FR2611320A1 - Generateur laser a modes verrouilles en phase - Google Patents

Abstract

LE GENERATEUR LASER COMPREND UN DISPOSITIF DE VERROUILLAGE EN PHASE DES MODES DU GENERATEUR LASER, PLACE ENTRE LE MILIEU ACTIF AMPLIFICATEUR 3 ET LE MIROIR REFLECHISSANT ARRIERE 1 ET COMPRENANT D'UNE PART, UN MILIEU NON LINEAIRE 5 NON DISPERSIF PLACE EN CONTACT AVEC LEDIT MIROIR ARRIERE 1 ET D'AUTRE PART, DES MOYENS 11 A 16 POUR TRANSFORMER UN FAISCEAU GAUSSIEN A SYMETRIE DE REVOLUTION ISSU DU MILIEU AMPLIFICATEUR EN UN FAISCEAU DE MORPHOLOGIE ADAPTEE A LA PROPAGATION SOLITON DANS LEDIT MILIEU NON LINEAIRE 5. L'INVENTION EVITE L'UTILISATION DE MODULATEURS DE TYPE ACOUSTO-OPTIQUE ET PEUT S'APPLIQUER A UNE TRES LARGE PLAGE DE LONGUEURS D'ONDE.

Description

Générateur Laser à modes verrouillés en phase.

La présente invention a pour objet un générateur laser à modes verrouillés en phase, comprenant une cavité résonnante délimitée par un miroir réfléchissant arrière, et un miroir

semi-réfléchissant de sortie.

La figure 1 montre schématiquement dans une source laser classique la disposition d'un miroir arrière 1 et d'un miroir de sortie 2 qui définissent entre eux un trajet de longueur L au cours duquel la lumière traverse le milieu actif amplificateur 3. Compte tenu de l'existence de divers types de sources laser, la nature et la géométrie du milieu actif 3 ne sont pas indiquées de façon

limitative sur la figure 1.

Dans une source laser classique, qui constitue un oscillateur, en raison des multiples allers-retours de la lumière dans la cavité résonnante de l'oscillateur, et en l'absence de précautions particulières, la structure temporelle d'une émission laser est celle d'un bruit périodique de période T = 2L/c (1) o L représente la distance entre les deux miroirs 1 et 2 et c est la vitesse de la lumière. La forme de l'intensité lumineuse i (t) en fonction du temps est représentée sur la figure 3. On a indiqué sur la figure 3 le temps de corrélation dt qui représente l'inverse de la largeur spectrale f du signal émis. Le spectre de fréquences I (f) du bruit périodique i (t) de la figure 3 est représenté sur la figure 4. On voit que le spectre de fréquences correspondant à une émission laser classique comporte plusieurs groupes de raies équidistantes dont la périodicité df est l'inverse de celle (T) du signal temporel i (t). On a ainsi df = c/2L (2) o L représente la distance entre les deux miroirs 1 et 2 et c est la vitesse de la lumière. Toutefois, dans le cas du spectre de fréquences de la figure 4, les intensités et les phases des groupes de raies équidistantes se répartissent au hasard. C'est donc par un certain abus de langage que les groupes de fréquences sur lesquelles se

concentre l'énergie laser sont appelés "modes".

Dans une émission laser classique, du type bruit

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périodique, l'amplitude des fluctuations de puissance dans le bruit

est égale à la puissance moyenne P du rayonnement.

On a par ailleurs déjà proposé de synchroniser les modes d'une émission laser par différents moyens, symbolisés par le rectangle 4 sur le schéma de source laser de la figure 2, lesquels moyens reviennent tous à moduler périodiquement les pertes ou le gain dans la cavité résonnante à la fréquence df = c/2L des allers-retours de la lumière entre les miroirs 1 et 2, telle que définie dans la relation (2). Ceci favorise périodiquement l'amplification préférentielle de certaines régions du bruit périodique i (t). Ainsi, une séquence particulière, de durée To, d'impulsions espacées de la période T = 2L/c se dégage progressivement du bruit et grandit au détriment des 'régions ne possédant pas la phase optimale. Le signal laser d'intensité i (t) perd son caractère aléatoire et prend la forme régulière représentée sur la figure 5. Le spectre de fréquences I (f) prend également la forme régulière représentée sur la figure 6 avec des séquences de pics espacés régulièrement de la distance df = c/2L et

présentant chacun une largeur 1/To.

On désigne généralement le régime d'émission laser représenté sur les figures 5 et 6 par les termes "synchronisation, blocage en phase ou verrouillage des modes de l'oscillateur". Dans ce type d'émission laser, l'énergie est concentrée en impulsions étroites beaucoup plus puissantes que la puissance moyenne et pouvant présenter une puissance maximale Pmax N P. (T/dt) (3) o T représente la période 2L/c de la relation (1) et dt représente

l'inverse de la largeur spectrale t f.

A titre d'exemple, une émission de puissance moyenne P = 1 watt produite par un cristal de YAG dopé au néodyme (avec f = 1011Hz) dans une cavité résonnante de longueur 1,5 m contient

des impulsions de puissance crête de l'ordre de 1000 watts.

L'obtention de puissances instantanées élevées à partir d'énergies moyennes beaucoup plus faibles permet d'élargir le champ d'application des sources laser et l'utilisation d'une émission laser du type à modes verrouillés en phase présente ainsi un

intérêt grandissant en pratique.

Toutefois, les différentes solutions connues pour réaLiser une émission laser à modes verrouillés en phase ne sont

pas actuellement pleinement satisfaisantes.

Ainsi, avec des générateurs laser de type pulsé, pour lesquels le milieu amplificateur est pompé par flash, on réalise un blocage en phase dit "passif" en introduisant dans la cavité un milieu dont la transparence évolue en fonction de l'intensité lumineuse. Il s'agit d'un mélange de colorant et de solvant (chlorobenzène, dichloroéthane, etc...) nommé "absorbant saturable". Ce liquide, contenu dans une cellule, présente une tranparence faible à bas niveau d'éclairement, puis une transparence qui devient très élevée lorsque l'intensité incidente dépasse une valeur caractéristique: l'intensité de saturation. Une impulsion lumineuse dont l'intensité dépasse ce seuil est transmise avec une atténuation négligeable. L'émission des lasers pulsés à modes bloqués se présente sous la forme d'une suite d'une quinzaine d'impulsions brèves (30 ps) espacées d'environ 10 ns et dont l'amplitude est modulée par une enveloppe de profil temporel gaussien. L'impulsion la plus puissante véhicule une énergie de

l'ordre du mJ.

L'utilisation d'un mélange de colorant et de solvant pour réaliser un blocage en phase présente plusieurs inconvénients dont les principaux sont les suivants: 25. le dosage du colorant est critique et peu stable dans le temps, la solution d'absorbant saturable s'use et doit être renouvelée fréquemment (toutes les 40 heures d'utilisation environ), 30. ces absorbants n'existent que pour quelques longueurs d'ondes d'émission en nombre restreint, et ne peuvent convenir à tous les types de laser, ces absorbants n'imposent pas de limite supérieure à l'intensité des impulsions laser, ce qui implique une mauvaise stabilité en puissance, et des risques de dégradation des éléments laser, si le taux de répétition du pompage dépasse 1 Hz il

faut prévoir un dispositif pour faire circuler le colorant.

Dans le cas de générateurs lasers continus, on réalise généraLement un blocage en phase dit "actif". Dans ce cas de pompage continu, le procédé de synchronisation des modes de l'émission laser consiste à moduler périodiquement les pertes de la cavité à une fréquence égale à c/2L selon la relation (2) précitée, au moyen d'un modulateur acousto-optique. Seul le signal lumineux en phase avec cette modulation peut être amplifié, le faisceau laser émergeant est alors constitué d'une suite continue d'impulsions lumineuses brèves, par exemple de l'ordre de picosecondes pour les lasers YAG/Nd et Argon, qui sont espacés par exemple de 10 nanosecondes. L'énergie de chacune de ces

impulsions est de l'ordre de 10-8J.

Ce type de verrouillage en phase des modes d'un générateur laser continu présente également des inconvénients. En effet, on sait que chaque impulsion émise résulte d'un grand nombre d'allers-et-retours dans la cavité laser. Or, la fréquence de modulation de l'élément acousto-optique (qui est comprise en général entre 80 et 100 MHz) doit toujours correspondre exactement à l'inverse d'un temps d'aller-et-retour dans l'oscillateur. Il s'ensuit que la stabilité du modulateur doit être extrêmement stable, en restant exacte à environ une dizaine de hertzs près. Les sources hyperfréquences utilisées doivent alors être stabilisées par quartz et la fréquence de modulation doit en outre être réajustée périodiquement pour tenir compte des variations de longueur de la cavité dues à des variations de température. Par ailleurs, d'une manière générale la technique de l'acousto-optique

et de sa source de modulation est coûteuse.

Dans l'ensemble, les différents dispositifs de verrouillage en phase des modes d'un laser ne répondent pas à tous

les desiderata de la pratique.

On connait encore, notamment par un article de A. Barthelemy, S. Maneuf et C. Froehly intitulé "propagation soliton et auto-confinement de faisceaux laser par non Linéarité optique de Kerr", paru dans La revue "Optics Communications vol 55, o n 3 du 1er septembre 1985, pp. 201-206, un procédé pour réaliser une propagation stable, reproductible, de rayonnements Laser intenses en présence des variations auto-induites de l'indice de réfraction d'un miLieu dont l'indice de réfraction dépend de L'intensité. L'utilisation de l'effet soliton a toutefois été envisagée en pratique pour des applications très spécifiques telles que le raccourcissement d'impulsions picosecondes dans des fibres optiques monomodes, tel que décrit par exemple dans L'article de L.F.Mollenauer, R. H.Stolen et J.P.Gordan intitulé "Experimental Observation of Picosecond Pulse Narrowing and Solitons in Optical Fibers" paru dans la revue "Physical Review Letters" vol 45, n 13

du 29 septembre 1980, pp. 1095-1098.

Dans un article de L.F. Mollenauer et R.H. Stolen intitulé "The soliton laser" paru dans La revue "Optics Letters" vol. 9, No 1 de janvier 1984, pp. 13-15, il a été proposé un dispositif dénommé "laser à soliton". Selon cet article, un générateur Laser à modes synchronisés à centres colorés, comprenant des moyens acousto-optiques classiques de modulation active supplémentaire, est couplé avec une seconde cavité dite "à impulsion soliton" pour effectuer une régulation externe à la cavité laser principale du générateur laser classique de base. La boucle de régulation externe comprend une fibre unimodale dispersive non-linéaire dans laquelle se propage une impulsion picoseconde. Pour que la fibre possède une dispersion de signe approprié, il est nécessaire que le générateur laser de base soit

de type continu avec une longueur d'onde supérieure à 1,3 nm.

Un tel dispositif présente tous les inconvénients précités des générateurs laser continus à modes synchronisés, notamment la nécessité d'utiliser une modulation active supplémentaire du type acousto-optique, et implique la mise en oeuvre d'une deuxième cavité extérieure à la cavité du générateur laser de base, avec utilisation d'une fibre optique

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dispersive non-linéaire. Le dispositif est donc complexe, encombrant, délicat à mettre au point et ne peut s'appliquer qu'à

un type bien défini de générateur laser.

La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients précités et de réaliser un générateur laser à modes verrouillés en phase de conception simple et sûre, qui ne nécessite pas de réajustements fréquents après les réglages initiaux, qui puisse fonctionner sur une très large plage de Longueurs d'onde et améliore la stabilité en puissance entre impulsions successives, du

fait de son principe de fonctionnement.

Ces buts sont atteints grâce à un générateur laser du

type mentionné en tête de la description, caractérisé en ce qu'il

comprend eh outre un dispositif de verrouillage en phase des modes du générateur laser, placé entre le milieu actif amplificateur et le miroir réfléchissant arrière et comprenant d'une part, un milieu non-linéaire non dispersif placé en contact avec ledit miroir arrière et d'autre part, des moyens pour transformer un faisceau gaussien à symétrie de révolution issu du milieu amplificateur en un faisceau de morphologie adaptée à la

propagation soliton dans ledit milieu non linéaire.

Ainsi, la présente invention est applicable aux générateurs laser de type continu aussi bien qu'aux générateurs laser de type pulsé, quelle que soit la longueur d'onde. La synchronisation intermodale est assurée par la propagation soliton elle-même effectuée à l'intérieur de la cavité du générateur laser de base et il n'est nécessaire d'adjoindre au générateur laser de

base ni modulateur supplémentaire, ni cavité laser supplémentaire.

Le faisceau quasi-monochromatique pulsé est propagé dans un milieu

non-linéaire non dispersif.

De façon plus particulière, selon un mode de réalisation de L'invention, les moyens de transformation d'un faisceau gaussien comprennent un dispositif interférentiel de division d'amplitude du faisceau Laser pour former deux ondes secondaires, un filtre spatial et un système afocal disposés sur le trajet des deux ondes secondaires, pour former sur la face d'entrée du milieu non linéaire opposée au miroir arrière une image réduite de La figure d'interférences créée dans le

dispositif interférentiel de division d'amplitude.

Le dispositif interférentiel, le système afocal et le filtre spatial peuvent eux-mêmes être réalisés de diverses manières. Ainsi, selon un premier exemple de mise en oeuvre les moyens de transformation d'un faisceau gaussien comprennent un biprisme de Wollaston, une lame demionde disposée sur le trajet de l'une des deux ondes secondaires formées par le biprisme de Wollaston, une première lentille convergente, un filtre spatial et

une seconde lentille convergente.

Selon un second exemple de mise en oeuvre, les moyens de transformation d'un faisceau gaussien comprennent un biprisme de Wollaston, une lame demi-onde disposée sur le trajet de l'une des deux ondes secondaires formées par le biprisme de Wollaston, des premier et second miroirs disposés sur les trajets des deux ondes secondaires pour rendre celles-ci convergentes et un filtre

spatial disposé devant le milieu non linéaire.

Selon un troisième exemple de mise en oeuvre les moyens de transformation d'un faisceau gaussien comprennent un dispositif interférentiel constitué par un réseau ou un hologramme créant deux ondes secondaires, une première lentille convergente, un

filtre spatial et une seconde lentille convergente.

De préférence, les moyens de transformation d'un faisceau gaussien comprennent en outre une lentille cylindrique dont le foyer coïncide avec la face d'entrée du milieu non linéaire pour former sur cette face une zone d'interférence ayant

la forme d'un rectangle très allongé.

Le milieu non linéaire peut être constitué par une cuve contenant un matériau non linéaire homogène tel que du bisulfure de carbone et présentant une face d'entrée transparente ainsi qu'une face opposée à la face d'entrée qui est fermée par le

miroir réfléchissant arrière.

Toutefois, selon un autre mode de réalisation possible, Le milieu non linéaire comprend un guide plan non linéaire monomode transverse constitué par deux couches d'un matériau diélectrique transparent de faible indice de réfraction enserrant un matériau non-linéaire d'indice de réfraction plus élevé, et le miroir arrière est en contact avec le guide non linéaire plan

et perpendiculaire aux différentes couches constituant ce guide.

Dans ce cas, le milieu actif amplificateur peut être constitué par une diode laser semi-conductrice présentant une face de sortie traitée antireflet et les moyens de transformation d'un faisceau gaussien comprennent une lentille convergente interposée entre la diode laser et le milieu non

linéaire plan monomode transverse.

Le milieu amplificateur peut encore comprendre un réseau de diodes laser implantées sur un meme substrat et présentant une face de sortie traitée anti-reflet, et les moyens de transformation d'un faisceau gaussien comprennent un système optique constitué d'un dispositif afocal et d'un filtre spatial pour réaliser une simple image de la face de sortie du réseau de diodes sur la face d'entrée du guide non linéaire, de manière à

n'exciter qu'un mode d'ordre supérieur.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention

ressortiront de la description suivante de modes particuliers de

réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples, en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente de façon symbolique un générateur laser classique à modes indépendants, - la figure 2 représente de façon symbolique un générateur laser classique à modes synchronisés, - les figures 3 et 4 représentent respectivement la structure temporelle et la structure spectrale d'une émission laser à modes indépendants, c'est-à-dire montrent les courbes donnant l'intensité i(t) du faisceau laser émis en fonction du temps t et l'intensité I (f) du faisceau laser émis en fonction de la fréquence f, - les figures 5 et 6 représentent respectivement la structure temporelle et la structure spectrale d'une émission laser à modes synchronisés et montrent des courbes donnant l'intensité i(t) en fonction du temps t et l'intensité I (f) en fonction de la fréquence f d'une manière parallèle aux courbes des figures 3 et 4, - la figure 7 montre en perspective l'auto-confinement soliton d'un faisceau laser dans un milieu à non linéarité Kerr, - la figure 8 montre en perspective un exemple de générateur laser dont les modes sont verrouillés en phase par faisceau soliton conformément à la présente invention, - la figure 9 montre un exemple de forme de signal électrique délivré par un photodétecteur à réponse rapide à partir d'une émission laser à modes bloqués en phase réalisée conformément

à l'invention.

- la figure 10 représente en perspective un exemple de guide non-linéaire plan utilisable dans un générateur laser selon l'invention, - les figures 11 à 13 montrent de façon schématique trois exemples de réalisation de dispositifs de verrouillage en phase des modes d'un générateur laser, utilisant la propagation soliton dans un milieu non linéaire, et - les figures 14 et 15 montrent de façon schématique des générateurs laser à modes verrouillés en phase par faisceau soliton, mettant en oeuvre respectivement une diode laser et un

réseau de diodes laser.

On rappelle d'abord que l'expression "matériau non linéaire" signifie un matériau dont l'indice de réfraction varie en fonction de l'intensité du faisceau lumineux qui traverse ce matériau (effet Kerr optique). La non linéarité optique est également souvent désignée par l'expression "variation autoinduite

de l'indice de réfraction".

Un moyen essentiel de la présente invention réside dans la mise en oeuvre d'une propagation soliton dans un but particulier qui permet de réaliser un verrouillage en phase des modes d'un

générateur laser.

On décrira tout d'abord brièvement en référence à la

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figure 7 l'auto-confinement soliton d'un faisceau laser dans un milieu S à non linéarité Kerr, tel que par exemple du bisulfure de

carbone (CS2).

Si l'on considère un étroit faisceau laser de longueur d'onde A, de section rectangulaire b x a telle que b > a, moduLé suivant la hauteur b par des interférences sinusoidales, on constate que ce faisceau diverge horizontalement dans l'ouverture angulaire habituelle i- = 7/a tant que sa densité de puissance reste inférieure à une valeur critique Psol (tracé 6), mais que ce faisceau engendre son propre guide d'ondes plan, vertical, qui annule exactement sa divergence horizontale lorsqu'il atteint la

puissance soliton Psol (tracé 7).

Si des moyens particuliers sont introduits dans la cavité résonnante d'un générateur laser, ce phénomène reproductible dit "effet soliton", peut contribuer à assurer un verrouillage en phase des modes de l'émission laser, tout en réalisant un filtrage de

la puissance du laser.

Ceci sera maintenant expliqué en référence à la figure 8 qui présente un exemple de dispositif permettant de mettre en

oeuvre la présente invention.

On voit ainsi sur la figure 8, un générateur laser avec un miroir de sortie 2, dont le taux de transmission peut être par exemple de 35 %, qui est traversé par un faisceau laser de sortie 8 à modes synchronisés. Un milieu actif amplificateur 3, par exemple un barreau de verre dopé au néodyme pompé par flashs, pouvant être exploité par exemple sur un diamètre de 5 mm, est interposé de façon classique entre le miroir de sortie 2 et un miroir arrière

totalement réfléchissant 1.

Conformément à l'invention, une cellule d'un milieu linéaire non dispersif 5, par exemple une cuve contenant un liquide de Kerr tel que du bisulfure de carbone est placée de telle manière que le miroir arrière 1 de la cavité résonnante soit en contact avec la cellule non-linéaire. Le miroir 1 peut ainsi constituer directement l'une des faces de la cuve contenant le

liquide de Kerr 5.

Différents éléments optiques, cLassiques en eux-mêmes, sont interposés entre le miLieu amplificateur 3 et le milieu non-Linéaire 5 pour transformer le faisceau laser principal traversant le miLieu amplificateur 3, de manière que ce faisceau, qui présente de façon usuelle une symétrie de révolution et sensiblement gaussienne, soit transformé en un faisceau de morphologie propice à la propagation soliton sur la face d'entrée

du milieu non-linéaire 5 opposée au miroir arrière 1.

A titre d'exemple, on voit sur la figure 8 un bi-prisme de Wollaston 11 qui crée une figure d'interférences et divise le

faisceau laser principal 20 en deux faisceaux secondaires 21, 22.

Une lame demi-onde 12 est placée sur l'un des faisceaux secondaires pour rendre parallèles les polarisations orthogonales créées par le prisme de Wollaston 11. Deux lentilles circulaires convergentes 13, 15 réalisent un système afocal qui forme une image réduite (par exemple d'un facteur quatre) de la figure d'interférence créée dans le bi-prisme de Wollaston 11. Une lentille cylindrique 16, dont le foyer coïncide avec le plan de la face d'entrée de la cellule 5 confine le faisceau lumineux suivant la dimension horizontale de manière à donner à la zone d'interférence la forme d'un rectangle très allongé (comme sur La figure 7). Un filtre spatial 14 placé entre les lentilles 13, 15 contribue à assurer un filtrage de la

puissance du faisceau laser.

Le fonctionnement du dispositif de la figure 8 est le suivant: A basse puissance, le faisceau soliton n'existe pas: le miroir arrière 1 reçoit une onde cylindrique divergente qui ne correspond pas à un mode de la cavité résonnante. A la puissance soliton, le miroir arrière 1 reçoit un faisceau parallèle susceptible d'allers-retours sans distorsion entre les miroirs 1 et 2 de l'oscillateur. Le-facteur de surtension de la cavité atteint donc son maximum à la puissance soliton. Si le milieu amplificateur 3 peut fournir cette puissance, l'oscillateur produit une séquence d'impulsions périodiques de puissances égales à la puissance

soliton, au facteur de transmission près du miroir de sortie 2.

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Si l'éclairement est trop faible le faisceau diverge. Si l'éclairement est supérieur à celui désiré, il y a apparition d'un processus chaotique, l'autofocalisation, qui détruit la cohérence spatiale et temporelle du rayonnement. Il existe donc une borne à la fois supérieure et inférieure à la puissance nécessaire pour engendrer la propagation autoguidée d'une structure soliton géométrique et donc à la puissance des impulsions émises par le

générateur laser.

La technique proposée consistant à introduire dans le générateur laser un dispositif à base de lentilles et de composants de polarisation afin de transformer un faisceau gaussien à symétrie de révolution en un faisceau de morphologie adéquate, ainsi qu'une cuve contenant le liquide de Kerr 5 et un des miroirs 1 de la cavité, présente l'ensemble des avantages suivants: - Le dispositif est réglé une fois pour toute et ne doit

pas nécessiter d'intervention fréquente.

- Le dispositif peut fonctionner sur une très large plage

de longueurs d'onde (visible-infrarouge proche).

- La stabilité en puissance entre impulsions successives

est améliorée du fait du principe même de fonctionnement.

La figure 10 représente un exemple de signal électrique délivré par un photodétecteur à réponse nanoseconde recevant une émission laser à modes bloqués en phase selon l'invention, Différentes combinaisons optiques classiques peuvent servir à transformer un faisceau usuel à symétrie de révolution en un faisceau de morphologie propice à la propagation soliton tel

qu'il doit se présenter à l'entrée du milieu non-linéaire 5.

Chacune de ces combinaisons peut donner lieu à une configuration

différente de cavité laser.

Une première configuration, qui correspond à l'exemple de réalisation de la figure 8 a été représentée de façon agrandie sur

la figure 11.

Selon une deuxième configuration possible, représentée sur la figure 12, les lentilles 13, 15 de la figure 11 sont remplacées par deux miroirs 113, 115 destinés à rendre convergents les faisceaux secondaires 21, 22 formés par un bi-prisme de Wollaston 111 analogue à l'élément correspondant 11 de la figure 11. La lame demi-onde 112 placée sur l'un des faisceaux secondaires 21, 22 vise à rendre parallèles les polarisations des faisceaux 21, 22. La lentille cylindrique 116 joue le même rôle que la lentille 16 de la figure 11. Une fente de filtrage 114 est placée devant le

milieu non-linéaire 5.

Dans la configuration de la figure 13, un réseau ou un hologramme 211 est placé sur le faisceau principal 20 pour former un réseau de franges d'interférences, et se substitue à l'ensemble du bi-prisme de Wollaston 11 et de la lame demi-onde 12 de la figure 11. Les éléments 213 à 216 peuvent être semblables aux

éléments 13 à 16 de la figure 11.

Dans ce qui précède, on a considéré le cas d'un milieu non linéaire homogène constitué par exemple par une cuve remplie

d'un liquide de Kerr 5.

Toutefois, un guide non-linéaire plan 50, tel que représenté sur la figure 10, peut remplacer le matériau non-linéaire homogène situé en contact avec le miroir arrière 1

dans le schéma des figures 8 ou 11 à 13.

Dans le guide 50 de la figure 10, on associe l'autoguidage soliton dans un plan (horizontal par exemple) à un guidage dans le plan perpendiculaire, par les parois (horizontales dans cet exemple) d'un guide plan d'ondes lumineuses. Ce guide optique plan est constitué de deux couches 51, 52 de diélectrique transparent de faible indice n1, qui sert de gaine, et qui enserre le milieu non-linéaire 52 (Kerr) d'indice plus élevé que n1, formant le coeur. Les dimensions caractéristiques du faisceau incident sont choisies de telle manière qu'un seul mode du guide

(mode d'ordre supérieur ou mode fondamental) soit excité.

L'indice n1 des couches 51, 53 est supérieur à l'indice no du milieu ambiant dans lequel est placé le guide 50 mais reste

dans tous les cas inférieur à l'indice variable de la couche 52.

L'utilisation d'un guide non-linéaire plan 50 est particulièrement intéressante lorsqu'il est nécessaire d'abaisser Le seuil de formation du faisceau soLiton, par exemple dans le cas o le milieu actif amplificateur 3 est pompé en continu et engendre

donc de moindres puissances.

D'une manière générale, le matériau non-linéaire utilisé pour coopérer avec le miroir arrière 1 de la cavité résonnante doit présenter une bonne transparence à la longueur d'onde d'émission, avoir un coefficient élevé de variation de l'indice de réfraction avec l'intensité et présenter un temps de réponse de l'effet Kerr inférieur à la durée réciproque de la bande d'amplification du

milieu amplificateur.

La présente invention est également applicable à des générateurs laser dutype laser à semi-conducteur. Dans ce cas, il est nécessaire d'employer un guide non-linéaire plan semblable à

celui de la figure 10.

Dans le cas d'une diode laser 30, celle-ci doit présenter une face 31 traitée anti-reflet et une lentille 314, par exemple sphéro-cylindrique est disposée entre la diode 30 et le guide plan non-linéaire 50 associé au miroir arrière 1 pour adapter le faisceau à une injection optimale dans le guide non-linéaire plan monomode transverse 50. La diode 30 présente une face clivée 32

opposée à la face 31 traitée anti-reflet.

La figure 15 représente un générateur laser dans lequel on utilise un réseau de diodes laser 130 implantées sur le même substrat et présentant une face 131 traitée anti-reflet. Un système optique 13, 14, 15 constitué d'éléments semblables aux éléments correspondants de la figure 11 réalise une simple image de la face 131 du réseau de diodes laser 130 sur la face d'entrée du guide non-linéaire 50, de manière à n'exciter qu'un mode d'ordre

supérieur.

Claims (12)

REVENDICATIONS

1. Générateur laser à modes verrouillés en phase, comprenant une cavité résonnante délimitée par un miroir réfléchissant arrière (1) et un miroir semi-réfléchissant de sortie (2) entre lesquels est placé un milieu actif amplificateur (3), caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif de verrouillage en phase des modes du générateur laser, placé entre le milieu actif amplificateur (3) et le miroir réfléchissant arrière (1) et comprenant d'une part, un milieu non-linéaire (5;50) non dispersif placé en contact avec ledit miroir arrière (1) et d'autre part, des moyens (11 à 16; 111 à 116; 211, 213 à 216; 131, 314) pour transformer un faisceau gaussien à symétrie de révulution issu du milieu amplificateur en un faisceau de morphologie adaptée à la propagation soliton dans ledit milieu non

linéaire (5; 50).

2. Générateur laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (11 à 16) de transformation d'un faisceau gaussien comprennent un dispositif interférentiel (11) de division d'amplitude du faisceau laser pour former deux ondes secondaires (21, 22), un filtre spatial (14) et un système afocal (13,15) disposés sur le trajet des deux ondes secondaires, pour former sur la face d'entrée du milieu non linéaire (5) opposée au miroir arrière (1) une image réduite de la figure d'interférences créée

dans le dispositif interférentiel (11) de division d'amplitude.

3. Générateur laser selon la revendication 2, caractérisé en ce que Les moyens de transformation d'un faisceau gaussien comprennent un biprisme de Wollaston (11), une lame demi-onde (12) disposée sur le trajet de l'une (21) des deux ondes secondaires (21,22) formées par le biprisme de Wollaston (11), une première lentille convergente (13), un filtre spatial (14) et une seconde

lentille convergente (15).

4. Générateur laser selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de transformation d'un faisceau gaussien comprennent un biprisme de Wollaston (111), une lame demi-onde (112) disposée sur Le trajet de l'une (21) des deux ondes

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secondaires (21,22) formées par le biprisme de Wollaston (111), des premier et second miroirs (113, 114) disposés sur les trajets des deux ondes secondaires (21, 22) pour rendre celles-ci convergentes et un filtre spatial (114) disposé devant le milieu non linéaire

(5).

5. Générateur laser selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de transformation d'un faisceau gaussien comprennent un dispositif interférentiel constitué par un réseau ou un hologramme (211) créant deux ondes secondaires (21, 22), une première lentille convergente (213), un filtre spatial (214) et

une seconde lentille convergente (215).

6. Générateur laser selon l'une quelconque des

revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les moyens de

transformation d'un faisceau gaussien comprennent en outre une lentille cylindrique (16;116;216) dont le foyer coïncide avec la face d'entrée du milieu non linéaire (5) pour former sur cette face

une zone d'interférence ayant la forme d'un rectangle très allongé.

7. Générateur laser selon l'une quelconque des

revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le milieu non linéaire

(5) est constitué par une cuve contenant un matériau non linéaire homogène tel que du bisulfure de carbone et présentant une face d'entrée transparente ainsi qu'une face opposée à la face d'entrée

qui est fermée par le miroir réfléchissant arrière (1).

8. Générateur laser selon l'une quelconque des

revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le milieu actif

amplificateur (3) est constitué par un barreau de verre dopé au

néodyme pompé par flashs.

9. Générateur laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que le milieu non linéaire comprend un guide plan non linéaire monomode transverse (50) constitué par deux couches (51, 53) d'un matériau diélectrique transparent de faible indice de réfraction (nl) enserrant un matériau non-linéaire (52) d'indice de réfraction plus élevé, et en ce que le miroir arrière (1) est en contact avec le guide non linéaire plan (50) et perpendiculaire aux différentes

couches (51 à 53) constituant ce guide.

10. Générateur Laser selon la revendication 9, caractérisé en ce que le milieu actif amplificateur (3) est constitué par un

milieu amplificateur laser pompé en continu.

11. Générateur laser selon la revendication 9, caractérisé en ce que le milieu actif amplificateur (3) est constitué par une diode laser semiconductrice (30) présentant une face de sortie (31) traitée anti-reflet et en ce que les moyens de transformation d'un faisceau gaussien comprennent une lentille convergente (314) interposée entre la diode laser (30) et le milieu non linéaire plan

monomode transverse (50).

12. Générateur laser selon la revendication 9, caractérisé en ce que le milieu actif amplificateur (3) comprend un réseau de diodes laser (130) implantées sur un même substrat et présentant une face de sortie (131) traitée anti-reflet, et en ce que les moyens de transformation d'un faisceau gaussien comprennent un système optique constitué d'un dispositif afocal (13, 15) et d'un filtre spatial (14) pour réaliser une simple image de la face de sortie (131) du réseau de diodes (130) sur la face d'entrée du guide non linéaire (50), de manière à n'exciter qu'un mode d'ordre

supérieur.