FR2607329A1

FR2607329A1 - Laser ndyag a grande longueur d'onde et procede pour produire un faisceau laser de grande puissance

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Publication number: FR2607329A1
Application number: FR8707145A
Authority: FR
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Current assignee: Individual
Priority date: 1986-11-20
Filing date: 1987-05-21
Publication date: 1988-05-27
Anticipated expiration: 2007-05-21
Also published as: GB8712070D0; GB2197748A; DE3717142A1; GB2197748B; US5048034A; IT1218658B; IT8767490A0; FR2607329B1; DE3717142C2

Abstract

LASER NDYAG A GRANDE LONGUEUR D'ONDE POUVANT FONCTIONNER SOIT EN MODE D'INCISION CHIRURGICALE, DANS LEQUEL LA LONGUEUR D'ONDE DU RAYONNEMENT LASER EST D'ENVIRON 1,44 MICRON, SOIT EN MODE DE COAGULATION THERAPEUTIQUE, DANS LEQUEL LA LONGUEUR D'ONDE DU RAYONNEMENT LASER EST D'ENVIRON 1,06 MICRON. LE LASER NDYAG COMBINE L'UTILISATION DE MIROIRS LASER SELECTIFS EN FREQUENCE ET D'UNE LAMPE FONCTIONNANT EN IMPULSIONS A GRANDE INTENSITE DE CRETE POUR PRODUIRE UN FAISCEAU LASER DE GRANDE PUISSANCE TANT A LA LONGUEUR D'ONDE DE 1,44 MICRON QU'A CELLE DE 1,06 MICRON. LE FAISCEAU DU LASER NDYAG PEUT AUSSI ETRE COUPLE A UN CABLE OPTIQUE A FIBRE EN QUARTZ FLEXIBLE ET TRANSMIS PAR CELUI-CI, DE SORTE QUE TANT LE FAISCEAU COAGULANT A 1,06 MICRON QUE LE FAISCEAU COUPANT A 1,44 MICRON PEUVENT ETRE TRANSMIS PAR LE MEME CABLE A FIBRE OPTIQUE.

Description

"Laser NdYAG à grande longueur d'onde et procédé pour produire un faisceau

laser de grande puissance". La présente invention concerne les lasers et plus particulièrement un laser à grenat d'yttrium et d'aluminium dopé au néodyme (laser NdYAG ou YAG) que l'on peut faire fonctionner soit en mode d'incision

chirurgicale, soit en mode de coagulation.

L'utilisation des lasers en chirurgie et en médecine est de plus en plus courante, au point que le laser est devenu un important instrument de chirurgie et moyen thérapeutique. il existe, par exemple, des lasers à C02 utilisés dans des interventions chirurgicales pour produire une incision analogue à celle d'un scalpel, et des lasers NdYAG, jusqu'ici peu utiles pour les incisions, qui sont utilisés pour cautériser des gros vaisseaux sanguins tels que ceux qui sont ouverts dans les hémorragies stomacales ou pour détruire des tumeurs

de la vessie.

Les applications médicales des lasers NdYAG ont été développées parce qu'il y a un domaine du spectre de la lumière, dans le rouge et le proche infrarouge, dans lequel les tissus humains sont transparents. Ce domaine est situé entre le domaine visible, dans lequel les chromophores tels que l'hémoglobine sont fortement absorbants, et le domaine infrarouge, dans lequel l'eau contenue dans les tissus est absorbante, et est souvent appelé "fenêtre" des tissus. La lumière émise par un laser NdYAG, qui rayonne normalement à 1,06 micron, est

dans le proche infrarouge et tombe dans cette fenêtre.

Lorsque la lumière émise par le laser NdYAG frappe la plupart des tissus, elle est transmise et diffusée jusqu'à une profondeur typiquement d'environ 1 centimètre avant que son intensité soit trop faible pour avoir un effet thérapeutique. Si le laser est suffisamment puissant, un échauffement in situ des tissus en profondeur est possible avec, pour résultat, par exemple, un rétrécissement des vaisseaux et l'effet cautérisant

associé et la nécrose par coagulation profonde.

Par suite de son action laser cautérisante à la longueur d'onde de 1,06 micron, le laser NdYAG est peu utilisé pour l'incision chirurgicale et a été jusqu'ici limité aux utilisations thérapeutiques indiquées plus haut. De plus, puisque le faisceau d'un laser NdYAG peut être facilement couplé à un câble optique à fibre flexible et transmis par celui-ci, le faisceau peut être conduit le long d'un gastroscope ou couplé par l'intermédiaire d'un cystoscope. Le laser NdYAG peut donc être facilement utilisé à l'intérieur du corps sans

nécessiter d'ouverture chirurgicale.

A l'opposé, le laser à Co2 rayonne dans le domaine infrarouge lointain du spectre et son rayonnement est fortement absorbé par l'eau des tissus. Lorsque le faisceau de ce laser est focalisé sur un tissu, il produit la vaporisation du tissu puisque le rayonnement est absorbé par l'eau dans les quelques premières couches de cellules qui sont chauffées au point qu'il se produit une vaporisation explosive. Les couches de cellules sont vaporisées et le faisceau focalisé "coupe" dans la surface en faisant une incision comme celle d'un scalpel jusqu'à ce que le faisceau soit interrompu. Le laser à C02 est utilisé comme couteau "sans sang" puisque les petits vaisseaux proches de l'incision sont cautérisés par le faisceau du laser. De plus, les incisions faites au laser paraissent avoir une tendance inhabituelle à la cicatrisation. Par exemple, l'incision à la lame froide d'une tumeur de la peau a pour résultat une ulcération, tandis que la vaporisation d'une telle tumeur par un

laser a pour résultat une belle réépithélialisation.

Malheureusement, le faisceau du laser à C02 ne se propage pas le long d'un câble optique à fibre flexible, de sorte que l'amenée du faisceau doit se faire par l'intermédiaire d'une combinaison peu commode de tubes et

de miroirs.

Des recherches sont en cours pour mettre au point des fibres optiques pour laser C02 qui permettraient la chirurgie laser endoscopique. Cependant, du fait des propriétés hémostatiques limitées du laser à C02, les complications éventuelles résultant de la perforation de vaisseaux pendant la chirurgie endoscopique au laser à C02 ont limité l'utilité de ces recherches. C'est pourquoi il est souhaitable de mettre au point des moyens pour faire couper des tissus à un faisceau de laser NdYAG qui se propagerait le long d'une fibre de quartz. S'il était possible de faire fonctionner le laser NdYAG soit en mode d'incision, soit en mode de coagulation, la chirurgie endoscopique au laser pourrait être pratiquée sans crainte de complications résultant de

la perte de sang.

La longueur d'onde d'émission des lasers NdYAG classiques se situe à 1,06 micron, c'est-à-dire dans un domaine de très faible absorption par l'eau. Le laser à NdYAG a toutefois aussi normalement une transition autour de 1, 32 micron et une transition à très faible gain autour de 1,44 micron. Cette dernière transition coïncide avec une bande de forte absorption par l'eau, la lumière à longueur d'onde de 1,44 micron étant absorbée par l'eau après avoir traversé environ 0,3 mm d'eau seulement. A l'opposé, la profondeur de pénétration de la lumière dans l'eau est d'environ 10 cm pour une lumière à longueur d'onde d'environ 1,32 micron, et 100 cm pour une lumière à longueur d'onde d'environ 1,06 micron. Par conséquent, puisque les tissus animaux sont formés principalement d'eau, si un puissant faisceau laser focalisé à longueur d'onde de 1,44 micron rencontre un tissu, il est possible que la surface du tissu s'échauffe et s'évapore à peu près de la même façon que lorsqu'un faisceau de laser à C02 pratique une incision comme un scalpel, comme cela a

été décrit plus haut.

Malheureusement, le néodyme (Nd), qui est en suspension dans une structure hôte ou "matrice" en cristal YAG et qui est aussi l'atome responsable de l'effet laser dans le laser NdYAG, est absorbant dans le domaine spectral centré sur la longueur d'onde de 1,44 micron. Le cristal YAG dopé au néodyme est effectivement transparent à 100% dans le domaine de longueurs d'ondes centré sur la longueur d'onde de 1,06 micron, dans lequel le cristal NdYAG a été utilisé jusqu'ici comme milieu actif de laser. Cependant, l'oscillation laser aux environs de 1,44 micron est plus difficile à obtenir, en partie parce que l'auto-absorption du néodyme se produit à 1,44 micron du fait d'une absorption lors de la transition électronique 419/2 - > 4115/2, qui est centrée

sur 1,485 micron.

Bien que cette absorption puisse être minimisée en utilisant un matériau cristallin à concentration de néodyme aussi basse qu'un demi pour cent du poids total de NdYAG, il n'est évidemment pas possible d'éliminer l'autoabsorption de cette manière. L'auto-absorption par le néodyme à 1,44 micron peut aussi être réduite en refroidissant le cristal laser puisque l'auto-absorption ne se produit qu'à cause de l'élargissement thermique de la raie d'absorption. Malheureusement, le refroidissement cryogénique nécessaire est impraticable dans la plupart

des applications des lasers NdYAG.

L'auto-absorption dans un milieu actif de laser suffit généralement pour empêcher une transition possible à effet laser. Cela est particulièrement vrai pour la raie correspondant à la longueur d'onde de 1,44 micron parce que le gain autour de 1,44 micron est très faible et la transition à 1,44 micron est en concurrence, pour produire une oscillation laser, avec la transition à 1,06 micron, pour laquelle le gain est typiquement plusieurs centaines de fois plus grand. C'est pourquoi le laser NdYAG a toujours été considéré comme un candidat très peu probable pour l'émission de grande puissance à la

longueur d'onde de 1,44 micron.

Il existe dans la littérature spécialisée un rapport qui décrit l'utilisation d'un laser NdYAG à 1,44 micron avec suppression de l'oscillation laser à 1,32 micron et de celle à 1,06 micron à l'aide d'une optique sélective. Cependant, la puissance de sortie en continu citée pour un laser de 100 watts à 1,06 micron est négligeable à 1,44 micron, sa valeur étant d'environ 0,4 watt. La raison de cette faible puissance de sortie est le très faible gain, ou coefficient d'amplification, du laser à 1,44 micron, qui a pour résultat que, pour que

l'oscillaion laser se produise, le miroir semi-

réfléchissant du résonateur doit en fait être très réfléchissant. Le rapport cité plus haut, dans lequel est décrite l'obtention de l'effet laser à 1,44 micron, décrit un miroir semi-réfléchissant qui transmet environ

0,5% de la lumière produite et en réfléchit environ 95%.

Cependant, puisque le barreau laser absorbe typiquement % de la puissance du faisceau laser qui le traverse, chaque fois que la lumière produite est réfléchie aux deux extrémités du résonateur, le faisceau laser perd deux fois 10% ou 20% de sa puissance par absorption dans le barreau laser et seulement 0,5% par transmission par le miroir semi-réfléchissant de sortie. Il en résulte que la puissance du laser est perdue par absorption au lieu de passer par le miroir semi-réfléchissant de sortie pour

former un faisceau laser utile.

Cependant, on a découvert qu'il est possible d'obtenir un puissant faisceau de lumière d'un laser NdYAG à la longueur d'onde de 1,44 micron si les miroirs de la cavité sont conçus pour empêcher l'effet laser de se produire pour les transitions laser à grand gain telles que les transitions à 1,06 et 1,32 micron, et si la lampe ou autre moyen d'excitation du laser fonctionne en régime d'impulsions récurrentes courtes de grande amplitude au lieu de fonctionner en régime continu. Sous ces deux conditions, il est possible d'obtenir une puissance moyenne substantielle du faisceau d'un laser NdYAG à la longueur d'onde de 1,44 micron. Le faisceau d'un tel laser, lorsqu'il est focalisé sur un tissu animal, évapore celui-ci et produit une incision analogue

à celle d'un scalpel.

On s'est aperçu que lorsque la lampe d'excitation fonctionne en régime d'impulsions récurrentes, il est possible d'obtenir l'oscillation laser avec un miroir semi-réfléchissant de sortie qui est, par exemple, transparent à 20% et réfléchissant à %. Il en résulte que si l'absorption du barreau laser est de 20% pour chaque cycle d'émission de lumière, on a trouvé que la puissance du laser est divisée en parties égales entre les pertes dans le barreau et la puissance de sortie utile. On croit que dans les conditions décrites de lumière intense produite par la lampe d'excitation fonctionnant en régime d'impulsions, le gain de l'amplification de la lumière dans le barreau devient très élevé et que l'oscillation laser se produit même si les pertes combinées par absorption dans le barreau et par transmission par le miroir semi- réfléchissant peuvent être de 50% pour chaque cycle de parcours de la lumière dans le résonateur laser. De plus, il apparait que les oscillations aux longueurs d'onde de 1,06 et 1,32 micron sont supprimées par la sélectivité de la cavité résonnante laser dans ces conditions. C'est ainsi que l'on croit que les impulsions de grande puissance crête du moyen d'excitation du laser permettent d'obtenir l'oscillation laser à 1,44 micron avec un miroir de sortie relativement très transparent qui réduit l'effet nuisible de l'absorption intrinsèque dans le barreau

laser à 1,44 micron.

C'est ainsi que l'emploi combiné d'une cavité laser sélective en fréquence et d'une lampe d'excitation fonctionnant en régime d'impulsions récurrentes de courant de grande intensité de crête a pour résultat une puissance moyenne du faisceau laser d'au moins 40 watts à la longueur d'onde de 1,44 micron pour un laser normalement conçu pour produire un faisceau de 100 watts à 1,06 micron. Le procédé mis au point pour produire le faisceau coupant de laser NdYAG consiste à déplacer la longueur d'onde du rayonnement laser de 1,06 micron, à laquelle les tissus sont transparents, à 1,44 micron, à laquelle l'absorption par l'eau des tissus est importante. Le déplacement de la longueur d'onde du rayonnement laser de 1,06 micron à 1,44 micron a pour conséquence que la profondeur de pénétration du faisceau laser dans les tissus tombe d'environ 1 centimètre à environ 0,3 millimètre. Par conséquent, un faisceau laser focalisé à longueur d'onde de 1,44 micron est absorbé dans la plupart des tissus en produisant une incision d'environ 1/4 de millimètre de profondeur, le tissu au point de focalisation se vaporisant à peu près comme avec le laser à CO2. Le faisceau à longueur d'onde de 1, 44 micron peut ainsi être alterné avec un faisceau à 1,06 micron si des miroirs appropriés sont montés de façon sélective aux extrémités du barreau laser, et si des circuits appropriés sont prévus pour convertir l'émission

pulsée de la lampe d'excitation en une émission continue.

De plus, même si le fasisceau du laser NdYAG à 1,44 micron de longueur d'onde tombe dans la bande

d'absorption du quartz due à l'eau contenue dans celui-

ci, certaines fibres de quartz sont presque exemptes d'eau et, par conséquent, il est possible de transmettre tant un faisceau à 1,06 micron, qui est coagulant, qu'un faisceau à 1,44 micron, qui est coupant, par la même fibre de quartz. C'est ainsi que le laser NdYAG de l'invention peut être adapté à divers types d'endoscope et de microscope chirurgical pour être utilisé dans

diverses applications chirurgicales et thérapeutiques.

Le dessin annexé illustre la meilleure façon

envisagée actuellement de mettre en oeuvre l'invention.

- la figure 1 est un schéma d'un laser NdYAG incorporant les principes de l'invention. On se réfère maintenant à la figure 1 qui représente un laser NdYAG construit pour fournir un faisceau de lumière à la longueur d'onde de 1,44 micron pour fonctionner en mode d'incision, ou alternativement, pour fournir une lumière à la longueur d'onde de 1,06 micron pour fonctionner en mode de coagulation. On voit sur la figure 1 que le laser NdYAG comporte un barreau laser 1 et une lampe d'excitation 2 montée à l'intérieur d'une cavité laser 3, un mécanisme d'excitation 4 pour alimenter la lampe 2 par impulsions ou, alternativement,

en continu, et un carrousel à miroirs 5.

Le barreau laser 1 est composé de matériau NdYAG classique ayant un dopage d'environ 1% en poids de la matrice en YAG. Le matériau YAG classique est composé d'un ion de néodyme triplement ionisé incorporé dans une matrice cristalline ou en verre. La matrice cristalline la plus courante et qui est celle préférée pour la composition du barreau laser 1, est le grenat d'aluminium et d'yttrium, généralement désigné par le sigle "YAG". Le YAG est un matériau dur et cassant qui est une matière sythétique ayant une structure semblable à celle d'un grenat et la composition chimique U3A15012. Si le YAG est la matrice cristalline préférée pour recevoir le néodyme,

d'autres matières telles que le fluorure d'yttrium-

lithium, généralement désigné par le sigle YLF, et l'yttrium-aluminium, généralement désigné par le sigle YALO, peuvent être utilisées à la place du YAG pour le barreau laser 1. De plus, puisque les problèmes de croissance des cristaux limitent la longueur maximale des barreaux de YAG à environ 10 cm pour la plupart des applications pratiques, le verre peut aussi être employé comme matrice pour des disques ou des barreaux de matériau laser qui doivent être plus grands que les barreaux de YAG courants pour fournir une plus grande

puissance ou énergie de sortie.

Le barreau laser 1 -mesure, de préférence,

environ 10 cm de longueur et environ 0,6 cm de diamètre.

Les extrémités opposées du barreau 1 sont polies et recouvertes d'une couche, de la façon classique, pour avoir une réflectivité minimale aux longeurs d'onde d'environ 1,32 micron. Il est à noter particulièrement qu'il est souhaitable d'utiliser un barreau laser 1 à absorptivité minimale vis-à-vis de la lumière. A la longueur d'onde de 1,44 micron, l'absorptivité est de 1% par centimètre pour un barreau laser NdYAG normal, de sorte qu'un barreau de 10cm de longueur placé à l'intérieur de la cavité 3 introduit une perte d'environ

% dans le résonateur laser à miroirs.

La cavité laser 3 est formée à l'intérieur d'un logement réfléchissant 6 à section droite elliptique et forme ainsi une cavité laser elliptique 3. Le logement 6 est constitué de cuivre recouvert d'or sur la surface intérieure de la cavité pour servir de réflecteur à la lumière de la lampe. Du verre revêtu de métal peut aussi être utilisé pour réaliser la cavité laser. La lampe 2 utilisée pour "pomper" le laser et le barreau laser 1 sont disposés chacun le long d'un des deux foyers de la section droite intérieure elliptique de la cavité 3, comme cela est classique. Le refroidissement par eau du barreau laser et de la lampe est assuré en faisant circuler de l'eau désionisée dans des tubes qui entourent tant le barreau laser 1 que la lampe 2, cette eau étant représentée schématiquement par la flèche 7. Ces tubes d'écoulement peuvent être en quartz ou en verre dopé au samarium. Le débit de refroidissement est, à titre indicatif, d'au moins 20 litres par minute dans la cavité 3. Plusieurs autres types de configuration de cavité sont aussi possibles pour utilisation dans l'invention. Comme cela a été mentionné plus haut, le montage préféré consiste à placer la lampe 2 et le barreau 1 aux deux foyers de la cavité elliptique 3 et laisser les propriétés géométriques de la cavité elliptique réflectrice 3 conduire la lumière de pompage de la lampe 2 au barreau 1. Une autre solution consiste à mettre la lampe 2 près du barreau 1 dans une configuration de "couplage serré" dans laquelle le barreau et la lampe sont contigus et disposés au centre d'une cavité réflectrice cylindrique. De plus, deux lampes et un barreau peuvent être disposés dans une cavité elliptique double dont la section droite a la forme de deux ellipses qui se recouvrent partiellement, les lampes étant disposées aux foyers extérieurs du

logement ainsi obtenu et le barreau au foyer commun.

La lampe d'excitation est, de préférence, une lampe à arc au krypton qui s'est révélé être la meilleure pour l'effet laser à 1,44 micron. La lampe 2 a généralement une diamètre intérieur de 7 mm et une longueur de 10 cm. Une lampe de ces dimensions s'est révélée résister à la fréquence de récurrence élevée nécessaire des impulsions de courant nécessaires pour le fonctionnement instantané. On fait normalement fonctionner la lampe 2 en mode d'impulsions pour le fonctionnement du laser à 1,44 micron, sous une tension d'environ 600 volts pendant une période de 1 milliseconde, à une fréquence de récurrence de 30 à 100 impulsions par seconde. De plus, la lampe au krypton 2 décrite ci-dessus s'est révélée convenir au fonctionnement avec un courant non pulsé atteignant 50 ampères pour le fonctionnement en régime continu à une longueur d'onde de 1,06 micron. S'il est préférable que 1l la lampe 2 soit une lampe à arc au krypton, d'autres sources de lumière telles qu'une lampe à filament de tungstène ou une autre lampe à arc éclairant de façon continue, ou une lampe à éclairs au xénon produisant des

impulsions de lumière, peuvent aussi être utilisées.

La lampe d'excitation, généralement appelée "lampe de pompage", émet un large spectre de lumière, mais les ions de néodyme, quelle que soit la matrice à laquelle ils sont incorporés, ont tendance à absorber l'énergie lumineuse le plus fortement dans une étroite bande de longueurs d'onde s'étendant approximativement de 0,7 à 0,8 micron. L'absorption de photons dans cette bande porte les ions de néodyme de l'état fondamental à un état d'énergie élevé, à partir duquel ils retombent à un état métastable à partir duquel ils émettent un rayonnement de fluorescence à plusieurs longueurs d'onde, à savoir aux longueurs d'onde de 1,06 micron, 1,32 micron et 1,44 micron. L'effet laser se produit dans la bande d'émission centrée sur 1,06 micron puisque le gain du laser est le plus élevé pour cette longueur d'onde, à moins que les miroirs ou l'optique du laser soient rendus sélectifs en longueur d'onde de façon à supprimer

l'oscillation laser à 1,06 micron de longueur d'onde.

La lampe 2 est excitée par une source d'alimentation à courant continu 8 de conception classique qui est connectée a l'électronique de commande par les lignes 9 et 10. Cette source d'alimentation à courant continu fournit un courant d'environ 10 ampères à la lampe d'excitation, ce courant étant appelé "courant d'entretien" dans la technique laser. Le courant d'entretien maintient la lampe 2 dans un état conducteur entre les impulsions de courant. Les lignes 9 et 10 sont connectées aux câbles 11 et 12, respectivement, qui, à leur tour, sont connectés par une de leurs extrémités à la lampe 2 et par l'autre extrémité à un circuit de commutation à état solide ou "découpeur" 13. Le circuit découpeur 13 alimente la lampe 2 sous 600 volts avec un courant de 300 ampères pendant 1 milliseconde à une fréquence de récurrence de 30 impulsions par seconde pour obtenir typiquement une puissance moyenne de 50 watts à la longueur d'onde de 1,44 micron. Le circuit 13 peut aussi fonctionner à une fréquence de récurrence typiquement d'une kilohertz pour le fonctionnement continu de la lampe 2. En régime de fonctionnement continu, il est nécessaire de lisser le courant à l'aide d'un filtre de lissage inséré dans le circuit. A cet effet, le train d'impulsions à 1 kHz en provenance du circuit découpeur 13 est lissé par utilisation d'un condensateur 14 à capacité nominale de 0,009 farad monté en parallèle sur la lampe. De plus, un relais 15 met le condensateur de lissage 14 en circuit ou hors circuit selon que l'on désire le fonctionnement en régime d'impulsions ou en régime continu. Par exemple, l'intensité moyenne du courant pour le fonctionnement en régime continu est typiquement de 45 ampères, ce aui produit une puissance de sortie laser de 100 watts à la longueur d'onde de 1,06 micron. La figure 1 montre aussi que la lampe 2 est amorcée de manière habituelle par un transformateur de déclenchement 16 qui est un transformateur d'impulsions de haute tension ordinaire excité par une électronique indépendante 17 comme cela

est courant.

Le carrousel à miroirs 5 est composé d'un support de miroirs coulissant contenant deux ou plusieurs jeux de miroirs de laser 18, 18' et 19, 19' montés dans un mécanisme classique de réglage de miroirs laser 20, 21, respectivement. Le carrousel 5 comporte aussi un organe de liaison 22 qui solidarise les mécanismes de réglage 20 et 21 de façon que les deux jeux de miroirs 18, 18', ou 19, 19' se déplacent ensemble. Le carrousel 5 est déplacé entre une première position dans laquelle les miroirs 18, 18' forment une cavité laser avec le barreau 1. 1 pour produire un faisceau à longueur d'onde de 1,06 micron, et une seconde position dans laquelle les miroirs 19, 191' sont contigus aux extrémités du barreau 1 pour produire un faisceau laser à longueur d'onde de 1,44 micron. Comme moyen pour déplacer le carrousel 5 entre ses deux positions alternées, la figure 1 montre que le mécanisme de réglage 20 peut être fixé à un câble ou une autre ligne passée autour d'une paire de poulies 24 et 25 montées tournantes sur des supports 26 et 27, respectivement, qui sont à leur tour montés sur un organe support 28. On voit sur la figure 1 que la poulie 24 est entraînée en rotation par un moteur électrique 31 pour déplacer le carrousel 5 vers le haut ou vers le bas pour positionner correctement soit les miroirs laser 18, 18' ou 19, 19' en contiguïté avec l'extrémité correspondante du barreau 1 pour produire soit un faisceau laser à longueur d'onde de 1,06 micron, soit un faisceau de 1,44

micron, respectivement.

Les miroirs utilisés pour obtenir l'effet laser à 1,44 micron doivent être réfléchissants à 1,44 micron, mais être aussi transparents que possible à 1,06 micron et à 1,32 micron. Par exemple, les miroirs utilisés pour obtenir une puissance moyenne élevée à 1,44 micron sont, de préférence, constitués par un miroir à réflectivité de % à 1,44 micron, 50% à 1,32 micron et 30% à 1,06 micron, et d'un autre miroir à réflectivité de 80% à 1,44 micron, 20% à 1,32 micron et 5% à 1,06 micron. De plus, une fenêtre en silicium transparent de 1 cm d'épaisseur recouverte d'un revêtement antiréfléchissant à 1,44 micron peut être placée contiguë au barreau laser et à l'intérieur de la cavité résonnante laser. Le silicium est absorbant i près de 100% à 1,06 micron et sert à

supprimer l'oscillation laser à cette longueur d'onde.

L'adjontion de cet élément supprime l'oscillation laser, même si les miroirs laser sont fortement réfléchissants à la longueur d'onde de 1,06 micron. D'autres éléments tels que des prismes ou des réseaux de diffraction peuvent être utilisés pour la sélection de la longueur d'onde d'émission. De tels miroirs montés contigus aux extrémités du barreau laser 1 permettent d'obtenir une puissance de sortie moyenne d'au moins 40 watts et une puissance crête proche de 1000 watts. Une fibre de quartz 29 peut aussi être utilisée pour transmettre le faisceau laser à longueur d'onde de

1,44 micron.

La fibre 29 est, à titre indicatif, une fibre de quartz à coeur de 600 microns de diamètre. Bien que le quartz soit connu pour avoir une absorption à 1,44 micron provoquée par l'eau emprisonnée, la fibre de quartz anhydre est, quant à elle, presque exempte d'eau, de sorte que l'absorption d'énergie lumineuse à cette longueur d'onde est négligeable, ce qui a pour résultat qu'il est possible de transmettre tant le faisceau laser à 1,06 micron, qui est coagulant, que le faisceau à 1,44

micron, qui est coupant, par la même fibre de quartz 29.

Le faisceau laser en provenance du barreau 1 est focalisé sur l'extrémité de la fibre de quartz par

une lentille 30.

La lentille 30 est recouverte d'un revêtement antiréfléchissant à 1,06 et 1,44 micron et a une longueur

focale d'approximativement 2 cm, ce qui est classique.

Claims

REVENDICATIONS.

1) Laser au néodyme à grande longueur d'onde, caractérisé en ce qu'il comprend: - un logement (6)incluant une cavité optique fermée refléchissante (3), - un barreau (1) monté dans cette cavité optique (3), ce barreau laser (1) étant composé d'une structure hôte cristalline ou en verre dopée au néodyme, - une lampe de pompage (2) montée dans la cavité optique (3) et contiguë au barreau laser (1), cette lampe de pompage (2) constituant une source de lumière pour le transfert d'énergie au barreau laser (1), - des moyens d'excitation (13, 16, 17) comportant des moyens de circuits pour alimenter la lampe de pompage pour produire des impulsions de lumière intermittentes émises par cette lampe de pompage (2) , - un premier résonateur laser disposé aux extrémités opposées du barreau laser (1), et - des moyens de sélection (18, 27) de longueur d'onde à l'intérieur du résonateur laser pour permettre l'oscillation laser dans la gamme de longueurs d'onde de

1,4 micron à 1,5 micron.

2) Laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de sélection de longueur d'onde comprennent des réflecteurs de lumière (19, 19') avec des revêtements produisant une réflexion maximale dans la gamme de longueurs d'onde de 1,4 micron à 1,5 micron et une réflexion minimale à toutes les autres longueurs d'onde. 3) Laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de sélection de longueur d'onde comprennent une fenêtre en silisium avec un revêtement pour un maximum de transmission dans la gamme de longueurs d'onde de 1,4 à 1,5 micron et disposée en

contiguité avec une extrémité du barreau laser.

4) Laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de sélection de longueur d'onde comprennent un prisme réfringent disposé en contiguité

avec le barreau laser.

) Laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de sélection de longueur d'onde comprennent un réflecteur de lumière avec une surface diffringente et orientée de façon à réfléchir la lumière dans la gamme de longueurs d'onde de 1,4 micron à 1,5

micron le long de l'axe du barreau laser.

6) Laser selon la revendication 1, caractérisé

en ce que la structure hôte est un grenat d'yttrium-

aluminium. 7) Laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lampe de pompage (2) est une lampe à arc au

krypton.

8) Laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'excitation fournissent une tension appliquée d'environ 600 volts pendant une période d'environ 1 milliseconde à une fréquence de récurrence

d'environ 30 impulsions par seconde.

9) Laser selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (14, 15) pour convertir les moyens d'excitation d'une grandeur de sortie

impulsionnelle en une grandeur de sortie continue.

10) Laser selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de conversion comportent un condensateur (14) monté en parallèle sur la lampe de pompage, et des moyens de commutation (15) pour mettre ce condensateur en circuit ou hors circuit dans les moyens

de circuits.

11) Laser selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième résonateur laser comprenant des miroirs produisant une réflexion maximale à une longueur d'onde de 1,06 micron et une réflexion minimale aux autres longueurs d'onde, le premier et le deuxième résonateurs laser étant montés avec une relation spatiale l'un par rapport à l'autre, des moyens de montage (22) pour monter de façon réglable ces miroirs, et des moyens de mise en mouvement (31) pour amener le premier et le deuxième résonateur laser respectifs à un

endroit contigu aux extrémités opposées du barreau laser.

12) Laser selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte un conducteur optique à fibre (29) et une lentille (30) située près d'une des paires de miroirs pour focaliser un faisceau de lumière laser émis par le barreau laser sur le conducteur optique. 13) Laser selon la revendication 12, caractérisé en ce que le conducteur optique est un

conducteur optique en fibre de quartz.

14) Procédé pour produire un faisceau laser de grande puissance a partir d'un laser au néodyme à une longueur d'onde d'environ 1, 44 micron, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: - appliquer des impulsions de lumière émises par une lampe de pompage à un barreau laser composé d'une structure hôte dopée au néodyme; et - disposer un résonateur laser sélectif en fréquence en contiguïté avec le barreau laser, de façon à produire l'oscillation laser à une longueur d'onde

d'environ 1,44 micron.

) Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'a la lampe de pompage est appliquée une tension d'environ 600 volts pendant une durée de 1 milliseconde à une fréquence de récurrence de 30

impulsions par seconde.

16) Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape consistant à transmettre le faisceau laser par un conducteur optique à fibre. 17) Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape consistant à alterner un deuxième résonateur laser sélectif en fréquence contigu au barreau laser, avec le premier résonateur laser, le deuxième résonateur laser pemettant l'oscillation laser à la longueur d'onde de 1,06 micron.