FR2663793A1

FR2663793A1 - Laser beam generator

Info

Publication number: FR2663793A1
Application number: FR9007700A
Authority: FR
Inventors: Najnudel Jacques
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-06-20
Filing date: 1990-06-20
Publication date: 1991-12-27

Abstract

Laser beam generator with instantaneously adjustable power. According to the invention, the active element (13) of the generator is combined with an optical system comprising a spherical mirror (16) and a lens (17), and the latter can be moved in order to compensate for the thermally caused perturbation introduced into the optical system by the active element (13).

Description

GENERATEUR DE FAISCEAU LASER
L'invention se rapporte à un générateur de faisceau laser et concerne plus particulièrement un agencement permettant d'éliminer les inconvénients de fonctionnement résultant de l'échauffement progressif de l'élément actif. L'invention permet notamment de faire varier très rapidement la puissance d'émission d'un tel générateur.LASER BEAM GENERATOR
The invention relates to a laser beam generator and more particularly relates to an arrangement for eliminating the operating disadvantages resulting from the progressive heating of the active element. The invention makes it possible in particular to vary very rapidly the transmission power of such a generator.

Un générateur de faisceau laser se compose, dans de nombreux cas, d'une enveloppe ou cavité renfermant : une source lumineuse d'excitation, un élément actif exposé au rayonnement de cette source (par exemple, un élément cristallin) et émettant en réponse un rayonnement laser, et un système optique pour diriger un faisceau laser à l'extérieur de la cavité, suivant un axe optique prédéterminé. In many cases, a laser beam generator consists of an envelope or cavity containing: an excitation light source, an active element exposed to the radiation of this source (for example, a crystalline element) and emitting in response a laser radiation, and an optical system for directing a laser beam outside the cavity, along a predetermined optical axis.

Il est très difficile de faire varier la puissance démission d'un tel dispositif parce que l'élément actif se comporte comme une lentille à focale variable au fur et à mesure qu'il s'échauffe par suite de son exposition au rayonnement de la source lumineuse d'excitation. En effet, l'élément actif ne peut être refroidi qu'extérieurement et le gradient de température qui se crée à l'intérieur de celui-ci, engendre une variation d'indice de réfraction entre le centre et la périphérie, d'où sa transformation en une sorte de lentille dont la puissance varie en fonction de l'énergie reçue. Ainsi, on peut considérer que cette lentille possède une distance focale variant en fonction du gradient de température et donc en fonction de l'énergie reçue par l'élément actif.Cette distance focale reste grande, évoluant par exemple entre l'infini optique, lorsque l'élément actif est froid et 400 à 500 millimètres, lorsqu'il a atteint une température de fonctionnement stable. It is very difficult to vary the power output of such a device because the active element behaves like a lens with variable focus as it heats up as a result of exposure to radiation from the source bright of excitement. Indeed, the active element can be cooled only externally and the temperature gradient which is created inside thereof, causes a variation in refractive index between the center and the periphery, hence its transformation into a kind of lens whose power varies according to the energy received. Thus, it can be considered that this lens has a focal length varying as a function of the temperature gradient and therefore as a function of the energy received by the active element. This focal distance remains large, evolving for example between the optical infinity, when the active element is cold and 400 to 500 millimeters when it has reached a stable operating temperature.

Cette "lentille" d'origine thermique introduit donc une perturbation dans le système optique, qui varie avec l'énergie reçue par l'élément actif. This "lens" of thermal origin therefore introduces a disturbance in the optical system, which varies with the energy received by the active element.

Si le générateur de faisceau laser fonctionne à énergie constante, ladite perturbation se stabilise et il est possible d'en maitriser les effets au réglage. I1 est néanmoins nécessaire d'attendre qu'un équilibre thermique s'établisse dans l'élément actif avant de pouvoir exploiter efficacement le système. Cette "constante thermique" est très contraignante dans la pratique car elle implique un temps de mise en service relativement long. If the laser beam generator operates at constant energy, said disturbance is stabilized and it is possible to control the effects at the adjustment. Nevertheless, it is necessary to wait until a thermal equilibrium is established in the active element before the system can be exploited effectively. This "thermal constant" is very restrictive in practice because it involves a relatively long commissioning time.

Les générateurs de faisceau laser fonctionnant à énergie variable et ajustable sont d'un maniement difficile et se caractérisent par un mauvais rendement. En effet, le système optique présente une certaine tolérance par rapport à la perturbation représentée par la "lentille" thermique de l'élément actif et il est généralement admis que le rendement qu'on peut obtenir diminue si on veut disposer d'une plus grande plage de variation d'énergie. Inversement, pour un générateur laser de grand rendement, il est très difficile, voire impossible, d'obtenir une régulation de la puissance du laser en agissant sur la puissance d'alimentation de la source lumineuse d'excitation.Pour disposer d'un faisceau laser de puissance ajustable, on est donc souvent amené à utiliser des moyens d'atténuation placés en aval de la cavité, ces moyens sont des dispositifs onéreux et d'utilisation délicate. The laser beam generators operating with variable and adjustable energy are difficult to handle and are characterized by poor performance. Indeed, the optical system has a certain tolerance with respect to the perturbation represented by the thermal "lens" of the active element and it is generally accepted that the yield that can be obtained decreases if one wants to have a larger range of energy variation. Conversely, for a laser generator of high efficiency, it is very difficult, if not impossible, to obtain a regulation of the laser power by acting on the power supply of the excitation light source. To have a beam adjustable laser power, it is therefore often brought to use attenuation means placed downstream of the cavity, these means are expensive devices and delicate use.

L'invention propose en premier lieu un générateur de faisceau laser à puissance facilement et immédiatement ajustable, présentant un bon rendement et pouvant être mis en oeuvre sans qu'il soit nécessaire d'attendre une quelconque stabilisation thermique. The invention proposes first and foremost a laser beam generator with easy and immediately adjustable power, having a good efficiency and being able to be implemented without it being necessary to wait for any thermal stabilization.

Dans cet esprit, l'invention concerne donc un générateur de faisceau laser du type comportant, dans une cavité, au moins une source lumineuse d'excitation disposée en regard d'un élément actif lui même intercalé entre deux miroirs d'un système optique, l'un de ces miroirs étant un miroir de sortie du type semi-réfléchissant susceptible d'être traversé par un faisceau laser, caractérisé en ce que ledit système optique comprend, de l'autre côté dudit miroir de sortie par rapport à l'élément actif, un miroir sphérique et une lentille et en ce que des moyens de déplacement commandés sont prévus pour déplacer ladite lentille etlou ledit miroir sphérique le long d'un axe prédéterminé. In this spirit, the invention therefore relates to a laser beam generator of the type comprising, in a cavity, at least one excitation light source disposed facing an active element itself interposed between two mirrors of an optical system, one of these mirrors being an output mirror of the semi-reflective type capable of being traversed by a laser beam, characterized in that said optical system comprises, on the other side of said output mirror with respect to the element active, a spherical mirror and a lens and in that controlled displacement means are provided for moving said lens and / or said spherical mirror along a predetermined axis.

En effet, l'ensemble du miroir sphérique et de la lentille peut être assimilé à un miroir plan si on maintient la lentille à une distance convenable du miroir et la condition nécessaire au bon fonctionnement est que le faisceau soit renvoyé sur lui-même, grâce à ce miroir plan fictif. Indeed, the whole of the spherical mirror and the lens can be likened to a plane mirror if the lens is maintained at a suitable distance from the mirror and the condition necessary for the proper functioning is that the beam is returned to itself, thanks to this fictional plane mirror.

De préférence, les moyens de déplacement commandés précités sont agencés en une boucle de régulation ou d'asservissement de position dont le signal d'erreur est représentatif de la perturbation optique d'origine thermique introduite dans le système optique par ledit élément actif. Différents moyens de régulation ou d'asservissement susceptibles de donner satisfaction seront décrits plus loin.Preferably, the aforementioned controlled displacement means are arranged in a regulation loop or position control whose error signal is representative of the optical disturbance of thermal origin introduced into the optical system by said active element. Various regulating or servocontrol means likely to give satisfaction will be described later.

L'agencement décrit jusqu'à présent est suffisant dès lors que la perturbation thermique appliquée à l'élément actif présente une certaine symétrie par rapport à l'axe optique défini ci-dessus. Tel est notamment le cas, lorsque la source d'excitation "entoure" l'élément actif, en étant par exemple divisée en au moins deux lampes disposées symétriquement par rapport à l'axe optique, de part et d'autre de l'élément actif. Dans ce cas, en effet, on peut considérer que la perturbation ne se traduit que par une variation de distance focale. Ceci n'est valable que si les deux lampes fournissent à tout moment la même énergie. Cependant, au cours de la durée de vie du générateur, il apparait un déséquilibre de fonctionnement de plus en plus prononcé entre ces lampes.Ceci se traduit par une déviation du faisceau vis à vis de l'axe optique en question. Ce phénomène est présent dès l'origine si la source d'excitation ne présente pas, par construction, de symétrie par rapport à l'axe optique. C'est notamment le cas lorsque la source d'excitation lumineuse ne comporte qu'une seule lampe, ce qui est par ailleurs souhaitable tant pour des raisons de simplicité de construction que pour éviter tout problème de déséquilibre ou dé réglage progressif, au fur et à mesure du vieillissement. The arrangement described so far is sufficient since the thermal disturbance applied to the active element has a certain symmetry with respect to the optical axis defined above. This is particularly the case when the excitation source "surrounds" the active element, for example by being divided into at least two lamps arranged symmetrically with respect to the optical axis, on either side of the element. active. In this case, indeed, it can be considered that the disturbance is only reflected by a variation in focal length. This is only valid if both lamps provide the same energy at all times. However, during the lifetime of the generator, it appears an increasingly pronounced operating imbalance between these lamps. This results in a deviation of the beam vis-à-vis the optical axis in question. This phenomenon is present from the outset if the excitation source does not have, by construction, symmetry with respect to the optical axis. This is particularly the case when the light excitation source has only one lamp, which is also desirable both for reasons of simplicity of construction that to avoid any problem of imbalance or progressive adjustment, as and when as you age.

L'invention permet aussi de résoudre ce problème supplémentaire, avec une grande simplicité de moyens. Dans cet esprit, l'invention concerne donc aussi un générateur de faisceau laser selon la définition qui précède, du type dans lequel ladite source lumineuse d'excitation présente une dissymétrie par rapport audit axe optique, caractérisé en ce que, ladite boucle d'asservissement de position étant affectée au déplacement de ladite lentille, cette dernière est inclinée d'un angle prédéterminé par rapport au dit axe optique et en ce que les moyens de déplacement de ladite lentille sont agencés pour la déplacer suivant son axe. The invention also solves this additional problem, with great simplicity of means. With this in mind, the invention therefore also relates to a laser beam generator according to the above definition, of the type in which said excitation light source has an asymmetry with respect to said optical axis, characterized in that, said servocontrol loop position being assigned to the displacement of said lens, the latter is inclined at a predetermined angle with respect to said optical axis and in that the displacement means of said lens are arranged to move it along its axis.

En effet, dans le contexte défini ci-dessus, la condition nécessaire au bon fonctionnement est que le faisceau soit encore renvoyé sur lui-même après réflexion sur le miroir sphérique. On a trouvé qu'une simple inclinaison prédéterminée de la lentille était suffisante pour obtenir le résultat en toute circonstance car, dans ces conditions, le déplacement de la lentille inclinée, compense la déviation du faisceau par l'élément actif aussi bien que l'effet de lentille décrit ci-dessus, provoqué par ce même élément actif. Indeed, in the context defined above, the necessary condition for proper operation is that the beam is still returned to itself after reflection on the spherical mirror. It has been found that a single predetermined inclination of the lens is sufficient to obtain the result under any circumstance because, under these conditions, the displacement of the inclined lens compensates for the deflection of the beam by the active element as well as the effect lens described above, caused by this same active element.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaitront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre de plusieurs générateurs de faisceau laser conformes à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels :
- la figure 1 est un schéma de générateur de faisceau laser conforme à l'invention
- la figure 2 est un schéma électrique illustrant une partie d'un mode de réalisation possible de la boucle d'asservissement de position de la lentille
- la figure 3 est un autre schéma illustrant un autre mode de réalisation possible de la boucle d'asservissement de position de la lentille
- la figure 4 est un schéma analogue à la figure 1, illustrant un autre générateur de faisceau laser.The invention will be better understood and other advantages thereof will emerge more clearly in the light of the following description of several laser beam generators in accordance with its principle, given solely by way of example and with reference to FIGS. non-limiting drawings in which:
FIG. 1 is a diagram of a laser beam generator according to the invention
FIG. 2 is an electrical diagram illustrating a part of a possible embodiment of the position servo-control loop of the lens
FIG. 3 is another diagram illustrating another possible embodiment of the position servo-control loop of the lens
FIG. 4 is a diagram similar to FIG. 1, illustrating another laser beam generator.

Le générateur de faisceau laser illustré à la figure 1 comporte une cavité 11 qui renferme principalement un élément actif 13, ici à cristal, deux sources lumineuses d'excitation 14a, 14b, disposées de part et d'autre de l'élément actif, un miroir de sortie 15 plan, du type semi-réfléchissant, un miroir sphérique 16, et une lentille 17. The laser beam generator illustrated in FIG. 1 comprises a cavity 11 which mainly contains an active element 13, in this case a crystal, two excitation light sources 14a, 14b, arranged on either side of the active element, a plane exit mirror, semi-reflective type, spherical mirror 16, and lens 17.

Les miroirs 15 et 16 et la lentille 17 font partie d'un système optique (associé à l'élément actif 13) pour lequel on peut définir un axe optique 20 suivant lequel le faisceau laser de sortie est émis. Cet axe optique passe par le centre O du miroir sphérique 16 et par celui de la lentille 17. Un orifice 22 est ménagé dans la paroi de la cavité 11, il est centré sur l'axe optique 20, pour permettre la sortie du faisceau laser. Le miroir sphérique 16 et la lentille 17 du système optique sont spécifiques de l'invention ainsi que des moyens de déplacements commandés 25, pour déplacer la lentille 17 le long de l'axe optique 20. Comme mentionné précédemment, on pourrait aussi jouer sur la position du miroir, voire sur la position du miroir et de la lentille. The mirrors 15 and 16 and the lens 17 are part of an optical system (associated with the active element 13) for which it is possible to define an optical axis 20 along which the output laser beam is emitted. This optical axis passes through the center O of the spherical mirror 16 and that of the lens 17. An orifice 22 is formed in the wall of the cavity 11, it is centered on the optical axis 20, to allow the laser beam to exit. . The spherical mirror 16 and the lens 17 of the optical system are specific to the invention as well as controlled displacement means 25, for moving the lens 17 along the optical axis 20. As mentioned above, it would also be possible to play on the position of the mirror, or even the position of the mirror and the lens.

Dans l'exemple représenté, la lentille 17 est montée sur un coulisseau 26 mobile sur un support et susceptible de se déplacer suivant une direction parallèle à l'axe 20, sous l'action d'un moteur 28 ou moyen d'actionnement analogue. Un capteur de position 30, ici solidaire du coulisseau 26 fournit un signal électrique fl représentatif de la position de la lentille sur l'axe optique. In the example shown, the lens 17 is mounted on a slider 26 movable on a support and capable of moving in a direction parallel to the axis 20, under the action of a motor 28 or similar actuating means. A position sensor 30, here secured to the slider 26 provides an electrical signal fl representative of the position of the lens on the optical axis.

Les moyens de déplacement commandés 25 forment une boucle d'asservissement de position de la lentille 17 et le signal d'erreur e de cette boucle est représentatif d'une perturbation optique d'origine thermique introduite dans le système optique par l'élément actif 13 lorsque ce dernier est soumis au rayonnement des sources lumineuses 14a, 14b. Dans l'exemple de la figure 1, qui n'est nullement limitatif, cette boucle d'asservissement comporte un comparateur différentiel 32 recevant sur ses deux entrées respectives les signaux électriques fl et e et dont la sortie est connectée à un amplificateur - correcteur 34 pilotant le moteur 28. Par ailleurs, le signal d'erreur e est ici élaboré par un circuit électrique de simulation 36, lequel simule le comportement thermique de l'élément actif 13.Un tel circuit de simulation est décrit à la figure 2 et son signal de sortie est exploité en tant que signal d'erreur e dans la boucle d'asservissement. L'entrée E du circuit de simulation 36 est pilotée par une unité de commande 38 agencée pour faire varier, au gré de l'utilisateur, la puissance d'alimentation des deux sources lumineuses d'excitation 14a, 14b. The controlled displacement means 25 form a positioning servo loop of the lens 17 and the error signal e of this loop is representative of an optical disturbance of thermal origin introduced into the optical system by the active element 13 when the latter is subjected to the radiation of the light sources 14a, 14b. In the example of FIG. 1, which is in no way limiting, this servocontrol loop comprises a differential comparator 32 receiving on its two respective inputs the electrical signals f1 and e, the output of which is connected to an amplifier-corrector 34 driving the motor 28. Moreover, the error signal e is here produced by an electric simulation circuit 36, which simulates the thermal behavior of the active element 13. Such a simulation circuit is described in FIG. output signal is operated as error signal e in the control loop. The input E of the simulation circuit 36 is controlled by a control unit 38 arranged to vary, at the discretion of the user, the power supply of the two excitation light sources 14a, 14b.

Comme le montre la figure 2, le circuit de simulation 36 peut être constitué par un générateur de courant 40, variable en fonction du signal appliqué à l'entrée E par l'unité de commande 38 et relié à un branchement en parallèle d'un condensateur 41 et d'une résistance 42. Le condensateur représente la capacité thermique de l'élément actif 13 tandis que la résistance 42 représente sa conductibilité thermique. La tension aux bornes de ces deux composants constitue le signal d'erreur e. Le fonctionnement est le suivant. As shown in FIG. 2, the simulation circuit 36 may consist of a current generator 40, variable as a function of the signal applied to the input E by the control unit 38 and connected to a parallel connection of a capacitor 41 and a resistor 42. The capacitor represents the thermal capacity of the active element 13 while the resistor 42 represents its thermal conductivity. The voltage across these two components constitutes the error signal e. The operation is as follows.

Soit F le point de convergence du système optique. L'existence et la position de F sur l'axe optique 20, généralement au-delà du miroir de sortie, caractérise un mode de fonctionnement stable du générateur de faisceau laser. La "focale thermique de l'élément actif 13, induite par son échauffement est généralement assez grande, par exemple de l'ordre de 400 millimètres lorsque ledit élément actif est chaud. Par construction, on choisit le rayon de courbure du miroir 16, la focale de la lentille 17 et la distance entre celle-ci et le centre de l'élément actif, relativement faibles (par exemple, respectivement 50 mm, 50 mm et 100 mm) par rapport à ladite focale thermique. Les distances entre ces éléments sont déterminées pour que l'image du point F à travers l'élément actif 13 et la lentille 17 se forme en O centre du miroir sphérique 16.Dans ces conditions, l'ensemble du miroir 16 et de la lentille 17 se comporte comme un miroir plan et le faisceau laser peut se former sur l'axe optique 20. Lorsque la "focale thermique" de l'élément actif 13 varie sous l'effet de l'échauffement, la boucle d'asservissement 25 modifie la position de la lentille 17 (en diminuant la distance d entre le miroir sphérique et la lentille) pour ramener l'image du point F au centre O du miroir sphérique. Let F be the point of convergence of the optical system. The existence and position of F on the optical axis 20, generally beyond the output mirror, characterizes a stable mode of operation of the laser beam generator. The thermal focal length of the active element 13, induced by its heating, is generally quite great, for example of the order of 400 millimeters when said active element is hot, By construction, the radius of curvature of the mirror 16, the focal length of the lens 17 and the distance between the lens and the center of the active element, relatively small (for example, respectively 50 mm, 50 mm and 100 mm) with respect to said thermal focal distance. determined so that the image of the point F through the active element 13 and the lens 17 is formed in O center of the spherical mirror 16. In these conditions, the entire mirror 16 and the lens 17 behaves like a mirror plane and the laser beam can be formed on the optical axis 20. When the "thermal focal length" of the active element 13 varies under the effect of heating, the servocontrol loop 25 changes the position of the lens 17 (by decreasing the distance d between the mir spherical and lens) to bring the image of the point F to the center O of the spherical mirror.

La figure 3 illustre un autre type d'asservissement de position. Sur ce schéma, les éléments analogues à ceux de la figure 1 portent les mêmes références numériques et ne seront pas décrits à nouveau. Cependant, le miroir sphérique 16 est semi-réfléchissant et une source lumineuse auxiliaire 50, qui peut être un laser de faible puissance, est placée sur l'axe optique 20 et dirigée vers un capteur d'intensité lumineuse 52 également placé sur l'axe optique. La source lumineuse 50 et le capteur 52 sont situés de part et d'autre de l'ensemble constitué par le miroir sphérique 16, la lentille 17 et l'élément actif 13. La boucle d'asservissement de position comprend un circuit de correction à action différentielle 54 agencé entre le capteur 52 et le moteur 28 commandant le déplacement de la lentille 17.Cette boucle d'asservissement est donc agencée pour piloter les moyens de déplacement de la lentille de façon à maintenir le signal délivré par le capteur 52 à un extremum représentatif du bon positionnement de la lentille 17, compte tenu de la perturbation introduite dans le système optique par l'élément actif 13. Le faisceau utile du générateur laser est dévié de 900 par un miroir semi-réfléchissant 55 placé entre l'élément actif et le capteur 52. La source lumineuse 50 émet dans une bande chromatique différente de celle du rayonnement laser et le capteur 52 est équipé d'un filtre sélecteur correspondant. Figure 3 illustrates another type of position control. In this diagram, the elements similar to those of Figure 1 bear the same numerical references and will not be described again. However, the spherical mirror 16 is semi-reflective and an auxiliary light source 50, which may be a low power laser, is placed on the optical axis 20 and directed towards a light intensity sensor 52 also placed on the axis optical. The light source 50 and the sensor 52 are located on either side of the assembly formed by the spherical mirror 16, the lens 17 and the active element 13. The position control loop comprises a correction circuit to differential action 54 arranged between the sensor 52 and the motor 28 controlling the displacement of the lens 17.This servo loop is thus arranged to drive the lens moving means so as to maintain the signal delivered by the sensor 52 to a extremum representative of the good positioning of the lens 17, given the disturbance introduced into the optical system by the active element 13. The useful beam of the laser generator is deflected by 900 by a semi-reflecting mirror 55 placed between the active element and the sensor 52. The light source 50 emits in a chromatic band different from that of the laser radiation and the sensor 52 is equipped with a corresponding selector filter.

Un autre mode de réalisation possible de la boucle d'asservissement consiste à utiliser un moyen de mesure de la puissance de sortie du faisceau laser, la boucle d'asservissement est alors agencée pour maintenir cette puissance de sortie à un maximum pour toute puissance d'alimentation quelconque stabilisée (choisie par l'utilisateur) de la source lumineuse d'excitation. En vautres termes, l'asservissement de position de la lentille évolue pour optimiser le rendement du générateur de faisceau laser. Another possible embodiment of the servo loop consists of using a means for measuring the output power of the laser beam, the servo loop is then arranged to maintain this output power at a maximum for any power output. any stabilized power supply (selected by the user) of the excitation light source. In other words, the position control of the lens evolves to optimize the efficiency of the laser beam generator.

Le générateur de faisceau laser schématisé à la figure 4 peut fonctionner avec une boucle d'asservissement de position de la lentille conforme, entre autres, à l'une de celles qui viennent d'être décrites. The laser beam generator shown schematically in FIG. 4 can operate with a servo-control loop of the position of the lens in accordance with, among others, one of those just described.

Cette boucle n'a donc pas été représentée. Les éléments analogues à ceux de la figure 1 portent les mêmes références numériques et ne seront pas décrits à nouveau. Ce générateur se distingue de celui de la figure 1 par le fait que la source lumineuse d'excitation présente une dissymétrie par rapport à l'axe optique 20. Autrement dit, il n'y a qu'une seule source lumineuse 14 placée sur un côté de l'élément actif 13. Dans ces conditions, l'élément actif, en s'échauffant, se comporte toujours comme une lentille à focale variable en fonction de la température, mais en outre il dévie le faisceau de l'axe optique 20.This loop has not been represented. Elements similar to those of Figure 1 have the same numerical references and will not be described again. This generator differs from that of FIG. 1 in that the excitation light source has an asymmetry with respect to the optical axis 20. In other words, there is only one light source 14 placed on a In these conditions, the active element, while warming up, always behaves like a lens with variable focal length as a function of the temperature, but also deviates the beam from the optical axis 20. .

Pour remédier à cette double perturbation introduite par l'élément actif 13, la lentille est inclinée d > un angle prédéterminé par rapport à l'axe optique. Plus précisément, en considérant la figure 4, l'axe optique 45 de la lentille est incliné d'un angle a par rapport à l'axe optique 20 défini ci-dessus et les moyens de déplacement de la lentille (non représentés) sont agencés pour la déplacer, suivant la direction de son axe 45. To remedy this double disturbance introduced by the active element 13, the lens is inclined at a predetermined angle with respect to the optical axis. More specifically, considering FIG. 4, the optical axis 45 of the lens is inclined at an angle α with respect to the optical axis 20 defined above and the means for moving the lens (not shown) are arranged to move it, in the direction of its axis 45.

La position de la lentille 17 nà froid" est choisie pour que le rayon venant de l'élément actif 13 passe en son centre. C'est la position illustrée par la lentille 17 représentée en trait interrompu. Le rayon n'est donc pas dévié et passe par le centre O du miroir sphérique 16. The position of the lens 17 n "cold" is chosen so that the ray coming from the active element 13 passes in its center.It is the position illustrated by the lens 17 represented in broken line.The ray is not deviated and passes through the center O of the spherical mirror 16.

En revanche, lorsque la température de l'élément actif 13 s'élève, il se produit une déviation du faisceau d'un angle faible b par rapport à l'axe optique 20, ce qui constitue une perturbation supplémentaire du système optique, due à la dissymétrie de la source lumineuse d'excitation. On the other hand, when the temperature of the active element 13 rises, there is a beam deflection of a small angle b with respect to the optical axis 20, which constitutes an additional disturbance of the optical system due to the dissymmetry of the excitation light source.

Dans ce cas, la condition nécessaire au bon fonctionnement est que le faisceau soit encore renvoyé sur lui-même après réflexion sur le miroir 16, comme cela est illustré à la figure 4.In this case, the necessary condition for proper operation is that the beam is still returned to itself after reflection on the mirror 16, as shown in Figure 4.

Selon une caractérisque importante de l'invention, on a trouvé qu'il était possible de déterminer une valeur de l'angle a telle que le déplacement asservi de la lentille le long de l'axe 45, compense à la fois les deux perturbations introduites par l'élément actif 13, à savoir, la focale variable d'origine thermique et la déviation du faisceau. La détermination de l'angle a peut se faire de la façon suivante
- soient : - f la distance focale de la lentille 17
- A d : la valeur maximum du déplacement de la lentille 17 dans le cadre de la correction de focale décrite en référence à la figure 1. I1 s'agit donc de la valeur du déplacement correspondant à la température maximum que peut atteindre l'élément actif 13 en fonctionnement.According to an important feature of the invention, it has been found that it is possible to determine a value of the angle α such that the enslaved displacement of the lens along the axis 45 compensates for both the perturbations introduced. by the active element 13, namely, the variable focal length of thermal origin and the deflection of the beam. The determination of the angle a can be done as follows
- be: - f the focal length of the lens 17
A d: the maximum value of the displacement of the lens 17 in the context of the focal correction described with reference to FIG. 1. It is therefore the value of the displacement corresponding to the maximum temperature that the element can reach. active 13 in operation.

A partir de ces deux données, on peut, dans une phase de réglage, mesurer la valeur de l'angle bmax de déviation de faisceau qui est donc l'angle à corriger pour la température maximum de l'élément actif. From these two data, it is possible, in an adjustment phase, to measure the value of the beam deflection angle bmax, which is the angle to be corrected for the maximum temperature of the active element.

Les deux perturbations seront corrigées simultanément avec une précision suffisante si on choisit l'angle a tel que
a = bmax x f
Ad
L'angle d'inclinaison a de l'axe 45 par rapport à l'axe optique 20 étant ainsi déterminé, l'équipage mobile (non représenté sur la figue 4) qui règle le déplacement de la lentille 17 est orienté pour que ce déplacement s'opère suivant la direction de cet axe et une boucle d'asservissement de position conforme à l'une de celles qui ont été décrites plus haut, est mise en oeuvre pour assurer le déplacement de la lentille. Both disturbances will be corrected simultaneously with sufficient precision if we choose the angle a such that
a = bmax xf
ad
Since the angle of inclination α of the axis 45 with respect to the optical axis 20 is thus determined, the moving element (not shown in FIG. 4) which regulates the displacement of the lens 17 is oriented so that this displacement is performed in the direction of this axis and a position control loop conforms to one of those described above, is implemented to ensure the displacement of the lens.

Claims

1. A laser beam generator of the type comprising, in a cavity (11), at least one excitation light source arranged facing an active element (13) itself interposed between two mirrors of an optical system, one of these mirrors (15) being an output mirror of the semi-reflecting type capable of being traversed by a laser beam, characterized in that said optical system comprises, on the other side of said output mirror with respect to the an active element, a spherical mirror (16) and a lens (17) and in that controlled displacement means (25) are provided for moving said lens and / or said spherical mirror along a predetermined axis (20, 45) .

2. Laser beam generator according to claim 1, characterized in that said controlled displacement means form a position control loop whose error signal is representative of an optical disturbance of thermal origin introduced into said optical system. by said active element (13).

3. The laser beam generator according to claim 2, of the type in which said excitation light source has an asymmetry with respect to said optical axis, characterized in that, said servo-control loop being assigned to the displacement of said lens, said lens is inclined at a predetermined angle α with respect to said optical axis and in that the displacement means of said lens are arranged to move it along its axis.

4. laser beam generator according to claim 2 or 3, characterized in that said position control loop comprises an electric circuit (36) for simulating the thermal behavior of said active element and in that the output signal of this circuit simulation is used as the aforementioned error signal.

5. Laser beam generator according to one of claims 2 or 3, characterized in that, said position control loop comprises an auxiliary light source (50) and a light intensity sensor (52) placed on said axis optically on either side of the assembly constituted by said spherical mirror (16), said lens (17) and said active element (13) and in that said position control loop is arranged to control said means of displacement so as to maintain the signal delivered by said sensor at an extremum.

6. laser beam generator according to one of claims 2 or 3, characterized in that said position control loop comprises means for measuring the output power of said emitted laser beam and in that it is arranged to maintain this output power at a maximum for any stabilized power supply of said excitation light source.