FR2691588A1

FR2691588A1 - Power laser source.

Info

Publication number: FR2691588A1
Application number: FR8907078A
Authority: FR
Inventors: Pocholle Jean-Paul; Papuchon Michel
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1989-05-30
Filing date: 1989-05-30
Publication date: 1993-11-26
Anticipated expiration: 2009-05-30
Also published as: IT1239621B; IT9047972A1; IT9047972A0; GB2266406A; DE4016631A1; GB2266406B; SE9001903D0; GB9011987D0; FR2691588B1

Abstract

L'invention concerne une source laser de puissance permettant un décalage de la longueur d'onde du faisceau émis. Le dispositif de l'invention comporte un laser (1) émettant un faiceau de pompe de longueur d'onde lambdap sur une cellule à gaz sous pression (2) qui émet par effet RAMAN un faisceau de sortie à une longueur d'onde de Stokes (lambdas). Une diode (3) émet un faisceau de commande de même longueur d'onde (lambdas) que le faisceau de sortie, et colinéaire avec le faisceau de pompe ce qui permet d'obtenir un signal de sortie de puissance élevée. Applications: Lasers de puissance.The invention relates to a power laser source for shifting the wavelength of the emitted beam. The device of the invention comprises a laser (1) emitting a pump beam of wavelength lambdap on a pressurized gas cell (2) which emits by RAMAN effect an output beam at a Stokes wavelength (lambdas). A diode (3) emits a control beam of the same wavelength (lambdas) as the output beam, and collinear with the pump beam, which makes it possible to obtain a high power output signal. Applications: Power lasers.

Description

SOURCE LASER DE PUISSANCEPOWER LASER SOURCE

L'invention concerne une source laser de puissance et notamment une source laser de puissance émettant à une The invention relates to a power laser source and in particular a power laser source emitting at a

longueur d'onde non dangereuse pour l'oeil humain. wavelength not dangerous for the human eye.

Le domaine couvert par la présente invention concerne la réalisation de sources lasers de puissance travaillant dans les fenêtres spectrales 1, 06 pmn et/ou 1,54 pin, 1,396 pin, 2,355 Pi- Le choix de la longueur d'onde d'émission dans le domaine spectral situé vers 1, 5 pim est lié au fait que les risques de dommages optiques oculaires sont minimisés et, qu'à cette longueur d'onde, l'atmosphère présente une bonne fenêtre de transmission Rappelons que l'exposition maximale admissible au niveau de l'oeil humain est de 5 p J/cm 2 à 1,064 pim et passe à 1 J/cm 2 à 1,54 pim Il s'ensuit que la réalisation de sources lasers de puissance dans ce domaine spectral présente des The field covered by the present invention relates to the production of power laser sources working in the spectral windows 1, 06 pmn and / or 1.54 pin, 1.396 pin, 2.355 pm. The choice of the emission wavelength in FIG. the spectral range around 1.5 pim is related to the fact that the risks of ocular optical damage are minimized and that at this wavelength, the atmosphere has a good transmission window. the level of the human eye is from 5 p J / cm 2 to 1.064 pim and increases to 1 J / cm 2 at 1.54 pim It follows that the production of power laser sources in this spectral range has

avantages indéniables.undeniable advantages.

Cependant il n'existe pas de matériaux de matrices et de terres rares présentant des transmissions lasers However, there are no matrix and rare earth materials with laser transmissions

exploitables, hormis l'ion Erbium.exploitable, except the Erbium ion.

L'inconvénient lié à l'emploi de cette terre rare est que le fonctionnement laser est décrit par un système à trois niveaux, ce qui présente quelques inconvénients (seuil élevé, la transition laser se superpose à une bande d'absorption, The disadvantage of the use of this rare earth is that the laser operation is described by a three-level system, which has some drawbacks (high threshold, the laser transition is superimposed on an absorption band,

saturation du gain plus facile, etc). gain saturation easier, etc.).

Une autre voie consiste à réaliser par transfert Raman une telle source Dans ce cas, on utilise un laser Nd: YAG (laser YAG dopé Néodyme) qui vient pomper une cellule dans laquelle se trouve un gaz qui présente un décalage en fréquence Raman autorisant le transfert de l'onde de pompe située à 1, 064 pim vers 1, 54 pim Un tel gaz peut être du méthane (CH 4) sous Another way is to achieve by Raman transfer such a source In this case, we use a laser Nd: YAG (Neodymium doped YAG laser) which pumping a cell in which there is a gas that has a frequency shift Raman allowing the transfer of the pump wave located at 1, 064 pim to 1, 54 pim Such a gas can be methane (CH 4) under

haute pression.high pressure.

Ce gaz présente un décalage spectral Raman de 2916 cm 1 et un coefficient de gain Raman de l'ordre de 1,4 cm/ GW This gas has a Raman shift of 2916 cm 1 and a Raman gain coefficient of the order of 1.4 cm / GW

sous une pression de 10 atmosphères. under a pressure of 10 atmospheres.

Ainsi, avec un pompage centré sur la longueur d'onde d'émission du laser Nd YAG, il est possible de générer une émission à la longueur d'onde Stokes = 2 Tr C/W-4 obtenue à partir de la relation WS = Wp-WR Wp WR, Ws étant respectivement la fréquence angulaire pompe, le décalage de fréquence Raman et la fréquence de l'onde Stockes En longueur d'onde et pour un décalage Raman donné en cm-1, on obtient: X = ( 1/ X (cm) 2916 cm 1 p Cependant, une telle source ne permet pas de délivrer un faisceau à la longueur d'onde Stokes optimisé en rendement Thus, with a pumping centered on the emission wavelength of the Nd YAG laser, it is possible to generate an emission at the wavelength Stokes = 2 Tr C / W-4 obtained from the relation WS = Wp-WR Wp WR, Ws being respectively the angular frequency pump, the Raman frequency shift and the frequency of the wavelength stored wave and for a given Raman shift in cm-1, we obtain: X = (1 / X (cm) 2916 cm 1 p However, such a source does not make it possible to deliver a beam at the optimized Stokes wavelength in yield

de conversion puisque le processus Raman part sur un bruit. conversion since the Raman process goes on a noise.

L'invention met donc en application une telle source et fournit des moyens permettant de commander un transfert The invention therefore implements such a source and provides means for controlling a transfer

d'énergie de l'onde de pompe vers l'onde fournie. of energy from the pump wave to the supplied wave.

L'invention concerne donc une source laser de puissance caractérisée en ce qu'elle comporte: une source laser de pompe émettant un faisceau de pompe (F p) d'une longueur d'onde déterminée (k 9) une cellule à gaz sous pression recevant le faisceau de pompe (Fp) et émettant par effet Raman un faisceau de sortie (F) d'une longueur d'onde (X 5) dite onde de Stokes; une source lumineuse de commande transmettant un faisceau de commande (Fc) à la cellule à gaz, ce faisceau de commande ayant une longueur d'onde sensiblement égale à l'onde The invention therefore relates to a power laser source characterized in that it comprises: a pump laser source emitting a pump beam (F p) of a determined wavelength (k 9) a pressurized gas cell receiving the pump beam (Fp) and emitting by Raman effect an output beam (F) of a wavelength (X 5) said Stokes wave; a control light source transmitting a control beam (Fc) to the gas cell, said control beam having a wavelength substantially equal to the wave

de Stokes (XS).of Stokes (XS).

Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à l'aide de la The different objects and features of the invention will appear more clearly with the aid of the

description qui va suivre faite en se reportant aux figures following description made with reference to the figures

annexées qui représentent: la figure 1, un premier exemple de réalisation du dispositif de l'invention; la figure 2, un deuxième exemple de réalisation du dispositif de l'invention; les figures 3 à 5, différents moyens, selon l'invention, de combinaison du faisceau de pompe et du faisceau de commande dans la cellule à gaz; les figures 6 et 7, des diagrammes de puissance optique d'émission; la figure 8, un diagramme décrivant la puissance optique répartie dans le temps du dispositif de l'invention; la figure 9, un exemple de réalisation d'une attached which represent: Figure 1, a first embodiment of the device of the invention; Figure 2, a second embodiment of the device of the invention; FIGS. 3 to 5, various means, according to the invention, of combining the pump beam and the control beam in the gas cell; FIGS. 6 and 7, emission optical power diagrams; Figure 8, a diagram describing the optical power distributed over time of the device of the invention; FIG. 9, an exemplary embodiment of a

variante du dispositif de l'invention. variant of the device of the invention.

En se reportant à la figure 1, on va tout d'abord décrire un premier exemple de réalisation du dispositif laser de Referring to FIG. 1, a first exemplary embodiment of the laser device of FIG.

puissance selon l'invention.power according to the invention.

Le dispositif de la figure 1 comporte principalement un barreau laser à cavité externe 1 émettant un faisceau de pompe F à une longueur d'onde déterminée p p un déclencheur, appelé "Q Switch" en technologie anglo saxonne permettant de faire travailler le laser 1 en régime déclenché; une cellule à gaz sous pression 2 recevant le faisceau de pompe F et dont le gaz est excité par ce faisceau de telle façon qu'il émette par effet Raman, un faisceau Fs avec un décalage en fréquence et qu'il y ait un transfert d'énergie du faisceau de pompe Fp vers le faisceau Fs; une source lumineuse de commande telle qu'une diode laser de commande 3 commandée par un circuit 4 et émettant vers la cellule à gaz 2, un faisceau de commande Fc à une longueur d'onde sensiblement égale à celle du faisceau Fs; deux miroirs Ml et M 2, situés de part et d'autre du laser 1 et de la cellule 2, constituent une cavité optique; Le barreau laser 1 permet de réaliser un laser de puissance émettant à une longueur d'onde Xip dangereuse pour l'oeil humain Ce type de laser est courant dans la technique en The device of Figure 1 mainly comprises an external cavity laser bar 1 emitting a pump beam F at a specific wavelength pp trigger, called "Q Switch" in Anglo Saxon technology to work the laser 1 in regime sets off; a pressurized gas cell 2 receiving the pump beam F and whose gas is excited by this beam in such a way that it transmits by Raman effect, a beam Fs with a frequency shift and that there is a transfer of energy of the pump beam Fp to the beam Fs; a control light source such as a control laser diode 3 controlled by a circuit 4 and emitting towards the gas cell 2, a control beam Fc at a wavelength substantially equal to that of the beam Fs; two mirrors Ml and M 2, located on either side of the laser 1 and the cell 2, constitute an optical cavity; The laser bar 1 makes it possible to produce a power laser emitting at a wavelength Xip that is dangerous for the human eye. This type of laser is common in the art.

raison des fortes puissances qu'il est susceptible d'émettre. because of the high powers that it is likely to emit.

Par exemple, il s'agit d'un laser YAG au Néodyme (Nd: YAG) For example, it is a Neodymium YAG laser (Nd: YAG)

émettant à une longueur d'onde Xp = 1,064 micromètres. emitting at a wavelength λp = 1.064 micrometers.

La cellule de gaz sous pression 2 contient un gaz tel que du méthane (CH 4) permettant d'obtenir à partir d'un faisceau de pompe Fp de longueur d'onde Xp = 1, 064 micromètres, un faisceau Fs de longueur d'onde >X = 1, 54 micromètres. La diode laser 3 émet un faisceau de commande F de c longueur d'onde sensiblement égale à la longueur d'onde A S = 1, 54 micromètres Le faisceau de commande Fe et le faisceau de pompe Fp pénètrent dans la cellule à gaz 2 de façon sensiblement colinéaire par une face transparente 20 de la cellule à gaz 2 Ils parcourent la cellule 2 selon un axe principal de la cellule et ressortent par une face transparente 21 opposée à la face 20 Le faisceau F sortant de la cellule s 2 atteint le miroir Ml o il se réfléchit et retourne en sens inverse vers le miroir M 2 Ainsi, la cavité réalisée par les miroirs Ml et M 2 permet de bénéficier de la forte densité de puissance intra-cavité et, par le multi-passage dans la cavité, The pressurized gas cell 2 contains a gas such as methane (CH 4) making it possible to obtain from a pump beam Fp of wavelength λp = 1.064 micrometers, a beam Fs of wave> X = 1, 54 micrometers. The laser diode 3 emits a control beam F with a wavelength substantially equal to the wavelength λ = 1.54 microns. The control beam Fe and the pump beam Fp enter the gas cell 2 substantially collinear with a transparent face 20 of the gas cell 2 They travel through the cell 2 along a main axis of the cell and emerge through a transparent face 21 opposite to the face 20 The beam F leaving the cell s 2 reaches the mirror Ml o It is reflected and returned in the opposite direction to the mirror M 2 Thus, the cavity made by the mirrors Ml and M 2 allows to benefit from the high density of intra-cavity power and, by the multi-passage in the cavity,

d'obtenir une efficacité de conversion. to achieve conversion efficiency.

Dans la cellule à gaz sous pression, le processus d'évolution de l'onde Raman peut être représenté par la relation: pi=,Poexp(-a * L + *F Pp 0/ÀeçFs Lef) ( 1) valable en régime -de faible conversion et correspondant au cas o le processus non linéaire se met en place Les différents paramètres représentent: as coefficient d'absorption à ws L distance de propagation dans la cellule à gaz 2 g R: coefficient de gain Raman du milieu gazeux de la cellule Pp O: puissance de pompe incidente dans la cellule Aeff: surface effective sur laquelle se développe l'effet non linéaire Leff longueur effective de l'interaction non linéaire prenant en compte les pertes à la longueur d'onde de pompe Ps: la puissance de l'onde Stokes en fonction de la In the pressurized gas cell, the evolution process of the Raman wave can be represented by the relation: pi =, Poexp (-a * L + * F Pp 0 / AeFFs Lef) (1) valid in regime - of low conversion and corresponding to the case where the nonlinear process is set up The various parameters represent: as absorption coefficient at ws L propagation distance in the gas cell 2 g R: Raman gain coefficient of the gaseous medium of the cell Pp O: incident pump power in the cell Aeff: effective area on which the nonlinear effect develops Leff effective length of the nonlinear interaction taking into account the losses at the pump wavelength Ps: the power of the Stokes wave according to the

distance de propagation dans la cellule Raman. propagation distance in the Raman cell.

P 50 représente dans ce cas la puissance incidente P 50 represents in this case the incident power

initiant le processus non linéaire. initiating the nonlinear process.

En l'absence de faisceau de commande injecté à la longueur d'onde Stokes, le mécanisme de transfert est engendre à partir du bruit dans la cavité et par amplification des In the absence of a control beam injected at the Stokes wavelength, the transfer mechanism is generated from the noise in the cavity and by amplification of

photons Stokes spontanés présents dans la cavité. spontaneous Stokes photons present in the cavity.

Cette puissance P O pour être contrôlée Pour cela le faisceau de commande Fc à la longueur d'onde Stokes This power P O to be controlled For this the control beam Fc at the wavelength Stokes

est injecté dans la cavité et est amplifié. is injected into the cavity and is amplified.

Une diode laser 3 de type In Ga As P fournissant le faisceau de commande F permet de commander le processus de transfert d'énergie de l'onde pompe (Nd: YAG) vers l'onde signal F s Pour cela, il suffit de coupler à l'oscillateur laser Raman une onde issue de la diode laser de même fréquence que l'onde Stokes et symbolisée par le terme P O dans la s relation ( 1) La figure 2 représente un deuxième exemple de réalisation dans lequel la cavité optique, délimitée par les miroirs Ml et M 2, contient le laser 1 mais ne contient pas la cellule à gaz 2 Celle-ci se trouve sur le chemin du faisceau de pompe F mais à l'extérieur de la cavité optique et I'amplification Raman dans la cellule à gaz 2 est donc réalisée A laser diode 3 of the In GaAs P type providing the control beam F makes it possible to control the energy transfer process from the pump wave (Nd: YAG) to the signal wave F s. For this, it suffices to couple to the Raman laser oscillator a wave coming from the laser diode of the same frequency as the Stokes wave and symbolized by the term PO in the relation s (1) FIG. 2 represents a second exemplary embodiment in which the optical cavity delimited by the mirrors Ml and M 2, contains the laser 1 but does not contain the gas cell 2 This one is on the path of the pump beam F but outside the optical cavity and the Raman amplification in the gas cell 2 is thus realized

à partir de l'extérieur de la cellule active. from outside the active cell.

Cette disposition permet de rendre le faisceau de commande Fe strictement colinéaire avec le faisceau de pompe Fp sans avoir à craindre un retour optique sur la diode laser 3, ce qui pourrait être le cas dans le dispositif de la figure 1 si les faisceaux de commande Fe et de pompe Fp étaient This arrangement makes it possible to make the control beam Fe strictly collinear with the pump beam Fp without having to fear an optical feedback on the laser diode 3, which could be the case in the device of FIG. 1 if the control beams Fe and Fp pump were

strictement colinéaires.strictly collinear.

La superposition du faisceau de commande F et du faisceau de pompe Fp peut se faire, comme cela est représenté sur les figures 2 et 3, à l'aide d'une lame séparatrice disposée sur les trajets des faisceaux de pompe Fp et de commande Fe The superposition of the control beam F and the pump beam Fp can be done, as shown in FIGS. 2 and 3, with the aid of a separating plate arranged on the paths of the pump beams Fp and of the Fe control.

et convenablement orientée par rapport à ces faisceaux. and suitably oriented with respect to these beams.

Le faisceau de commande F peut être ainsi injecté en utilisant la réflexion sur la face du cristal laser 1 taillée à l'angle de Brewster pour la longueur d'onde de pompe (voir The control beam F can thus be injected by using the reflection on the face of the laser crystal 1 cut at the Brewster angle for the pump wavelength (see FIG.

figure 4).Figure 4).

Un autre mode de couplage consiste à employer une fibre optique unimodale 5 à conservation de polarisation (figure ) A l'extrémité de celle-ci se trouve une optique qui permet d'ajuster la dimension du faisceau à celle du mode de cavité Another coupling method consists in using a polarization-preserving unimodal optical fiber (FIG.). At the end thereof there is an optic which makes it possible to adjust the beam size to that of the cavity mode.

dans la cellule Raman.in the Raman cell.

Sur les figures 6 et 7 sont représentées les évolutions de la puissance Stokes en fonction de la distance de propagation ou de l'amplitude du signal injecté à puissance de FIGS. 6 and 7 show the changes in the Stokes power as a function of the propagation distance or the amplitude of the signal injected at power of

pompe crête constante.constant peak pump.

La figure 6 représente la puissance Stokes en différents points de la cellule pour un faisceau de pompe de puissance crête P p O = 2 MW et de longueur d'onde /\p = 1,064 micromètres et pour un faisceau de commande très faible (PO = 1 NEW) voire même sans faisceau de commande On s voit sur cette figure que pour une cellule de 20 cm de longueur, le signal Stokes est indécelable pour un parcours de la cellule de 8 cm et qu'en sortie de la cellule ( 20 cm de parcours) le signal Stockes reste très faible Il r a donc eu en sortie de FIG. 6 represents the Stokes power at different points of the cell for a peak power pump beam P p O = 2 MW and wavelength λ = 1.064 micrometers and for a very small control beam (PO = 1 NEW) or even without control beam It can be seen in this figure that for a cell 20 cm long, the Stokes signal is undetectable for a cell path of 8 cm and that at the exit of the cell (20 cm of course) the signal Stockes remains very weak It has therefore had the output of

cellule qu'un transfert d'énergie insignifiant. cell that an insignificant energy transfer.

Par contre, la figure 7 représente un fonctionnement du dispositif de l'invention avec un faisceau de commande Fe de puissance PO = 1 m W et de longueur d'onde X = 1, 54 micromètres Le faisceau de pompe Fp a, comme précédemment, une puissance P = 2 MW et une longueur d'onde)>' = p p On the other hand, FIG. 7 represents an operation of the device of the invention with a control beam Fe of power PO = 1 m W and of wavelength λ = 1, 54 micrometers. The pump beam Fp has, as previously, a power P = 2 MW and a wavelength)> '= pp

1,06 micromètres.1.06 micrometers.

On observe sur cette figure 7 l'effet de commande et d'initialisation du processus de transfert de la puissance pompe vers l'onde Stokes Pour un parcours dans la cellule de 4 cm, une onde Stokes est déjà détestable Pour un parcours dans la cellule de 20 cm, on observe une onde Stokes de sensiblement 0, 4 MW Un transfert de puissance de l'onde pompe vers l'onde Stokes s'est donc sensiblement effectuée Dans cet exemple, This figure shows the effect of control and initialization of the transfer process from the pump power to the Stokes wave. For a 4 cm cell path, a Stokes wave is already detestable for a path in the cell. of 20 cm, a Stokes wave of approximately 0.4 MW is observed. A power transfer from the pump wave to the Stokes wave is thus substantially performed. In this example,

l'onde de pompe présente un profil temporel et spatial gaussien. the pump wave has a Gaussian temporal and spatial profile.

Dans l'approximation du faible transfert, le gain varie linéairement avec la puissance de pompe et l'on peut écrire en faisant abstraction de l'absorption que l'énergie de l'impulsion Stockes suit une loi du type: Es E O + -p L ff P/Aeç r /A 4 dxcl Q Lt ou A eff représente respectivement les surfaces effectives des faisceaux pompe et Raman E O étant l'énergie injectée s In the weak transfer approximation, the gain varies linearly with the pump power, and it is possible to write, abstracting the absorption, that the energy of the pulse Stockes follows a law of the type: Es EO + -p L ff P / Ae r r / A 4 dxcl Q Lt or A eff represents respectively the effective surfaces of the pump and Raman beams EO being the injected energy s

dans la cavité.in the cavity.

L'énergie transférée sera maximum lorsque les surfaces effectives des ondes pompe et Raman seront adaptées (surface et profil identiques) Dans une cavité de type semi-confocale il est possible de placer la cellule en un endroit approprié afin de réaliser cette condition Il ne reste plus dès lors qu'à optimiser la distribution spatiale d'intensité de l'onde signal The transferred energy will be maximum when the effective surfaces of the pump and Raman waves will be adapted (identical surface and profile) In a cavity of semi-confocal type it is possible to place the cell in a suitable place in order to achieve this condition. more so than to optimize the spatial distribution of intensity of the signal wave

en provenance de la diode laser.from the laser diode.

La commande externe permet de réaliser une source impulsionnelle plus stable en puissance crête et plus External control allows a more stable pulse source in peak power and more

reproductible d'un fonctionnement à un autre. reproducible from one operation to another.

La figure 8, représente des diagrammes de répartition dans le temps des différents faisceaux (faisceau de pompe, FIG. 8 represents time distribution diagrams of the various beams (pump beam,

faisceau de commande, faisceau de sortie). control beam, output beam).

Le diagramme supérieur de la figure 8 représente une The upper diagram of Figure 8 represents a

impulsion du faisceau de pompe Fp ayant un profil gaussien. pulse of the pump beam Fp having a Gaussian profile.

Lors de la transmission de cette impulsion Fp, des impulsions du faisceau de commande Fe à F N sont c c transmises. On obtient alors, comme cela est représenté sur le diagramme inférieur de la figure 8, des impulsions de sortie F O à F n, correspondant aux impulsions F O à F N et s c c During the transmission of this pulse Fp, pulses of the control beam Fe to F N are transmitted. In this way, as shown in the lower diagram of FIG. 8, output pulses F 0 to F n corresponding to the pulses F 0 to F N and s c c are obtained.

résultant de transferts d'énergie provenant du faisceau de pompe. resulting from energy transfers from the pump beam.

Le profil impulsionnel du faisceau de sortie résulte donc du profil impulsionnel du faisceau de commande On peut donc positionner les impulsions de sortie, comme on le désire, The pulse profile of the output beam therefore results from the pulse profile of the control beam. Therefore, it is possible to position the output pulses as desired.

les unes par rapport aux autres.one against the other.

Une telle possibilité concourt donc à obtenir un système laser permettant de générer des trains d'impulsions commandables par la diode laser 3 reconfigurables d'un tir à l'autre et autorisant l'emploi de techniques de traitements de signaux. A titre d'exemple, l'impulsion de pompe peut avoir une durée de 10 à 20 nanosecondes par exemple, et les impulsions de commande (et donc des impulsions de sortie) des durées Such a possibility thus contributes to obtain a laser system for generating pulse trains controllable by the laser diode 3 reconfigurable from one shot to another and allowing the use of signal processing techniques. For example, the pump pulse can have a duration of 10 to 20 nanoseconds for example, and the control pulses (and therefore output pulses) durations

d'environ 1 nanoseconde.about 1 nanosecond.

De plus, la situation des impulsions de commande par rapport au profil gaussien de l'impulsion de pompe permet d'obtenir des impulsions de sortie d'amplitude plus ou moins élevées Ainsi, il est possible de moduler la puissance d'émission du faisceau de sortie Ceci permet, par exemple dans un système de détection, d'adapter la puissance d'émission à la distance de l'objet à détecter de façon à éviter l'éblouissement du système de détection par une puissance trop élevée reçue en retour. Dans ce qui précède le domaine couvert concerne les lasers de puissance travaillant dans la fenêtre 1,5 ïk m, cette In addition, the situation of the control pulses with respect to the Gaussian profile of the pump pulse makes it possible to obtain higher or lower amplitude output pulses. Thus, it is possible to modulate the transmission power of the beam of This allows, for example in a detection system, to adapt the transmission power to the distance of the object to be detected so as to avoid dazzling of the detection system by too high power received back. In the above the field covered relates to the power lasers working in the window 1.5 ïk m, this

longueur d'onde étant obtenue à partir de l'effet Raman stimulé. wavelength being obtained from the stimulated Raman effect.

Le laser de pompe est un laser Nd: YAG de puissance pouvant être pompé par diodes lasers Dans la cavité de celui-ci se trouve une cellule remplie d'un gaz sous haute pression Par effet Raman stimulé un transfert de puissance de l'onde de pompe vers l'onde Stokes est observé, le décalage en fréquence étant gouverné par la propriété spectrale de la courbe de gain The pump laser is a Nd: YAG laser that can be pumped by laser diodes. In the cavity of the laser there is a cell filled with a gas under high pressure Raman effect stimulated a power transfer of the pump to the Stokes wave is observed, the frequency shift being governed by the spectral property of the gain curve

Raman du milieu non linéaire.Raman of the nonlinear medium.

Généralement, le transfert est obtenu à partir de l'amplification d'un bruit à la fréquence Stokes ou le milieu présente une résonance Dans ce cas, les propriétés spectrales de l'onde Stokes émise sont directement reliées à la sélectivité Generally, the transfer is obtained from the amplification of a noise at the Stokes frequency where the medium has a resonance. In this case, the spectral properties of the Stokes wave emitted are directly related to the selectivity.

d'un résonateur ou de la cavité.of a resonator or cavity.

Selon une variante de réalisation de l'invention, on prévoit de remplacer la diode laser 3 par une source laser 41 pompée par une diode laser 42 Une telle configuration est According to an alternative embodiment of the invention, provision is made to replace the laser diode 3 with a laser source 41 pumped by a laser diode 42. Such a configuration is

représentée en figure 9.represented in FIG.

Cette variante de réalisation est particulièrement bien applicable à l'émission de faisceaux de puissance de This variant embodiment is particularly applicable to the emission of power beams from

longueurs d'ondes différentes.different wavelengths.

C'est ainsi que l'on peut utiliser pour le laser de pompe 1, une source de puissance à base de fluorure d'Yttrium (Li YF 4) dopé à l'holmium (Ho 3), connu sous la désignation Ho: YLF La longueur d'onde d'émission d'une telle source est 1, 396 micromètre La cellule à gaz 2 est à base de méthane (CH 4) sous haute pression Un faisceau de pompe Fp émis par le laser de pompe 1 provoque par effet RAMAN, l'émission d'une onde Stokes de longueur d'onde 2,355 micromètres Pour la source de commande 4, on choisit alors une source 41 à base de Thallium dopant une matrice YALO 3, dont la désignation peut être Tm: YALO 3: Cr Cr est un Co dopant) Cette source laser peut être pompée longitudinalement à partir d'une diode laser 42 émettant entre 0, 71 et 0,8 micromètre Le faisceau de commande Fc a alors une longueur d'onde d'environ 2,355 micromètres On réalise donc une commande de l'effet Thus, a power source based on yttrium fluoride (Li YF 4) doped with holmium (Ho 3), known under the designation Ho: YLF, can be used for the pump laser 1. The emission wavelength of such a source is 1.396 micrometer. The gas cell 2 is based on methane (CH 4) under high pressure. A pump beam Fp emitted by the pump laser 1 provokes by effect RAMAN, the emission of a Stokes wave with a wavelength of 2.355 micrometers For the control source 4, a source 41 based on Thallium doping a YALO 3 matrix is chosen, whose designation can be Tm: YALO 3: Cr Cr is a co dopant) This laser source can be pumped longitudinally from a laser diode 42 emitting between 0.71 and 0.8 micrometer The control beam Fc then has a wavelength of about 2.35 microns On therefore realizes a command of the effect

Raman dans la cellule à gaz 2.Raman in the gas cell 2.

L'onde obtenue par effet Raman présente l'avantage d'être située dans un domaine spectral o la fenêtre de transmission de l'atmosphère est transparente Une telle association permet donc de réaliser une source de puissance à The wave obtained by Raman effect has the advantage of being located in a spectral range where the transmission window of the atmosphere is transparent. Such an association thus makes it possible to produce a power source at

2,355 micromètres.2,355 micrometers.

Une autre réalisation consiste à employer un laser Nd: YAG émettant à 1, 3187 micromètres et une cellule Raman à base d'hydrogène sous pression fournissant une onde Stokes à la Another embodiment consists of using a Nd: YAG laser emitting at 1.3887 micrometers and a Raman cell based on hydrogen under pressure providing a Stokes wave at the

longueur d'onde As de 2,916991 micromètres. As wavelength of 2.916991 micrometers.

La source laser 41 est alors une source à base d'holmium dopant un matériau YA 1 03 (désigné par Ho: YAIO 3) Cette source 41 excité par une diode laser émet à une The laser source 41 is then a holmium-based source doping a material YA 1 03 (designated Ho: YAIO 3). This source 41 excited by a laser diode emits a

longueur d'onde >p d'environ 2,918 micromètres. wavelength> p of about 2.918 micrometers.

L'ajustement des deux longueurs d'ondes (Xp et >s) s'effectue par l'intermédiaire d'un contrôle de la composition du gaz de la cellule Raman (pression, température, mélange) et en jouant sur les paramètres de la cavité laser du cristal The adjustment of the two wavelengths (Xp and> s) is carried out via a control of the composition of the gas of the Raman cell (pressure, temperature, mixing) and by modifying the parameters of the laser cavity of the crystal

Ho: YA 103.Ho: YA 103.

La présente invention décrit un mode de commande de la génération du processus d'émission de l'onde Stokes à partir d'une source externe La commande de ce transfert est réalisée à partir d'une diode laser Les photons issus de cette diode sont couplés par l'intermédiaire d'une réflexion au sein de la cavité Une synchronisation du déclenchement du laser Nd: YAG et de la diode laser permet une optimisation de l'efficacité The present invention describes a mode of controlling the generation of the Stokes wave emission process from an external source. The control of this transfer is carried out from a laser diode. The photons originating from this diode are coupled through a reflection within the cavity A synchronization of the triggering of the Nd: YAG laser and the laser diode allows optimization of the efficiency

de conversion.conversion.

L'emploi d'une diode laser présente certains avantages, en particulier au voisinage de 1,5 pim, puisqu'il existe des sources de type DFB monofréquence permettant d'injecter dans le milieu amplificateur (composé du laser Nd: YAG et de la cellule Raman ou de la cellule seule) une onde signal à faible largeur spectrale qui déclenchera le processus d'émission stimulé Raman Par ailleurs les qualités de faisceau sont améliorées par un contrôle de la distribution spatiale du faisceau de commande (c'est-à-dire de la diode laser et de The use of a laser diode has certain advantages, particularly in the vicinity of 1.5 pim, since there are sources of the DFB single frequency type for injecting into the amplifying medium (composed of the Nd: YAG laser and the Raman cell or cell alone) a low spectral width signal wave that will trigger the Raman stimulated emission process Moreover the beam qualities are enhanced by controlling the spatial distribution of the control beam (ie say of the laser diode and

l'optique de traitement de faisceau associée). the associated beam processing optics).

Les applications possibles concernent la réalisation Possible applications concern the realization

de systèmes d'illumination lasers et de télémétrie. laser illumination and telemetry systems.

il Les différents objets et caractéristiques qui précèdent n'ont été faits qu'à titre d'exemple non limitatif et que d'autres variantes peut être envisagées sans sortir du cadre de l'invention Les exemples numériques et les exemples de matériaux utilisés n'ont été fournis que pour illustrer la The various objects and characteristics which precede have been made only by way of non-limiting example and that other variants can be envisaged without departing from the scope of the invention. Numerical Examples and Examples of Materials Used have been provided only to illustrate the

description.description.

Claims

A power laser source characterized in that it comprises a pump laser source (1) emitting a pump beam (Fp) of a determined wavelength (); a pressurized gas cell (2) receiving the pump beam (F p) and emitting by Raman effect an output beam (Fs) of a wavelength (s) called Stokes wave; a control light source (3) transmitting a control beam (Fc) to the gas cell, said control beam having a wavelength substantially equal to the Stokes wave (s) 2 Power laser source according to the claim 1, characterized in that the pump beam (F p) and the

control beam (F) are substantially collinear.

3 power laser source according to claim 2, characterized in that the pump beam (F p) and the control beam (F) penetrate through the same face (20).

in the pressurized gas cell (2).

4 power laser source according to claim 3, characterized in that the pump laser source (1) and the pressurized gas cell (2) are included in an optical cavity formed by two reflecting means (Ml, M 2); Power laser source according to Claim 3, characterized in that only the pump laser source (1) is included in an optical cavity produced by two means

reflective (Ml, M 2).

Power laser source according to claim 1, characterized in that the pump laser source is based on

Neodymium.

Power laser source according to Claim 1, characterized in that the pressurized gas cell (2)

contains methane (CH 4).

8 power laser source according to claim 7, characterized in that the control light source (3) is a laser diode type In Ga As P. 9 Power laser source according to claim 1, characterized in that the light source control

comprises a laser source (41) pumped by a laser diode (42).

Power laser source according to claim 7, characterized in that the pump laser source (1) is a laser source based on neodymium doped yttrium garnet (Nd YAG). 11 power laser source according to claim 9, characterized in that: the pump laser source (1) is based on holmium doped yttrium fluoride (H 3: Li YF 4) the gas cell (2) is based on methane (CH 4) under pressure; the control light source comprises a source based on Thallium doped YA 103 and pumped by a

laser diode.

Power laser source according to claim 9, characterized in that: the pump laser source (1) is a neodymium doped yttrium garnet (Nd: YAG); the gas cell (2) contains hydrogen under pressure; the control light source (4) comprises a source based on YAIO 3 doped with the holmium and pumped by a

laser diode.