FR2738358A1 - Dispositif d'extension lineaire d'impulsions d'ondes lumineuses coherentes et dispositif d'extension et de compression pour l'obtention d'impulsions a haute puissance - Google Patents

Abstract

Le dispositif selon l'invention permet de réaliser une extension temporelle d'impulsions laser brèves rigoureusement linéaire sur toute la largeur de bande de fréquences du laser. Le dispositif comporte un premier (R1) et un second (R2) réseaux optiques localisés en regard sur, respectivement, une première (F1) et une seconde (F2) surfaces perpendiculaires. En chaque point (A, B1, Bi, Bn) le pas d'un réseau (R1; R2) est de valeur inversement proportionnelle à la distance (d1 ; d2 ) du point considéré à l'autre réseau (R2; R1) telle que a1 d1 = a2 d2 = Kc**2 (c étant la vitesse de la lumière entre les réseaux). Dans ces conditions, un faisceau (R1) émerge perpendiculairement du réseau de sortie (R2) en formant un faisceau élargi (F'). Le faisceau (F') est composé de rayons (ri ) transportant respectivement des ondes de fréquences fi dont le temps de retard tr obéit alors à la relation de proportion suivante, déduite de la relation fondamental de la diffraction et de considérations géométriques élémentaires (exploitant la perpendicularité des réseaux): (CF DESSIN DANS BOPI) p étant un nombre entier de valeur adaptée. Application à l'obtention d'impulsions laser à haute puissance par amplification du faisceau émergant (Fi) et compression linéaire à l'aide d'un réseau non-uniforme.

Description

Dispositif d'extension linéaire d'impulsions d'ondes lumineuses cohérentes et dispositif d'extension et de compression pour l'obtention
d'impulsions à haute puissance.

L'invention a pour objet un dispositif d'extension linéaire destiné à des impulsions d'ondes lumineuses cohérentes, par exemple dans le proche infrarouge, ainsi que son utilisation pour l'obtention de hautes densités de puissance.

Afin de satisfaire à différents types d'application, des efforts n'ont cessé d'être déployés afin d'augmenter la puissance délivrée par les lasers.

Ainsi, la possibilité d'obtenir des densités de puissance de l'ordre de 1015 à 1016 W/cm2, à partir de lasers délivrant une puissance de l'ordre du gigawatt (109 W), a contribué au développement de domaines tels que l'optique non-linéaire, la fusion thermonucléaire, I'ionisation des atomes, etc.. L'obtention de densités de puissance encore plus élevées (1018 1020W/cmZ) va permettre d'explorer de nouveaux domaines issus de l'interaction laser-matière.

Pour de telies applications, il a été développé des lasers capables de fournir une puissance de l'ordre du térawatt (1012 W), délivrant par exemple un ou plusieurs kilojoules en une nanoseconde (ou en quelques centaines de picosecondes). Une telle énergie est obtenue par amplification puis focalisation du faisceau laser. Comme les densités de puissance au cours de l'amplification sont limitées à quelques gigawatts/cm2, il a été nécessaire de mettre en oeuvre des milieux amplificateurs de grandes dimensions (70 cm de diamétre ou plus). De telles installations, à haute technologie, mobilisent d'importants investissements.

Plus récemment, des lasers compacts à impulsions extrêmement bréves (de l'ordre de la picoseconde) et de puissance élevée (de i'ordre d'un à quelques dizaines de térawatts) sont apparus ( mis au point par exemple par le C.E.A. de Saclay en France, ou par l'Université de Michigan aux
USA). Ces lasers permettent d'obtenir des résultats comparables, voire supérieurs, avec des moyens nettement plus économiques que ceux des installations précédentes.

La chaîne de traitement des lasers compacts comporte les étapes suivantes: élargissement de la bande spectrale ( par exemple 2 à 3 nanomètres) et allongement de la durée de l'impulsion (typiquement 1 nanoseconde) délivrée par un laser conventionnel (par exemple un oscillateur YLF: fluorure d'yttrium-lithium) dans le proche infrarouge amplification dans un milieu solide dopé (classiquement un barreau de YAG/Nd, cristal de grenat d'yttrium-alumine dopé au néodyne) pour obtenir des puissances de l'ordre du joule; et enfin compression dans un milieu dispersif pour délivrer une énergie égale à quelques joules pour une durée d'impulsion de l'ordre de la picoseconde, soit une puissance de plusieurs térawatts.Le taux de compression, et par conséquent la puissance délivrée, peut être augmenté d'un facteur 10 en utilisant comme barreau amplificateur un laser au saphir dopé au titane, capable d'amplifier des spectres plus larges.

Une autre application concerne la prise de vue ultra rapide à très haute cadence, destinée par exemple à l'analyse des interactions moléculaires. Le problème est de pouvoir disposer d'impulsions laser de durée extrêmement brèves. Lorsqu'une impulsion est étendue sur une durée T et sur une bande spectrale Af large, le taux de compression (tau) élevé (de î 104 à 105) et peut fournir une impulsion de durée égale à 1/Af particulièrement courte, pouvant atteindre quelques dizaines de femtosecondes.

D'autre part, une autre application possible vise la détection de cibles par réception d'impulsions modulées émises par des sources laser. Ce type de détection est par exemple utilisé dans les lidars (initiales de "Light Detection and Ranging" en terminologie anglo-saxonne) ou dans les systèmes d'imagerie actifs. A l'émission, les impulsions laser de durée longue T sont étendues en fréquence afin d'obtenir une bonne détection de toute cible. A la réception, le système de détection est équipé d'un corrélateur ou d'un filtre de compression d'impulsions qui permet de comprimer le signal utile reçu selon le taux de compression égal à T.Af. L'impulsion est alors démodulée en fréquences et le filtre délivre toutes les fréquences de l'impulsion. Une analyse de ces fréquences dans un détecteur optique, classiquement un détecteur à avalanche, fournit un signal de détection de cible.

Les dispositifs de compression sont constitués par des lignes à retard optiques dispersives dont la variation de temps de propagation, obtenue classiquement par diffraction, décroît ou croît avec la fréquence. Ainsi, une ligne à dispersion négative retarde les fréquences les plus basses de la bande, les fréquences élevées rattrapant alors les fréquences basses pour donner une impulsion de durée comprimée égale à 1 /Af. Dans ces conditions idéales, I'impulsion de durée T est raccourcie au maximum avec un taux égal à T/(1/Af), soit T.Af.

Malheureusement, avec les lignes à retard à dispersion optique existantes, les performances de la compression sont limitées, en particulier pour des bandes de fréquences de modulation M importantes ou pour des durées d'impulsions T élevées.

II en est ainsi des trains de prismes, décrits par exemple par R.L.

Fork, O.E. Martinez et J.P. Gordon dans un article de la revue Optics
Letters, 1984, vol. 9, p. 150-152 et intitulé "Negative dispersion using pairs of prisms", ou des réseaux parallèles utilisés par Edmond B. Treacy, et décrits par exemple dans l'article de IEEE intitulé "Optical Pulse Compression Wave Diffraction Gratings", volume QE-5, Septembre 1969, pages 454 à 458, ou par P. Tournois dans un article de la revue Electronics Letters, 1993, vol. 29, pages 1414-1415 et intitulé "New diffraction grating pairs with very linear dispersion for laser pulse compression"
Les taux de compression accessibles sont en fait limités par les écarts à la linéarité de la dispersion en fréquences en fonction du temps de retard.

Pour des bandes spectrales M importantes ou pour des durées d'impulsion T élevées, la plage de linéarité de dispersion acceptable est réduite, au moins pour l'un de ces deux paramètres de base, T ou M, ce qui restreint sensiblement les performances de l'extensionlcompression d'impulsions lumineuses cohérentes, notamment pour les utilisations "hautes puissances" évoquées plus haut.

L'invention vise au contraire à mettre en oeuvre des moyens pour réaliser une extension etlou une compression temporelle d'impulsions, rigoureusement linéaire sur toute une bande de fréquences de largeur donnée.

L'invention est basée sur l'effet suivant: lorsqu'une impulsion lumineuse brève délivrée par une source de lumière cohérente subit une double diffraction sur un ensemble de deux réseaux à pas variable disposés perpendiculairement, l'impulsion est allongée dans le temps Lorsque le pas en chaque point d'un réseau est inversement proportionnel à la distance de ce point à l'autre réseau, I'impulsion émergea alors perpendiculairement au second réseau et est dispersée rigoureusement linéairement en fréquence dans le temps, autrement dit la variation du temps de retard en fonction de la fréquence est alors rigoureusement linéaire.

Un tel ensemble de réseaux constitue une ligne à retard dispersive pour allonger et moduler linéairement en fréquence une impulsion laser brève.

Plus précisément, I'invention a pour objet un dispositif d'exten sionlcompression linéaire d'impulsions d'ondes lumineuses cohérentes dans une bande de fréquences donnée, comportant un premier et un second réseaux optiques, localisés à la surface de matériaux transparents ou réfléchissants aux ondes lumineuses, caractérisé en ce que les surfaces des réseaux sont perpendiculaires et en ce que les réseaux possèdent, en chaque point, un pas de valeur inversement proportionnelle à la distance de ce point à la surface de l'autre réseau, pour qu'une impulsion en incidence normale à la surface du premier réseau émerge normalement du second réseau dispersée linéairement en fréquence dans le temps.

L'invention concerne également l'utilisation combinée de tels dispositifs pour les utilisations évoquées plus haut. Dans ce but, un dispositif de compressionlextension du type précédent peut être utilisé en ligne dispersive, pour délivrer un faisceau élargi spatialement et dispersé linéairement en fréquence dans le temps, en combinaison, après amplification, avec un autre dispositif utilisé cette fois en compression.

Selon une forme de réalisation particulièrement avantageuse en vue des applications précédentes, I'invention concerne également un dispositif d'extension et de compression comportant une ligne à retard constituée du double réseau diffractant précédent, combiné, après amplification, à un réseau unique de compression dont le pas obéit à une loi de variation du type de celui des réseaux de la ligne à retard, ce réseau unique étant incliné par rapport à la surface du second réseau de la ligne à retard, selon un angle d'inclinaison calculé pour que les trajets optiques des différentes ondes soient sensiblement de même longueur. La focalisation du flux sortant de ce réseau incliné permet alors d'obtenir de hautes densités de puissance.

Une caractéristique supplémentaire est de mettre en oeuvre, entre l'extension et la compression des différentes fréquences composant l'impulsion, une amplification segmentée en sous-bande de fréquence, en exploitant la séparation spatiale des rayons du faisceau élargi le long desquels les différentes ondes se propagent. Le faisceau étant décomposé en sous-faisceaux correspondant aux sous-bandes de fréquence, un choix adapté des caractéristiques de différents barreaux amplificateurs, amplifiant les différents sous-faisceaux, permet alors une optimisation de l'amplification en fonction de la fréquence.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, en regard des figures annexées qui représentent respectivement:
- la figure 1, un exemple d'une forme de réalisation d'un dispositif selon l'invention comportant deux réseaux perpendiculaires
- la figure 2, un exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention comportant une ligne à retard à double réseau combiné à un réseau incliné, particulièrement destiné à l'obtention d'un flux de haute puissance;
- la figure 3, une série de diagrammes illustrant les phases successives d'extension et de compression de la figure 3;
- la figure 4, une paire de réseaux orthogonaux repliée.

La figure 1 illustre un exemple de réalisation non limitatif, vu en coupe, d'un dispositif d'extension selon l'invention, comportant une paire de réseaux perpendiculaires. II comporte schématiquement deux réseaux optiques R1 et R2, composés de traits gravés sur deux faces planes perpendiculaires, respectivement F1 et F2, de deux lames à faces parallèles L1 et L2.

Les réseaux peuvent en fait être réalisés selon une quelconque des différentes techniques connues : réseaux à traits, réseaux holographiques, réseaux blazés, etc. Un réseau est identifié par son pas a, donné le plus souvent sous la forme du nombre de traits, ou de lignes, par unité de longueur le long de son axe principal ; par exemple, lorsque a est égal à 1 pm, le réseau possède 10 000 traits par cm.

Les lames sont découpées dans un verre transparent dans la bande spectrale utilisée pour former deux parallélépipèdes de faible épaisseur. Les faces en regard F1 et F2 se coupent suivant une ligne droite, de trace 0 dans le plan de la figure.

Une impulsion lumineuse I est alors émise, pendant un temps bref, par une source laser, par exemple un laser saphir dopé au titane. Cette impulsion donne naissance à un faisceau d'ondes lumineuses parallèle et étroit de front d'onde plan. Ce front d'onde est matérialisé sur la figure 1 par un rayon incident R qui rencontre le réseau R1 en un point A. Le faisceau incident Ri étant normal au réseau R1, I'angle d'incidence, défini par rapport à la normale au réseau au point de contact A, est nul.

Le faisceau lumineux incident Ri est alors diffracté par le réseau R1 au point A. En ce point, distant de dl du point 0, le réseau R1 possède un pas de valeur a1. Sur la figure 1, apparaissent également les différents trajets optiques des rayons extrêmes r1, rn, et générique r, des ondes de fréquences fl, fn et fi ; les rayons rl, r, rn, sont diffractés au point A selon des angles décroissants 01, 0 #n et atteignent le second réseau R2 respectivement aux points B1, Bi, Bn. Dans ces conditions, les ondes de fréquences supérieures ont un trajet optique plus long que les ondes de fréquences plus basses et sont donc retardées.Ainsi, dans le plan du second réseau, les différents rayons rj sont spatialement séparés et les ondes transportées modulées dans le temps.

Le faisceau Ri, composé d'ondes de fréquence générique fi (i variant de 1 à n, n étant un entier supérieur à 1), est diffracté en direction du réseau
R2 sous les angles #i dont la valeur ne varie, au point A considéré, qu'en fonction de la fréquence fi. En effet, la formule classique de la théorie des réseaux s'écrit:
sin #i P pc (I)
a1fi
p étant un nombre entier adapté,
c étant la vitesse de la lumière entre les réseaux..

Du fait de l'orthogonalité des réseaux, la diffraction s'effectue en Bi selon l'angle complémentaire de Oj, et la relation fondamentale s'écrit en Bj: sin(#/2-#i)= cos #i = pc (II)
a2 fi
En rapprochant les relations fondamentales (I) et (II) il vient, en utilisant les notations précédentes: tg#i = a2 = l (III)
a1 d2
Selon l'invention, les valeurs des pas a1 et a2 des réseaux R1 et R2, aux points distants respectivement de d1 et de d2 des réseaux R2 et R1, sont tels que les produits aldol et a2d2 sont égaux et de valeur constante::
a1d1 = a2d2 = Kc2 (1V)
(K étant une constante adaptée) si bien que la relation précédente (III) est satisfaite quelle que soit la position des points d'incidence A et Bi sur les réseaux.

Dans ces conditions, tous les rayons r1 à rn du faisceau élargi BI Bn rediffractent perpendiculairement à la surface du second réseau R2 en formant un faisceau parallèle f,, et ce quelle que soit la valeur de l'angle de diffraction #j
Autrement dit, que le faisceau incident F soit large ou étroit, et lorsque les réseaux R1 et R2 possèdent en chaque point un pas inversement proportionnel à la distance de ce point à l'autre réseau, qui vérifie la relation (IV), tous les rayons sont rediffractés normalement au second réseau, et le faisceau de sortie parallèle F' délivre un signal dispersé rigoureusement linéairement en fréquence.En effet, dans ces conditions, le chemin optique entre A et Bi, parcouru pendant une durée t s'écrit, en prenant en considération des relations géométriques classiques:
d1
ctr = sin #i
En rapprochant cette relation de la relation fondamentale (I), il s'en déduit une loi de variation rigoureusement linéaire du temps de retard tr en fonction de t:
t aide fj (V) Pc
Soit, pour la durée totale T entre les fréquences extrêmes (f, -fl
A f), et en utilisant la notation (1V)::
T =
p
Ainsi, pour une impulsion lumineuse donnée dans une bande spectrale de fréquences M, I'excursion du temps de retard T égal à A tr (variation du temps de retard pour les fréquences extrêmes de la bande spectrale) et le taux d'extension TM sont donnés par T = (K / p)Af
TAf = (K/p)M2
Les réseaux orthogonaux R1 et R2 constituent, dans le sens de propagation utilisé, une ligne à retard par dispersion angulaire d'une impulsion incidente. Le faisceau émergeant est composé d'ondes dispersées en fréquence dans l'espace et dans le temps.Par retour inverse de la lumière, un tel dispositif constitue un filtre de compression pour un faisceau parallèle, modulé spatialement et temporellement en fréquences.

Les dispositifs à réseaux à pas variable, constitués d'une paire de réseaux orthogonaux tels que décrits précédemment, peuvent être utilisés aux fins d'obtention de hautes puissances
Un exemple de réalisation particulièrement avantageux pour une telle utilisation est décrit ci-après , en regard du dispositif d'extension et de compression d'impulsions représenté sur la figure 2. Cette figure montre une combinaison entre une ligne à retard du type précédent à deux réseaux orthogonaux, et une ligne de compression constituée par un simple réseau à pas variable.

En reprenant les notations précédentes, une impulsion laser I, formant un faisceau étroit F tombe normalement à la surface du premier réseau R1 de la ligne à retard R1 R2 décrit ci-dessus. Après double diffraction, un faisceau F' émerge normalement du réseau R2. Comme décrit précédemment, il est composé de rayons parallèles rj, porteurs d'ondes linéairement retardées de fréquences t (i variant de 1 à n).Les rayons rj émergent du réseau R2 respectivement aux points B1 dispersés sensiblement linéairement dans l'espace en fonction de la fréquence ; ils délivrent un signal S rigoureusement linéairement modulé en fréquence car les temps de retard tr varient linéairement en fonction de la fréquence f, t avec une pente positive (comme l'indique la relation V).

Sur la figure 3 apparaissent, en face de chaque phase de traitement (extension-amplification-compression) réalisée en regard de la figure 2, des graphes temporels caractéristiques. C'est ainsi que la droite Df de variation de tr en fonction de fj apparaît avec une pente positive en regard de l'espace séparant R1 de R2 dans la figure 2.

L'allure du signal modulé S en fonction du temps apparaît également sur la figure 3, en regard de la sortie du réseau R2 représentée à la figure 2, avec les fréquences les plus basses en avance sur les fréquences les plus hautes.

Afin de comprimer totalement un tel signal modulé linéairement en fréquence, par exemple pour obtenir de très hautes puissances après amplification à travers un amplificateur AM, il est particulièrement avantageux d'utiliser, en sortie du réseau R2, un réseau non uniforme R du type de ceux décrits précédemment pour obtenir une loi de compression affine à variation linéaire et convenablement incliné pour compenser les temps de retard des fréquences.

Une telle compression linéaire se fait alors, quasiment sans perte d'énergie, dans une direction normale à la surface du réseau.

Sur la figure 2, les rayons parallèles r1, rj, rn modulés linéairement en fréquence viennent frapper, au sortir de l'amplificateur AM, respectivement les points B'1, B'i, B'n du réseau non-uniforme R, incliné d'un angle (p par rapport à la surface du réseau R2. L'angle d'inclinaison (p de ce réseau est réglé pour que les fréquences retardées dans la ligne à retard R1 R2 "rattrapent" sensiblement leur retard respectif.

Pour une impulsion I tombant sur le réseau R1 à une distance d1 du second réseau R2, pour une bande de fréquences de largeur M et pour un temps d'excursion donné T, égale à la différence des temps de retard
tr(fn) - tr (f1) entre les fréquences extrêmes (f1 et fn) dans la ligne à retard
R1R2, un calcul élémentaire en fonction du retard T entre les fréquences extrêmes montre que le réseau de compression R est incliné d'un angle p tel que
cT
tg(p =
iBn pour que, globalement, les chemins optiques des rayons extrêmes aux points d'incidence B1 et Bn soient égaux et ceux des différents rayons rj aux points B sensiblement égaux.

La valeur de la largeur B1 Bn du faisceau parallèle F' sortant de la ligne à retard R1 R2 est facilement accessible par le calcul à partir des valeurs de T, f1 et fn. De plus, connaissant la position du point d'incidence B1 repérée par sa distance au point O, il est aisé de positionner l'extrémité B'1 du réseau R correspondant à Bai ; par ailleurs, la connaissance de la valeur de l'angle d'inclinaison (p du réseau R permet de repérer la position du point
B'n correspondant au point Bn et, par là même, de calculer la longueur utile du réseau R.

D'autre part, le pas aj du réseau incliné R en tout point B' d'incidence du rayon rj de fréquence fj est réglé de manière à obtenir une loi de compression affine entre les fréquences fj et les temps de retard tr correspondant ; pour ce faire, la variation des pas aj est de même type que ceux des réseaux R1 et R2, c'est-à-dire inversement proportionnelle à une distance d à un point de référence 0' de l'axe du réseau R.Si on prend comme point 0' le point situé au même niveau que le point 0, c'est-à-dire situé à l'intersection de la surface du réseau R1 et de l'axe Z'Z au réseau R, le pas aj satisfait la relation (en reprenant les notations précédentes):
a1 d1 = a2 d2 = a1 d co2 (p = Kc2
Dans ces conditions, la compression linéairement variable exercée par le réseau R se traduit, comme représentée par une droite D'f sur la figure 3, par une représentation graphique affine du temps de retard tr en
Ttg2 fonction de f, de pente négative (plus précisément égal à - )
#f
Cette compression transforme une impulsion longue de temps d'excursion T, et de faisceau large F' spatialement "coloré" en une impulsion brève de durée 1/Af.

Le faisceau F" diffracté par le réseau R, selon une direction normale à celui-ci, possède sensiblement tous les rayons de fréquences f1 à fn existant dans le faisceau incident: I'impulsion est donc comprimée suivant la direction perpendiculaire au réseau R. Le faisceau de sortie F' peut être focalisé par une lentille L' afin d'obtenir, approximativement en un point Q, une énergie lumineuse hautement concentrée.

L'amplification de l'impulsion longue est illustrée qualitativement sur la figure 3, en regard du faisceau F' avant et après amplification, par un signal S' après amplification et une impulsion de sortie I' d'amplitudes très supérieures à celles de S et I.

Afin d'illustrer concrètement ce qui précède, un exemple de combinaison du type précédent, calibré pour une impulsion laser délivrée par un laser saphir dopé au titane, est décrit ci-après.

Les données numériques sont les suivantes: une longueur d'onde de 0,8 pm + 0,1 pm, soit une fréquence centrale de 3,751014 Hz et une bande spectrale M, sensiblement égale à 1014 Hz; un temps d'impulsion longue T égal à 100 picosecondes, soit un taux de compression TM égal à 104, et donc une durée d'impulsion brève (1/#f) égal à 10 femtosecondes; une impulsion centrée en un point d'entrée A sur le réseau R1, situé à une distance d1 égale à 8 cm (donnant un angle de diffraction d'environ 45C pour la fréquence centrale): une valeur de p égale à 1.

Dans ces conditions, la ligne à retard se compose d'un premier réseau R1 de pas a1 (tel que a1d1 = Kc) égal à 1,13 pm au point A , en utilisant pour K la valeur K = T = 10-24 S2
Af
Le second réseau R2 possède
- un pas a2 (tel que a2d2 = Kc2), avec d2 = d1JtgO, égal à 0,9 pm au point d'incidence de la fréquence supérieure Bn et 1,6 pm au point B1;;
- une longueur D entre les points d'incidence Bn et B1, (correspondant à la bande spectrale M), égale à d1 (1/ tgOn - 1 /tg61), soit environ 4,35 cm, le point B1 étant disposé à une distance d2 (telle que d2 = d1/tg #1) environ égale à 5, 6 cm du point de référence 0.

Des calculs complémentaires montrent que le rayon porteur de la fréquence centrale fo émerge du second réseau R2 au centre du faisceau F' à environ 2 % près : la répartition spatiale en fréquence de faisceau F' est très proche de la linéarité.

Concernant le réseau de compression R, son angle d'inclinaison (p
cT (tel que tg(p = E -) vaut sensiblement 34,6 degrés, sa longueur L (telle que
D
L = Dcos (p) 3,6 cm et son pas variable a; (sensiblement égal à pc/f sin (p) vaut 1,24 pm pour la fréquence supérieure et 1,62 pm pour la fréquence inférieure.

II est à noter que l'espace séparant la surface du réseau de sortie R2 et la surface d'entrée du réseau incliné R est dimensionné pour permettre l'insertion d'un amplificateur laser. En particulier, il est possible, en mettant à profit la séparation spatiale des différents rayons rj, correspondant aux différentes fréquences fj, de segmenter une telle amplification en sous-bandes de fréquences. Dans ce but, la mise en place de plusieurs lasers YAG à miroirs sélectifs en fréquence, AMi (i variant de 1 à n), disposés selon la répartition fréquentielle dans l'espace décrite précédemment, est particulièrement performante.De tels miroirs sélectifs sont connus de l'Homme de l'Art, et sont notamment obtenus par dépôt sous vide de couches de matériaux diélectriques, dont le nombre et le coefficient de réflexion sont adaptés.

L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés. En particulier pour constituer une ligne optique d'extension,
I'agencement des réseaux peut être avantageusement organisé afin d'obtenir un encombrement minimum. Un tel agencement, illustré par le schéma de la figure 4, peut être constitué de trois réseaux R1, R2 et R3
Le faisceau d'entrée F est élargi selon le faisceau Fe, puis concentré selon le faisceau Fc. Le faisceau de sortie F' est alors "reptié" parallèlement au faisceau d'entrée F, avant amplification. Cette disposition permet de réduire d'un facteur 2 le pas a2 de réseau R2, si bien que les pas a1, a2, ag des réseaux R1, R2 et R3 distants respectivement de d1, d2 et d3 du point d'intersection n de réseaux, vérifient:
a1 d1 =2a2d2=a3d3=Kc2.

Dans ces conditions, toutes choses égales par ailleurs (en particulier le temps d'excursion T, et la dispersion en fréquence du faisceau incident), le réseau R2 présente une longueur utile deux fois plus petite, ce qui donne un encombrement environ deux fois moindre. Un tel agencement peu encombrant est avantageux, en particulier si l'on désire obtenir des taux de compression encore plus élevé.

D'autre part, il est à noter que les diffractions effectuées à l'aide des dispositifs décrits et représentés peuvent être réalisées aussi bien en transmission qu'en réflexion.

Claims (5)

REVENDICA TIONS

1 - Dispositif d'extensionlcompression linéaire d'impulsions d'ondes lumineuses cohérentes dans une bande de fréquences donnée comportant un premier (R1) et un second (R2) réseaux optiques, localisés respectivement sur une première (F1) et une seconde (F2) surfaces de matériaux transparents ou réfléchissants aux ondes lumineuses des impulsions, caractérisé en ce que les surfaces (F1, F2) des réseaux (R1,

R2) sont perpendiculaires, et en ce que les réseaux (RI, R2) possèdent, en chaque point (A; B) un pas a1 respectivement a2, de valeur inversement proportionnelle à la distance dl, respectivement d2, de ce point (A;Bi) à la surface de l'autre réseau (R2, R1) satisfaisant à la relation:

a1 d1 = a2 d2 = Kc2

k étant une constante adaptée

c étant la vitesse de la lumière entre les réseaux,

de sorte qu'une impulsion (I) brève, en incidence normale au premier réseau (R1) émerge normalement du second réseau (R2) sous forme d'un faisceau (F') dispersé linéairement en fréquences dans le temps et en ce que, I'impulsion (I) étant délivrée par un laser dans une bande de fréquences M, les fréquences du faisceau émergeant (F') sont alors retardées avec un temps de retard qui varie iinéairement avec la valeur de la fréquence correspondante pour donner une durée T d'impulsion longue qui vérifie:

T = K Af p étant un nombre entier de valeur adaptée.

p

2 - Dispositif d'extension et de compression linéaire d'impulsions d'ondes lumineuses cohérentes, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'extension à deux réseaux selon la revendication 1 et en ce qu'un troisième réseau (R) de compression est disposé en sortie du second réseau (R2) pour comprimer dans le temps les ondes du faisceau (F') de diamètre D, ce troisième réseau (R) étant incliné d'un angle (p par rapport à la surface du second (R2) tel que:

cT tg(p= D et ayant un pas aj en tout point (B'i) d'incidence d'un rayon (ri) correspondant au point (Bi) du réseau (R2) qui vérifie:

a d cos2sp = Kc2

d étant la distance entre le point du réseau R de pas aj et un point de référence.

a1, a2 et a3 étant les pas des réseaux (R1, R2, R3) aux points distants respectivement de dl, d2 et d3 d'un point (Q) situé à l'interaction de ces réseaux.

a1 d1 = 2a2 d2 = a3 d3 = Kc2

R3 vérifiant la relation:

3. Dispositif d'extension linéaire d'impulsion lumineuse cohérente, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'extension à deux réseaux d'entrée (R1) et de sortie (R2) selon la revendication 1 et un réseau (R3) disposé dans le prolongement du réseau d'entrée (roi) sur la même surface (FI), de sorte que ce réseau (R3) et le réseau de sortie (R2) forment une ligne à retard à deux réseaux perpendiculaires du même temps que les réseaux (R1 et R2) du dispositif d'extension, les pas des réseaux R1, R2 et

4 - Utilisation du dispositif selon l'une des revendications précédentes pour obtenir une puissance lumineuse élevée, caractérisée en ce qu'un espace entre la surface du second réseau (R2) de la ligne à retard (R1 R2 et celle du troisième réseau (R) est dimensionné pour y introduire un amplificateur laser (AM), et en ce que le faisceau (F") qui émerge normalement du troisième réseau (R3) est focalisé par une lentille (L').

5 - Utilisation selon la revendication 4, caractérisée en ce que, le faisceau incident (F) étant étroit, I'amplificateur laser (AM) est segmenté en une pluralité de lasers (AMi) à miroirs sélectifs en fréquence, dispersés selon une dispersion spatiale correspondant à celle des fréquences fj du faisceau (F') émergeant dudit second réseau (R2).