'invention, on prélève une partie des impulsions laser, par exemple par fuite à travers le miroir 22. Une variante consiste à utiliser une lame séparatrice, à l'extérieur de la cavité, pour effectuer le prélèvement. Cette fuite est notée F22. Elle est appliquée à un étage 50 servant à la constitution d'un signal d'erreur. Celui-ci pilote un ampli10 ficateur haute tension 60, qui agit sur l'empilement piézo- électrique 19 de manière à ajuster la longueur optique de la cavité pour compenser les décalages de la longueur d'onde centrale du spectre des impulsions laser, par rapport à une longueur d'onde désirée. 15 Plus précisément (figure 2), le rayonnement F22 est appliqué à un élément dispersif tel qu'un réseau de diffraction 51, qui peut être un réseau plan (ou encore un prisme, ou un étalon de Fabry-Pérot). La lumière renvoyée par celui-ci est reprise par un miroir 53 dont l'orientation est ajustable. Le rayonnement réfléchi par ce miroir 53 est envoyé
sur un jeu de photodiodes 54 et 55 montées en série entre un potentiel + V0 et un potentiel -V0. Le point milieu des deux diodes, reliées à la masse à travers une résistance 25 56, fournit une tension v.
Ce montage constitue une "balance photométrique" et la tension vest directement proportionnelle (pour de petites variations) à l'écart de la fréquence centrale du laser par rap30 port à la longueur d'onde désirée pour laquelle l'éclairement des deux photodiodes est identique.
La tension v peut alors être appliquée à l'amplificateur de haute tension 60 pour ajuster à l'aide de l'empilement piézoélectrique 19 la position du miroir de sortie 15, dans
le sens propre à compenser les variations de longueurs d'ondes définies par le signal d'erreur.
Une variante consiste à utiliser un convertisseur couranttension.
Le bon fonctionnement de cet appareil dépend aussi d'une autre observation, sur laquelle on reviendra plus loin d'une
corrélation de la fréquence centrale du laser et de la longueur de la cavité.
EXEMPLE PARTICULIER
Dans cet exemple, le laser auxiliaire 35 est un laser YAG au néodyme, du commerce (QUANTRONICS Modèle 416), opérant en continu et par modes couplés (mode locked). Après doublement de fréquence, de manière connue, ce laser est propre 15 à délivrer un train d'impulsions dont la longueur est de
picosecondes, et la cadence est de 100 MHz. On peut obtenir une puissance moyenne atteignant 1 watt, pour une longueur d'onde de 532 nanomètres.
Ce train d'impulsions de pompage est focalisé sur un jet de Rhodamine 6 G (dilué à 10-3 M dans l'éthylène glycol),
possédant une épaisseur de 200 micromètres, et situé au centre de la cavité principale du laser.
Le jet 43 est un jet de colorant DODCI (dilué de 3 à 4 10-3 M dans l'éthylène glycol) précisément positionné au centre de l'anneau antirésonant 20. L'épaisseur du jet est ajustée
sur place à environ 20 micromètres, en contrôlant l'écrasement d'une buse appropriée.
De l'autre côté du montage amplificateur à colorant 30, la configuration linéaire de la cavité laser permet d'ajuster la longueur de cavité sans produire aucun désalignement de celle-ci. De plus, toute la puissance de sortie peut être extraite en un seul faisceau, tandis qu'à l'autre bout, l'anneau anti-résonant 20 permet d'obtenir l'action CPM (telle
que définie plus haut) dans le jet de colorant DODCI.
Comme déjà indiqué, le pompage à 100 MHz, effectué au centre de la cavité laser principale, permet d'agir deux fois au cours d'un temps d'allerretour de 20 nanosecondes d'une
-- impulsion dans le laser à colorant.
Le fonctionnement général se produit néanmoins à 50 MHz.
Il est bistable en principe, mais verrouillé par la présence
du jet d'absorbant.
L'énergie moyenne de sortie est alors comparable à celle de lasers similaires possédant une puissance de crête d'impulsion deux fois plus élevée. On a encore observé que la position du jet de Rhodamine 6 G n'est pas critique, à moins
de quelques centimètres.
Pour une intensité de pompage de 700 milliwatts, le laser principal à colorant émet un train d'impulsions possédant
une puissance moyenne de 35 à 40 milliwatts.
Des expériences ont été faites. On a notamment obtenu la
courbe de la figure 3, qui constitue une trace d'auto-corrélation d'intensité, obtenue par génération d'harmoniques dans un cristal de KDP("potassium dihydrogène phosphate", soit phosphate de potassium dihydrogéné)dont l'épaisseur 25 était de 0,3 millimètre.
La largeur à mi-hauteur de 100 femtosecondes correspond à une largeur d'impulsion de 64 femtosecondes, pour une forme en sech2 (l'inverse du cosinus hyperbolique, porté au carré), 30 qui implique un facteur de correction de 1,54. Le spectre observé est légèrement asymétrique avec une largeur à mi-hauteur de 8 nanomètres, ce qui mène à un produit de bande de 0,4. On note également que la puissance de crête d'une impulsion émise dépasse 10 kilowatts. 35 En augmentant la puissance de pompage, on arrive à une plus
grande puissance moyenne de sortie, mais l'énergie supplé-
il mentaire se trouve à l'extérieur de l'impulsion femtoseconde,
car la trace d'auto-corrélation n'augmente pas en conséquence.
Le fonctionnement le plus stable du laser a été obtenu alors 5 que la dispersion intra-cavité imposait un décalage fréquentiel modéré ("downshirp") dans chaque impulsion, aisément compensé à l'extérieur de la cavité par un verre de plusieurs millimètres. L'observation principale qui en a été tirée réside en ce qui suit: sous l'effet des variations de la longueur de la cavité du laser principal à colorant, la longueur d'onde centrale 10 de l'impulsion lumineuse était déplacée comme illustré sur la figure 4. Cette possibilité d'accord limité 15 est accompagnée par une variation de la largeur d'impulsion, comme montré sur la même figure 4. Ce comportement peut être compris qualitativement: lorsqu'on augmente la longueur de la cavité principale, l'impulsion femtoseconde est retardée par rapport à l'impulsion de pompage, et subit donc un gain plus élevé dans le jet amplificateur. Le gain net résultant est un compromis entre le gain d'amplificateur et la perte qui se passe dans l'absorbant saturable. Ce gain net résultant est donc déplacé vers les longueurs d'ondes les plus courtes. Les phénomènes de saturation qui interviennent 25 tant sur l'absorption que sur le gain ne modifient pas qualitativement ce processus, mais empêchent bien entendu que
l'on puisse en donner une description quantitative simple.
De la figure 4, on tire qu'un élargissement dans le temps des impulsions qui va jusqu'à 10% se produit à peu près pour une désadaptation en longueur de 0,1 micromètre, tandis qu'un décalage de fréquence de 1 nanomètre sera associé à un désaccord de la cavité aussi bas que 0,05 micromètre. C'est de là qu'il a été tiré que le décalage de la fréquence centrale 35 du laser constitue un signal d'erreur remarquable pour déterminer la désadaptation de la longueur de la cavité. Cette observation est la base du dispositif selon la présente invention: le désaccord de la cavité peut être observé par
rapport à une longueur d'onde de référence, à l'aide du dis-
positif 50 et 60 des figures i et 2. Une contre-réaction convenable permet alors de réajuster la longueur de cavité
en conséquence.
Le signal différentiel produit entre les deux photodiodes 54 et 55 sert ainsi à commander à travers l'amplificateur
de haute tension 60 l'empilement piézo-électrique 19.
La bande de fréquence de la boucle de réaction dans le mon10 tage réalisé vaut 200 Hertz, limitée par l'amplificateur à haute tension. Le gain statique en boucle ouverte est de
l'ordre de 1000.
On a pu ainsi obtenir une bonne stabilité à court et à long 15 terme (plusieurs heures) quant à la longueur d'onde centrale du laser, avec une précision de 0,5 nanomètre. L'accord en longueur d'onde des impulsions peut être simplement obtenu, dans une bande de fréquence limitée de 607 à 621 nanomètres, en déplaçant les deux photodiodes de détection. Toutefois, 20 les performances les meilleures restent limitées à la bande
de 617 à 620 nanomètres.
Avec ce montage, les fluctuations de largeur d'impulsions
sont demeurées indétectables sur des traces d'auto-corréla25 tion analogues à celles de la figure 3, pour une durée d'impulsion typique de 70 femtosecondes.
Un avantage tout à fait inattendu de la boucle de réaction selon l'invention est également la stabilisation de l'ampli30 tude du train d'impulsions. Une stabilité d'amplitude d'impulsion à moins que 5% est assurée malgré des fluctuations des impulsions de pompage qui excèdent en fait 10%. Cette stabilisation d'intensité tient vraisemblablement au fait que la détermination de la longueur d'onde laser est faite par le niveau de gain à l'arrivée de l'impulsion femtoseconde dans le jet de Rhodamine 6 G. De la sorte, la boucle de réaction module le retard relatif entre les impulsions de pompage et celles du laser à colorant, pour conférer ainsi
un gain donné à l'impulsion femtoseconde.
Manifestement, la présente invention fournit un moyen extrêmement simple et extrêmement efficace pour stabiliser un laser femtoseconde, ce que n'ont pu faire aucune des réalisations connues jusqu'à présent. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit. Il est estimé qu'elle pourrait 10 s'appliquer à tout type de laser présentant une relation entre la longueur d'onde, la durée des impulsions et la longueur de cavité qui présente l'allure donnée sur la figure 4. Par ailleurs, le laser de pompe 35 n'est pas nécessairement un laser YAG au néodyme doublé. On peut aussi utiliser un
laser à l'Argon, ou encore un laser au Krypton, par exemple.
Dans la structure décrite jusqu'à présent, une partie seule20 ment de la cavité laser principale est constituée en anneau.
Il est envisageable, pour d'autres réalisations, que toute la cavité laser principale soit constituée en anneau, comme
décrit par Fork et Coll.
De même, l'usage de prismes pour compenser les dispersions de la vitesse de groupe des impulsions est intéressant, mais
on peut aussi recourir à d'autres moyens équivalents.
Enfin, bien que cela n'ait pas été essayé à l'heure actuelle, 30 il est possible qu'un laser selon l'invention puisse fonctionner sans recourir à un montage anti-résonant pour le jet d'absorbant saturable. En effet il appara t que des lasers femtosecondes utilisant d'autres colorants puissent
fonctionner sans action CPM (Dobler Schulz et Zinth, Optics 35 Com 57, 407(1986).
Sur un autre plan, on a considéré aussi jusqu'à présent que le laser auxiliaire de pompage 35 était un laser continu, c'est-à-dire produisant ses impulsions en permanence. On peut bien sûr recourir, pour certaines applications, à un
laser qui produirait seulement des trains d'impulsions.
Selon d'autres variantes, le signal de fuite F22 pourrait être tiré d'un autre point que le miroir 22, et notamment
de l'un quelconque des autrs miroirs utilisés dans la structure laser.
Bien que cela soit le plus commode à l'heure actuelle, on peut aussi faire varier la longueur optique de la cavité
en agissant ailleurs que sur le miroir de sortie 15.
Enfin, la largeur spectrale des impulsions laser produites par le dispositif décrit est de l'ordre d'une dizaine de nanomètres. En pratique, il convient bien entendu de prérégler la boucle de réaction, pour amener le spectre des impulsions produites par le laser au voisinage de la longueur d'onde centrale désirée, faute de quoi ladite boucle de réaction ne pourrait naturellement pas fonctionner. Le préréglage peut s'effectuer soit de manière manuelle, soit par un dispositif approprié inséré à l'intérieur de l'amplificateur de haute tension 60. Un amplificateur haute tension convenant 25 pour la mise en oeuvre de l'invention est par exemple le modèle à double convertisseur continu-alternatif vendu par
KEPKO (Etats-Unis).
Après un tel préréglage, on arrive dans la zone ou le signal 30 d'erreur varie linéairement (ou, au moins, de façon monotone) autour de la valeur optimale donnant les impulsions les plus brèves. Bien entendu, on pourra prévoir un raccrochage automatique 35 de la boucle d'asservissement, après un décrochage accidentel dû à une forte perturbation: onde de choc liée à une
porte qui claque, par exemple.
Sur un autre plan, on peut aussi introduire dans la cavité laser principale des éléments qui rendent le laser "accordable", par exemple une lame étalon, ou un prisme d'accord
en coin ("tuning wedge").
Enfin, il est utile de rappeler que les recherches menées avant la présente invention visaient à stabiliser la longueur de la cavité laser indépendamment de la qualité du couplage
de modes.
La technique de l'invention, à l'inverse, s'est avérée plus sensible à la qualité du couplage de modes qu'à la longueur absolue de la cavité, du fait qu'elle prend en compte le spectre optique des impulsions, dans son ensemble. La stabi15 lité du spectre optique est, en fait, une qualité de première
importance pour un grand nombre d'applications.
Claims (15)
1. Dispositif à laser formant source d'impulsions femtosecondes stables, caractérisé en ce qu'il comporte, en combi5 naison - un laser auxiliaire (35) de pompage synchrone, à modes couplés, - une cavité laser principale (10, 20, 30), comprenant un montage amplificateur à colorant (30) pompé par le laser auxiliaire (35), ainsi qu'un montage à absorbant saturable (40), et des moyens de stabilisation( 50, 60, 19) propres à ajuster la longueur optique de la cavité laser principale en fonction de l'écart entre le spectre des impulsions qu'elle produit et une longueur d'onde centrale désirée, dans le
sens propre à réduire cet écart.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce 20 que les moyens de stabilisation comprennent: - des moyens pour recueillir une faible partie (F22) du faisceau laser produit, - des moyens (50) pour comparer la position du spectre de cette faible partie, relativement à la longueur d'onde centrale désirée, et - des moyens (60, 19) pour ajuster la longueur optique de30 la cavité laser principale en fonction de ladite comparaison, dans le sens tendant à caler le spectre sur la longueur
d'onde centrale désirée.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, carac35 térisé en ce que le miroir de sortie (15) de la cavité principale est monté sur un empilement piézo-électrique (19)
commandé par les moyens de stabilisation,pour ajuster ladite
longueur optique.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la cavité laser principale est au moins partiellement agencée en un anneau (20), dans lequel se trouve
le montage à absorbant saturable (40), de sorte que deux 5 impulsions qui parcourent l'anneau en des sens opposés se
rencontrent au sein de l'absorbant saturable.
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la cavité laser principale comprend, d'un
côté du montage amplificateur à colorant, un premier trajet
optique passant par une lame séparatrice disposée pour transmettre le faisceau laser à deux miroirs opposés dans un agencement symétrique autour du montage à absorbant saturable.
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la cavité laser principale comprend un montage de prismes, propres à ajuster la dispersion de groupe
du faisceau laser,dans la cavité.
7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de stabilisation utilisent la fuite du faisceau à travers l'un des deux miroirs opposés, et agissent
sur la position du miroir de sortie.
8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le jet amplificateur (33) est positionné sensiblement au centre de la cavité laser principale, qui est
deux fois plus longue que la cavité du laser auxiliaire,
lequel opère à cadence de répétition double, ce qui permet 30 d'augmenter la puissance par impulsion.
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les colorants amplificateur et absorbant comprennent l'une au moins des substances dites Rhodamine 6 G 35 et DODCI.
10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, carac-
térisé en ce que le laser auxiliaire (35) produit ses impulsions de manière continue.
J 5
11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le laser auxiliaire (35) produit des trains d'impulsions.
12. Dispositif selon l'une des revendications térisé en ce que le laser auxiliaire (35) est doublé en fréquence, à mode couplé.
13. Dispositif selon l'une des revendications térisé en ce que le laser auxiliaire (35) est argon ou krypton, à mode couplé.
1 à 11, caracun laser YAG 1 à 11, caracun laser à
14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le taux de répétition du laser auxiliaire
(35) est de l'ordre de la centaine de Mégahertz, tandis que
la largeur spectrale des impulsions laser produites est de 20 l'ordre d'une dizaine de nanomètres.
N
15. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que les moyens de stabilisation (50, 60, 19) comprennent des moyens de préréglage propres à amener le spectre des impulsions produites au voisinage de la longueur d'onde centrale désirée.
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