FR2640088A1

FR2640088A1 - Laser a l'etat solide et procede pour reduire la distorsion du faisceau

Info

Publication number: FR2640088A1
Application number: FR8912363A
Authority: FR
Inventors: Norman Russell Kuchar
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1988-12-02
Filing date: 1989-09-20
Publication date: 1990-06-08
Also published as: DE3930328A1; IT8921757A0; US4852109A; IT1232791B; GB8926911D0; GB2225669A; JPH02159779A

Abstract

L'invention concerne les lasers à l'état solide. Des rails latéraux actifs 60 placés contre les surfaces latérales 18 d'un laser à prisme réduisent la distorsion optique par la commande de la distribution de température dans la direction transversale du prisme. Chaque rail latéral peut être traversé par un passage de fluide relié à un circuit de fluide séparé 78 qui permet de commander la température du rail, et donc celle du prisme dans les régions proches du rail. Cette structure permet de compenser des gradients de température transversaux dissymétriques pour obtenir une distribution de température uniforme en direction transversale. Application aux lasers à pompage par les faces avec réflexion interne totale.

Description

La présente invention concerne les lasers à prisme à l'état solide, encore

appelés lasers à pompage par les faces avec réflexion interne totale (ou TIR-FPL), et elle porte plus particulièrement sur des lasers améliorés en ce qui concerne la puissance de sortie et la qualité du fais- ceau. Un laser à pompage par les faces avec réflexion interne totale comprend un milieu laser à l'état solide tel qu'un grenat d'yttrium- aluminium dopé au néodyme ou du verre au néodyme, se présentant sous la forme d'un prisme plat de

forme générale rectangulaire. Le prisme est soumis à un pom-

page optique par des lampes ou d'autres sources de manière que de l'énergie électromagnétique tombe sur les grandes surfaces planes du milieu laser, pour pomper les atomes dans

ce milieu en les faisant passer dans un état d'énergie mé-

tastable élevé.

Pendant le fonctionnement du laser, une quantité considérable de chaleur est produite dans le milieu laser

sous l'effet du pompage optique visant à produire une inver-

sion de population des atomes. On utilise généralement un refroidissement de surface, par exemple en faisant passer un fluide de refroidissement sur les grandes faces planes du

prisme, pour extraire de la chaleur du milieu laser. Cepen-

dant, la plupart des matériaux à l'état solide utilisés dans des lasers ont une mauvaise conductivité thermique, et le refroidissement de surface produit un gradient thermique entre la surface extérieure refroidie et la région centrale relativement chaude du prisme du laser. Ceci produit une contrainte thermique variable dans le prisme, du fait que le centre du prisme est en compression tandis que la surface relativement froide est en tension. Du fait que l'indice de

réfraction du milieu laser est fonction à la fois de la tem-

pérature et des contraintes, les lasers à l'état solide sont affectés de phénomènes de défocalisation, de biréfringence et de dépolarisation du faisceau, d'origine thermique. A

cause des gradients thermiques, les lasers à prisme présen-

tent de façon caractéristique des distorsions du front d'on-

de du faisceau laser à la fois dans la direction de la lar-

geur et dans la direction de l'épaisseur. Les distorsions

dans la direction de l'épaisseur sont acceptables à condi-

tion qu'elles soient symétriques par rapport à l'axe longi-

tudinal. Les distorsions dans la direction de la largeur qui sont produites par les gradients de température transversaux

ou dans la direction de la largeur, ne sont pas acceptables.

Ces gradients sont les plus marqués près des faces ou des surfaces latérales du prisme, et la distorsion optique est la plus prononcée dans ces régions. Si la distorsion optique variable du faisceau est suffisamment grande, il peut être

impossible de la compenser avec une seule lentille. En pra-

tique, ceci conduit à une diminution de la puissance d'émis-

sion du laser pour une qualité de faisceau donnée, la quali-

té du faisceau étant définie par le produit du diamètre du faisceau de sortie par sa divergence angulaire. Avec des prismes caractéristiques ayant un rapport de forme (largeur du prisme/épaisseur du prisme) dans la plage de 2 à 2,5, la

région de distorsion optique uniforme peut être limitée ap-

proximativement au tiers central seulement du prisme. Bien

qu'on puisse accepter une variation symétrique de la tempé-

rature du prisme sur son épaisseur (c'est-à-dire la petite dimension), la température doit être uniforme et ne doit pas varier sur l'étendue de la face ou de la surface plane principale du prisme, transversalement à la direction de

l'épaisseur du prisme.

Des tentatives visant à réduire des gradients de température dans des lasers à prisme ont fait appel à l'utilisation de rails latéraux dans le but de maîtriser le flux de chaleur transversal à travers les faces latérales du prisme. Les rails latéraux se comportent comme des iso-

lants thermiques qui s'opposent au flux de chaleur trans-

versal à travers les faces latérales, et ils contribuent à l'obtention d'une dist-ibtion de température uniforme sur

l'étendue de la surface principale du prisme. Les rails la-

téraux n'ont cependant pas donné satisfaction.

Bien que des rails latéraux puissent être de bon-

nes barrières pour la conduction thermique, ils peuvent transmettre aisément le rayonnement optique et thermique à partir des sources de pompage optique, ce qui conduit à un niveau élevé d'échauffement du prisme en position adjacente aux rails latéraux. Il en résulte que la distorsion optique

dans ces régions diffère de celle qui existe au centre du.

prisme, et ceci entraîne une diminution des performances de

puissance de sortie/qualité du faisceau.

Pour s'opposer à cet effet, on-a proposé des rails latéraux partiels, c'est-à-dire des rails latéraux

ayant une hauteur qui est inférieure à l'épaisseur du pris-

me. Ceci permet à un fluide de refroidissement de venir en contact avec les parties à nu des surfaces latérales du prisme, pour réduire l'échauffement local. Bien que de tels

rails latéraux partiels puissent procurer une certaine uni-

formité dans la distribution thermique transversale et une certaine réduction de la distorsion optique dans le prisme, il est difficile de déterminer la taille du rail latéral qui est bien adaptée au laser, et on doit souvent procéder par approximations successives pour trouver la hauteur du

rail latéral. Le rail latéral doit également être spéciale-

ment adapté à chaque laser. En outre, du fait que les gra-

dients de température dans le prisme du laser sont fonction

de nombreuses variables différentes, un rail latéral par-

tiel donné peut n'être efficace que sur une plage limitée de puissance d'entrée optique et de débits du fluide de refroidissement. Il existe un besoin portant sur un meilleur moyen pour maltriser les gradients de température transversaux

dans des lasers à prisme de type TIR-FPL, qui puissent ac-

cepter une variation latérale dans l'environnement thermique

etlesconditions de fonctionnement, et qui puissent être ré-

glés ou ajustés pendant le fonctionnement, pour être adaptés à un ensemble de conditions particulier, afin de procurer

les performances optimales pour l'émission laser. L'inven-

tion vise à atteindre ces buts.

L'invention procure un procédé pour réduire la distorsion dans un laser à l'état solide et un dispositif laser qui satisfont le besoin précédent et qui évitent les

inconvévients de procédés et de dispositifs connus, en per-

mettant la commande, pendant le fonctionnement, de gradients de température transversaux dans un laser à prisme. Ceci

est accompli d'une manière qui permet le réglage et la com-

mande, pendant le fonctionnement, du flux d'énergie thermi-

que qui traverse les surfaces latérales du prisme. Ceci permet de commander la température du prisme dans des zones proches des faces latérales, ce qui permet à son tour la compensation de variations de la distribution thermique

transversale sur la largeur du prisme, de façon que la dis-

tribution thermique puisse être maintenue uniforme et que le prisme puisse être réglé pour l'obtention de performances

d'émission optimales.

De façon générale, l'invention procure un procédé de réduction de la distorsion dans un laser à prisme à l'état solide du type comprenant un prisme de matériau laser

ayant une paire de faces optiques principales disposées pa-

rallèlement l'une à l'autre et à un axe longitudinal du prisme, et ayant des première et seconde surfaces latérales qui sont disposées perpendiculairement aux faces optiques principales, sur les côtés de ces dernières. L'une au moins

des faces optiques principales reçoit de l'énergie électro-

magnétique pour exciter des atomes dans le matériau laser de façon à les amener dans un état énergétique élevé, et un rail latéral est placé sur chaque surface latérale. On com-

mande la température de chaque rail latéral de façon à com--

mander le flux d'énergie thermique traversant chaque surface latérale, ainsi que la température du prisme à proximité de

chaque surface latérale.

Selon un autre aspect, l'invention procure un la-

ser comprenant un prisme de matériau laser ayant une paire

de faces optiques principales opposées, disposées parallè-

lement l'une à l'autre et à un axe longitudinal du prisme, et ayant des première et seconde surfaces latérales opposées qui sont disposées perpendiculairement aux faces, sur les côtés de celles-ci. Des moyens sont prévus pour projeter de l'énergie électromagnétique sur l'une au moins des faces, afin d'exciter des atomes dans le prisme pour les amener dans un état énergétique élevé, et des premier et second

éléments de transfert de chaleur sont respectivement dispo-

sés sur les première et seconde surfaces latérales, pour commander indépendamment la température au niveau de chaque

surface latérale, afin d'obtenir une distribution de tempé-

rature uniforme sur le prisme, dans une direction transver-

sale par rapport à l'axe longitudinal.

Selon un autre aspect, un rail latéral peut être disposé sur chaque surface latérale du prisme, et des moyens destinés à commander la température de chaque rail latéral peuvent être incorporés dans le but de commander le flux d'énergie thermique à travers la surface latérale associée, ainsi que la température du prisme à proximité de cette surface. Les rails latéraux de l'invention sont actifs au sens c onpeut commander de façon active la température de chaque rail latéral, indépendamment de l'autre rail latéral, de façon que le rail latéral.puisse être chauffé ou refroidi

d'une manière commandée, pour faire varier ainsi la tempéra-

ture du prisme dans la région adjacente au rail latéral. Du fait qu'on peut commander indépendamment la température de chaque rail latéral, les rails latéraux peuvent compenser

aisément un gradient de température transversal dissymétri-

que dans le prisme. Il est préférable que chaque rail laté-

ral actif couvre la totalité de la surface latérale du pris-

me et soit formé par un matériau qui est optiquement opaque

ou fortement réfléchissant, de façon à empêcher que l'éner-

gie optique provenant des lampes de pompage ne tombe sur les

surfaces latérales du prisme.

La suite de la description se réfère aux dessins

annexés qui représentent respectivement: Figure 1: une vue de côté schématique d'un laser

à l'état solide à prisme du type avec lequel on peut em-

ployer l'invention, la figure illustrant une distribution de température symétrique sur l'épaisseur du prisme; Figure 2: une vue de dessus schématique du prisme de la figure 1, illustrant une distribution de température transversale uniforme sur la largeur du prisme;

Figures 3A, 3B et 3C: des vues schématiques res-

pectivement de dessus, de côté et d'extrémité montrant un laser à prisme soumis à des distributions de température transversales non uniformes, et illustrant des régions du prisme qui sont défavorablement affectées par des gradients de température transversaux;

Figure 4: une vue en perspectivement, partielle-

ment schématique, montrant un laser conforme à l'invention; Figure 5: une vue en élévation latérale du laser de la figure 4; Figure 6: une vue d'extrémité partielle agrandie du laser de la figure 5, illustrant une première forme d'un rail latéral qu'on peut employer avec le laser; Figure 7: une vue d'extrémité partielle agrandie similaire à la figure 6, illustrant une autre forme de rail latéral; et

Figure 8: une vue en élévation latérale partiel-

lement schématique, qui illustre un autre mode de réalisa-

tion de l'invention. - La présente invention est spécialement adaptée pour l'utilisation avec un laser à pompage par les faces

avec réflexion interne totale (TIR-FPL) du type qui est dé-

crit dans le brevet des E.U.A. n 3 633 126 délivré à Martin

et col., auquel on pourra se référer, et la description de

l'invention sera faite dans ce contexte. On notera cependant

que ceci ne présente qu'une seule des applications de l'in-

vention.

En considérant les figures 1 et 2, on voit un la-

ser TIR-FPL à refroidissement par fluide, 10, qui comprend un prisme plat homogène 12 d'un milieu laser à l'état solide tel qu'un grenat d'yttriumaluminium dopé au néodyme (Nd: YAG), un verre au phosphosilicate dopé au néodyme, etc. Le

primse 12 peut avoir une configuration générale rectangulai-

re avec des faces supérieure et inférieure portant respecti-

vement les références 14 et 16, des faces (surfaces) latéra-

les 18 et des faces d'extrémité 20 et 22. Les faces supé-

rieure et inférieure 14 et 16, qui correspondent à la lar-

geur du prisme, constituent des faces planes principales qui sont polies avec un degré de planéité optique élevé, et qui s'étendent parallèlement l'une à l'autre et à un axe longitudinal 24 du prisme. De l'énergie électromagnétique

26, telle que de l'énergie optique émise par une ou plu-

sieurs lampes de pompage 28 et 30 disposées dans des posi-

tions adjacentes aux surfaces respectives 14 et 16, peut

tomber sur l'une au moins des surfaces 14 et 16, et de pré-

férence sur les deux. Comme il est bien connu, l'énergie optique pompe les atomes dans le prisme de matériau laser, pour les amener dans un état énergétique métastable élevé, et elle produit une inversion de population des atomes. Les surfaces latérales 18, qui correspondent à l'épaisseur du prisme, peuvent être disposées dans une orientation générale

perpendiculaire aux faces 14 et 16 et parallèle à l'axe 24.

Les faces d'extrémité 20 et 22 sont disposées parallèlement l'une à l'autre et sont orientées sous un angle prédéterminé par rapport à l'axe 24, comme le montre la figure 1, et elles sont de préférence polies de façon à présenter une

planéité de qualité optique. Un miroir totalement réfléchis-

sant 34 peut être placé en position adjacente à la face

d'extrémité 20 et orienté perpendiculairement à l'axe longi-

tudinal, et un miroir partiellement réfléchissant 36 peut être placé en position adjacente à la face d'extrémité 22, et également orienté perpendiculairement à l'axe 24, comme

le montre la figure 1.

Pendant le fonctionnement, les lampes 28 et 30 peuvent être excitées, par exemple par impulsions, pour projeter un rayonnement optique de pompage dans le prisme

de matériau laser, à travers les faces 14 et 16, afin d'ex-

citer les atomes pour les faire passer dans un état énergé-

tique métastable élevé. Un faisceau 40 de rayonnement cohé-

rent traverse le prisme dans une orientation générale lon-

gitudinale, sous l'effet de réflexions internes multiples

sur les faces optiques principales 14 et 16, comme le mon-

tre la figure 1. Le faisceau cohérent peut être réfléchi par les miroirs 34 et 36 de façon à parcourir plusieurs fois la longueur du prisme. Chaque fois que le faisceau traverse le prisme, il est amplifié, et le faisceau peut être extrait par la face d'extrémité 22, au moyen du miroir partiellement réfléchissant 36. En pratique, les lampes 28

et 30 peuvent être entourées par des réflecteurs (non re-

présentés), pour réfléchir sur les faces principales 14 et 16 l'énergie optique qui est émise par les lampes, et le

prisme peut être refroidi par un écoulement de fluide longi-

tudinal sur les faces principales (ceci n'est également pas représenté), comme décrit par exemple dans le brevet de

Martin et col. précité.

L'énergie électromagnétique qui tombe sur les fa-

ces 14 et 16 du prisme provoque une augmentation de la tem-

pérature interne du prisme. En pratique, la distribution de température dans l'ensemble du prisme ne sera pas uni- forme. Le matériau qui forme le milieu laser du prisme a de façon générale une mauvaise conductivité thermique. De plus, de l'énergie optique peut tomber sur les surfaces latérales 18 du prisme, et l'énergie qui tombe sur les faces planes principales 14 et 16 peut être non uniforme, à cause de défauts d'uniformité dans les lampes ou dans la structure des réflecteurs. Ceci provoque des gradients de température

dans le prisme, ce qui produit une contrainte thermique va-

riable et entraîne des variations dans les configurations

de distorsion optique. Bien qu'on puisse accepter une va-

riation symétrique.de la distribution de température dans le prisme, dans la direction de l'épaisseur de celui-ci

(parallèlement aux surfaces latérales 18), comme il est in-

diqué en 44 sur la figure 1, la distribution de température transversale sur la largeur du prisme (parallèlement aux surfaces optiques principales) doit être uniforme, comme il est indiqué en 46 sur la figure 2, afin que la distribution

de température à l'intérieur du prisme soit unidimension-

nelle. La distribution de température symétrique 44 et

la distribution de température uniforme 46 qui sont repré-

sentées respectivement sur les figures 1 et 2 représentent

des distributions-de température idéales. La figure 3A mon-

tre des exemples de distributions de température non uni-

formes 48 et 50 qui produisent des gradients de température transversaux nuisibles dans le prisme. Comme le montrent les figures, les effets de ces gradients de température

nuisibles ont tendance à être les plus marqués près des fa-

ces latérales 18 du prisme, et l'influence de l'environne-

ment thermique sur les surfaces latérales peut se faire

sentir sur des régions de la largeur du prisme qui s'éten-

dent vers l'intérieur à partir des surfaces, sur une dis-

tance qui peut aller jusqu'à l'épaisseur du prisme. Avec des prismes caractéristiques ayant des rapports de forme (largeur/épaisseur) dans la plage de 2 à 2,5, la région de distorsion optique uniforme correspondant à un gradient thermique nul peut être limitée à une zone centrale 52 du prisme qui correspond approximativement au tiers seulement de la largeur du prisme. Les zones restantes 54 de part et d'autres de la région centrale 52 et en position adjacente aux faces latérales 18 sont celles qui présentent le plus fort effet dû aux gradients de température nuisibles et

qui donnent la plus grande distorsion optique. Si les con-

figurations de distorsion optique sont suffisamment grandes,

il peut être impossible de les compenser par une seule len-

tille. Ceci limite effectivement la puissance de sortie du

laser pour une qualité de faisceau donnée (produit-du dia-

mètre du faisceau de sortie par sa divergence angulaire).

L'invention compense de tels gradients de tempé-

rature transversaux et elle améliore les performances de puissance de sortie et de qualité de faisceau d'un laser TIR-FPL, au moyen d'un type différent de rail latéral. On a trouvé que des rails latéraux formes par un matériau opaque, par exemple une céramique, et des rails latéraux ayant des surfaces fortement réfléchissantes, par exemple en argent, permettent de réduire le flux de transmission d'énergie optique et thermique entrant dans le prisme, et conduisent

à une distorsion optique réduite et à de meilleures perfor-

mances. Les performances ne sont cependant pas optimales.

Il a été très difficile de trouver une configuration de

rail latéral qui élargisse la zone centrale de faible dis-

torsion 52 du prisme pour la faire passer d'environ un tiers à environ deux tiers de la largeur du prisme. On a également trouvé que la configuration de distorsion optique

peut quelquefois être dissymétrique, c'est-à-dire diffé-

rente près des faces latérales opposées du prisme. On peut

attribuer cette dissymétrie à des variations de l'environ-

nement thermique sur les deux côtés, qui peuvent être dues

à des dissymétries dans l'énergie qui provient des réflec-

teurs, à des différences dans l'écoulement de fluide de re- froidissement sur les faces optiques principales du prisme, ou bien à des débits variables de fluide de refroidissement

dans le cas de rails latéraux minces pour lesquels il exis-

te un écoulement de fluide à l'extérieur des rails. Du fait

que de tels rails latéraux passifs sont inertes, leur effi-

cacité est limitée et dépend de leur aptitude à équilibrer des flux thermiques venant de l'environnement du prisme et

dirigés vers l'environnement. De plus, il n'est pas possi-

ble de régler les rails latéraux au cours du fonctionnement pour compenser des variations parasites. L'invention évite ceci en procurant une configuration de rail latéral actif,

comme on va maintenant le décrire.

La figure 4 est une vue en perspective du laser

à prisme de la figure 1, comportant une paire de rails la-

téraux actifs 60 conforme à un premier mode de réalisation de l'invention. Les figures 5 et 6 montrent l'un-des rails latéraux 60 de façon un peu plus détaillée. Sur les figures 4 à 6, les éléments du laser à prisme qui correspondent aux éléments représentés et décrits précédemment sont désignés par les mêmes références numériques. Comme on le décrira sous peu de façon plus détaillée, les rails latéraux de

l'invention comprennent des moyens qui permettent de four-

nir de la chaleur au rail latéral ou d'extraire de la cha-

leur de celui-ci, de façon qu'on puisse commander la tempé-

rature du rail latéral, et donc le transfert de chaleur

entre les rails latéraux et le prisme.

Comme le montrent les figures 4 à 6, chaque rail latéral 60 peut comprendre une pièce allongée disposée sur la face latérale 18 associée du prisme, et de préférence fixée sur cette face. Le rail latéral s'étend de préférence 264o0088 sur la majeure partie de la surface de la face latérale, et il a une hauteur qui correspond à l'épaisseur du prisme, et une longueur qui est de préférence au moins aussi grande

que la longueur du prisme qui est soumise au pompage opti-

que, c'est-à-dire supérieure à la longueur des lampes 28 et

, représentées sur la figure 1. La largeur du rail laté-

ral (parallèlement aux faces optiques planes principales du prisme) n'est pas critique, mais on prévoit que la largeur du rail latéral sera normalement approximativement égale à l'épaisseur du prisme. (Sur les figures 4 et 6, la largeur qui est représentée pour les rails latéraux 60 est un peu inférieure à l'épaisseur du prisme.) Les rails latéraux peuvent être formés par une céramique opaque se prêtant à l'usinage, comme de l'alumine

ou la céramique Macor, ou par un matériau fortement réflé-

chissant tel que l'argent. De tels matériaux ne transmet-

tent qu'une faible partie de l'énergie optique qui tombe sur leurs surfaces, et ils empêchent donc que l'énergie

optique provenant des lampes ne tombe sur les surfaces la-

térales du prisme. Ceci évite que l'énergie optique n'af-

fecte la température du prisme à proximité de ces faces

latérales. Dans la forme qui est représentée sur les figu-

res 4 à 6, le rail latéral 60 peut comporter un passage 62 qui s'étend longitudinalement sur toute la longueur du

rail latéral, parallèlement à son axe longitudinal. Le pas-

sage peut se trouver sur l'axe du rail latéral, et ce der-

nier peut comporter des éléments tubulaires 64 qui s'éten-

dent en direction longitudinale à partir des extrémités des

rails latéraux, pour être reliés à un conduit 66 correspon-

dant. On peut former le rail latéral en réunissant ensemble

deux pièces (comme les pièces 70 et 72 qui sont représen-

tées sur la figure 6), avec une rainure usinée dans une pièce ou dans les deux de façon à former le passage. Le passage peut également être foré dans une pièce en un seul bloc, ou bien le rail latéral peut être extrudé à la forme appropriée, en fonction du matériau qui le constitue. Les

rails latéraux peuvent être collés sur les surfaces latéra-

les du prisme au moyen d'un adhésif organique, tel que le RTV ou autre. Il est préférable que le collage soit continu sur toute l'étendue sur laquelle la surface latérale et le rail sont contigus, avec l'épaisseur de lradhésif maintenue

faible mais uniforme sur toute cette longueur.

Comme le montre la figuré 4, les conduits 66 de chaque rail latéral 60 peuvent être reliés à un circuit de fluide 78 correspondant, comprenant par exemple une vanne

, une pompe 82 et un échangeur de chaleur 84 (tous repré-

sentés schématiquement sur la figure). Chaque rail latéral

est relié à un circuit de fluide 78 séparé, comme représen-

té. Les circuits de fluide permettent de faire circuler un fluide, qui peut être un liquide ou un gaz, dans le passage

62 de chaque rail latéral, de façon à commander la tempéra-

ture du rail latéral. Ceci permet de commander le flux d'énergie thermique traversant chaque surface latérale 18 du prisme, et permet de fournir de la chaleur au prisme ou d'extraire de la chaleur à partir du prisme, de façon à permettre de commander la température du prisme à proximité de chaque surface latérale. La température du fluide qui circule dans chaque rail latéral, et donc la température du rail latéral, peut être commandée de façon précise par le circuit 78, par exemple par la commande du débit du fluide qui traverse le passage, au moyen de la vanne 80 ou de la

pompe 82, ou des deux, et/ou par la commande de la tempé-

rature du fluide à l'entrée du rail latéral, au moyen de l'échangeur de chaleur 84. On peut déterminer le taux de transfert de chaleur entre le fluide et le rail latéral par les équations bien connues du transfert de chaleur par convection forcée, et il dépend du débit de fluide, de la différence entre la température d'entrée du fluide et la température du rail latéral, et des propriétés physiques

du fluide et du rail latéral.

Le rail latéral actif de l'invention remplit donc la fonction d'un échangeur de chaleur par rapport au prisme, et de la chaleur peut être transférée entre le rail latéral et les surfaces adjacentes du prisme, d'une manière précise et commandée, en commandant le taux de transfert de chaleur

entre le fluide et le rail latéral. La commande de la tem-

pérature du rail latéral permet de commander la température du prisme en position adjacente au rail latéral. Ceci permet alors de commander la distribution de température sur la largeur du prisme. Ce mode de réalisation de l'invention permet d'augmenter ou de diminuer la température du prisme,

en fonction de la température du fluide.

Du fait que chaque rail latéral est relié à un

circuit de fluide 78 séparé, on peut avantageusement com-

mander indépendamment la température des deux rails latéraux

situés sur des côtés opposés du prisme, ainsi que le trans- fêrt de chaleur entre chaque rail latéral et sa face asso-

ciée. Ceci permet de compenser des distributions de tempé-

rature dissymétriques dans le prisme, et permet de commander les performances du laser, pendant le fonctionnement, de façon à optimiser ces performances. On peut effectuer des réglages finals pendant le fonctionnement, en mesurant la distorsion optique de l'émission du laser et en réglant la

température de chaque rail latéral, par exemple par le ré-

glage du débit, jusqu'à ce que la distorsion soit uniforme

sur une grande partie transversale du prisme. On peut appré-

* cier que la configuration qui est représentée sur la figure

4 permet une commande relativement précise de la distribu-

tion de température dans le prisme, au cours du fonctionne-

ment.

La figure 7 représente une autre forme d'un rail latéral 90 conforme à l'invention, dans laquelle le passage

92 qui traverse le rail latéral peut avoir une forme rec-

tangulaire, comme représenté, et peut constituer la plus grande partie des dimensions du rail latéral. On peut par exemple former le rail latéral en fixant ensemble une paire de profilés à section en U. Du fait de sa grande taille, le passage 92 procure un débit plus élevé et un plus grand transfert de chaleur entre le fluide et le rail latéral, ainsi qu'une distribution de température plus uniforme sur la surface latérale 18 du prisme, en comparaison avec le

passage 62 du rail 60. Le rail latéral peut évidemment pren-

dre d'autres formes, et peut par exemple comprendre un en-

semble de passages individuels traversant le rail.

La figure 8 représente un autre mode de réalisa-

tion du laser à prisme conforme à l'invention, dans lequel

un rail latéral actif 94 qui est appliqué sur les faces la-

térales 18 du prisme 12, comprend un élément chauffant électrique à résistance 96, qui est connecté à une source de courant électrique 98. En réglant l'intensité du courant dans l'élément chauffant, on peut augmenter d'une manière commandée la quantité de chaleur qui est transférée vers le rail latéral et la température de ce dernier. Lorsqu'on utilise ce- mode de réalisation, on peut seulement chauffer le rail latéral et le prisme. Ce mode de réalisation serait utile pour compenser une distribution de température telle

que celle qui est indiquée en 48 sur la figure 3A, pour la-

quelle on désire augmenter la température du prisme à pro-

ximité de chaque surface latérale de ce dernier. Ici encore, chaque rail latéral 94 sur les faces opposées du prisme est de préférence connecté à un circuit électrique séparé pour permettre de commander indépendamment les températures des rails latéraux, afin de réduire des dissymétries dans la

variation de température transversale du prisme.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé pour réduire la distorsion dans un laser à l'état solide (10), du type comprenant un prisme (12) d'un matériau produisant un effet laser, qui comporte une paire de faces optiques principales (14, 16) orientées parallèlement l'une à l'autre et à un axe longitudinal du prisme (12), l'une au moins de ces faces recevant de l'énergie électromagnétique pour exciter des atomes dans le matériau laser de façon à les faire passer dans un état

énergétique élevé, et des première et seconde surfaces la-

térales (18) orientées perpendiculairement aux faces (14,

16), avec un rail latéral (60, 90, 94) contre chaque sur-

face latérale (18), caractérisé en ce qu'on commande la température de chaque rail latéral (60, 90, 94) dans le but de commander un flux d'énergie thermique qui traverse

chacune des surfaces latérales (18), ainsi que la tempéra-

ture du prisme (12) à proximité de chaque surface latérale (18).

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on commande indépendamment la température de

chaque rail latéral (60, 90, 94) pour produire une distri-

bution de température uniforme dans le prisme (12).

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque rail latéral (60, 90) comporte un passage

(62, 92), et la commande de température comprend l'opéra-

tion qui consiste à faire circuler un fluide dans le passa-

ge (62, 92), pour faire varier la température du rail laté-

ral (60, 90).

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la commande de température comprend la commande d'un débit et d'une température d'entrée du fluide, dans le but de commander le transfert de chaleur entre le fluide

et le rail latéral (60, 90).

5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque rail latéral (94) comporte un élément chauffant électrique (96), et en ce que l'opération de commande comprend la commande de l'alimentation en courant

électrique de l'élément chauffant électrique (96).

6. Laser comprenant un prisme (12) d'un matériau donnant liau à un effet laser, qui présente une paire de faces optiques principales opposées (14, 16) qui sont

orientées parallèlement l'une à l'autre et à un axe longi-

tudinal du prisme (12), et des première et seconde surfaces latérales opposées (18), orientées perpendiculairement aux faces (14, 16), sur les côtés de ces dernières; et des moyens (28, 30) pour projeter de l'énergie électromagnétique sur l'une au moins des faces (14, 16) afin d'exciter des atomes dans le prisme (12); caractérisé en ce qu'il comprend des premier et second éléments de transfert de chaleur (60, 90, 94) qui sont respectivement disposées sur les première

et seconde surfaces latérales (18), pour commander indépen-

damment la température de chaque surface latérale (18), afin d'obtenir une distribution de température uniforme dans le prisme (12), dans une direction transversale par rapport

à l'axe longitudinal.

7. Laser selon la revendication 6, caractérisé en ce que les éléments de transfert de chaleur comprennent des premier et second rails latéraux (60, 90, 94) qui sont respectivement fixés sur les première et seconde surfaces

latérales (18), et des moyens (80, 82, 84, 96) pour com-

mander la température de chaque rail latéral.

8. Laser selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de commande de température comprennent des moyens (80, 82) pour commander le débit d'un fluide qui traverse un passage (62, 92) dans chaque rail latéral (60, ), et des moyens (84) pour commander la température du fluide qui entre dans le passage (62, 92), afin de commander

le flux d'énergie thermique à travers chaque surface laté-

rale (18).

9. Laser selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de commande de température comprennent un élément chauffant électrique (96) à l'intérieur du rail latéral (94), et des moyens (98) pour commander le courant électrique qui est appliqué à l'élément chauffant électrique

(96).

10. Laser selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il consiste en un laser à pompage par les faces avec réflexion interne totale, et en ce que le prisme (12) a une

forme générale rectangulaire.

11. Laser comprenant un prisme (12) d'un matériau donnant lieu à un effet laser, qui présente une paire de faces optiques principales opposées (14, 16) qui sont

orientées parallèlement l'une à l'autre et à un axe longi-

tudinal du prisme (12), et des première et seconde surfaces

latérales opposées (18) qui sont orientées perpendiculaire-

ment aux faces (14, 16), sur les côtés de ces dernières; un rail latéral (60, 90, 94) placé sur chaque surface latérale (18); des moyens (28, 30) pour projeter un rayonnement électromagnétique sur l'une au moins des faces (14, 16) du

prisme-(12), pour exciter des atomes dans le prisme de fa-

çon à les faire passer dans un état énegétique élevé; ca-

ractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour commander la température de chaque rail latéral (60, 90, 94) afin de

commander le flux d'énergie thermique traversant une surfa-

ce latérale correspondante (18) sur laquelle est placé le rail latéral, et pour commander la température du prisme

(12) à proximité de cette surface latérale.

12. Laser selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent des moyens

(80, 82, 84, 98) pour commander indépendamment la tempéra-

ture de chaque rail latéral (60, 90, 94) afin de compenser une variation de température dissymétrique transversalement

à l'axe longitudinal.

13. Laser selon la revendication 11, caractérisé en ce que chaque rail latéral (60, 90) est traversé par un passage (62, 92), et les moyens de commande de température comprennent des moyens (80, 82) destinés à faire circuler un fluide dans le passage (62, 92), et des moyens (84) pour commander le débit et la température du fluide afin de commander le transfert de chaleur entre le fluide et le

rail latéral (60, 90).

14. Laser selon la revendication 13, caractérisé en ce que chaque rail latéral comprend une paire de pièces (70, 72), présentant chacune une rainure (64), qui sont réunies ensemble pour former le passage (62) traversant le

rail.-

15. Laser selon la revendication 11, caractérisé en ce que chaque rail latéral (94) comporte un élément chauffant électrique (96), et les moyens de commande de température comprennent des moyens (98) qui sont destines

à commander le courant électrique qui est fourni à ltélé-

ment chauffant (96).

16. Laser selon la revendication 11, caractérisé

en ce que les rails latéraux (60, 90, 94) ont une dimen-

sion parallèle aux surfaces latérales (18) qui correspond à la dimension des surfaces latérales, et ont une longueur parallèle à l'axe longitudinal qui est supérieure à la

longueur sur laquelle l'énergie électromagnétique est ap-

pliquée à la face (14, 16) du prisme.

17. Laser selon la revendication 11, caractérisé en ce que les rails latéraux (60, 90, 94) sont formés par un autre matériau qui arrête l'énergie optique susceptible

d'atteindre les surfaces latérales (18).

18. Laser selon la revendication 17, caractérisé

en ce que l'autre matériau consiste en une céramique opa-

que.

19. Laser selon la revendication 17, caractérisé

en ce que l'autre matériau est réfléchissant.