FR2793612A1 - DEVICE FOR CORRECTING ABERRATIONS OF A LASER CHAIN WITH ULTRA-SHORT PULSES - Google Patents

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Abstract

Le dispositif de l'invention comporte une valve optique (1) divisée en deux régions (15, 16) dont l'une est linéaire (16), reçoit le faisceau incident (19) étalé en longueurs d'onde par un réseau dispersif (20) et corrige les aberrations spectrales. Le faisceau ainsi corrigé spectralement est renvoyé (23 à 27) vers l'autre région (15) de la valve optique, qui en occupe la majeure partie de la surface utile, et qui corrige les aberrations spatiales du faisceau qui lui est envoyé, grâce à un adressage optique de cette autre région par une matrice active (35). La matrice active (35) est projetée sur les deux régions de la valve.The device of the invention comprises an optical valve (1) divided into two regions (15, 16), one of which is linear (16), receives the incident beam (19) spread in wavelengths by a dispersive grating ( 20) and corrects spectral aberrations. The beam thus spectrally corrected is returned (23 to 27) to the other region (15) of the optical valve, which occupies the major part of its useful surface, and which corrects the spatial aberrations of the beam which is sent to it, thanks to to an optical addressing of this other region by an active matrix (35). The active matrix (35) is projected onto both regions of the valve.

Description

II

DISPOSITIF DE CORRECTION D'ABERRATIONS D'UNE CHAINE LASER  DEVICE FOR CORRECTING ABERRATIONS OF A LASER CHAIN

A IMPULSIONS ULTRACOURTESULTRA-SHORT PULSES

La présente invention se rapporte à un dispositif de correction  The present invention relates to a correction device

d'aberrations d'une chaîne laser à impulsions ultracourtes.  aberrations of an ultra-short pulse laser chain.

Les sources laser à impulsions ultracourtes (de l'ordre de la femtoseconde: 10-15 s) sont utilisées dans des applications industrielles, par exemple le micro-usinage. Ces sources doivent avoir une puissance crête relativement élevée. Elles sont généralement constituées d'un oscillateur laser suivi d'une chaîne de traitement dite " chaîne CPA " (" Chirp Pulse Amplifier ") comportant des dispositifs d'étirement, d'amplification et de compression d'impulsions ultracourtes. La traversée de cette chaîne  Ultrashort pulse laser sources (of the order of a femtosecond: 10-15 s) are used in industrial applications, for example micromachining. These sources must have a relatively high peak power. They generally consist of a laser oscillator followed by a processing chain called "CPA chain" ("Chirp Pulse Amplifier") comprising devices for stretching, amplification and compression of ultrashort pulses. Crossing this chain

lo provoque des aberrations (chromatiques et géométriques) des impulsions.  lo causes aberrations (chromatic and geometric) of the impulses.

Ces aberrations limitent la puissance des impulsions.  These aberrations limit the power of the pulses.

On connaît des dispositifs de correction d'aberrations chromatiques, ainsi que des dispositifs de correction d'aberrations géométriques différents des premiers. Pour pouvoir corriger toutes les aberrations, il faut disposer en cascade ces deux types de dispositifs de  Chromatic aberration correction devices are known, as well as geometric aberration correction devices different from the first. To be able to correct all the aberrations, these two types of devices must be cascaded

correction, ce qui rend l'ensemble encombrant.  correction, which makes the whole bulky.

La présente invention a pour objet un dispositif de correction des deux sortes d'aberrations précitées pouvant affecter des impulsions ultracourtes, dispositif qui soit compact, moins onéreux que l'association en cascade précitée, et dont les performances soient au moins aussi bonnes  The subject of the present invention is a device for correcting the two kinds of aberrations mentioned above which can affect ultrashort pulses, a device which is compact, less expensive than the above-mentioned cascade association, and whose performance is at least as good.

que celles de cette association.than those of this association.

Le dispositif de correction conforme à l'invention comporte une valve optique dont la majeure partie de la surface utile est adressée optiquement par un modulateur spatial de lumière, et dont le reste de la surface utile, de forme oblongue, est disposé au milieu d'une ligne non dispersive 4F recevant le faisceau laser incident à corriger, le faisceau issu de la ligne 4F étant renvoyé sous forme divergente vers ladite majeure partie de la surface utile de la valve optique, à la sortie de laquelle est récupéré le  The correction device according to the invention comprises an optical valve, the major part of the useful surface of which is optically addressed by a spatial light modulator, and the rest of the useful surface of which, in the form of an oblong shape, is placed in the middle of a non-dispersive line 4F receiving the incident laser beam to be corrected, the beam from line 4F being returned in diverging form to said major part of the useful surface of the optical valve, at the outlet of which the

faisceau corrigé.corrected beam.

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la  The present invention will be better understood on reading the

description détaillée d'un mode de réalisation, pris à titre d'exemple non  detailed description of an embodiment, taken by way of example not

limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel la figure 1 est une vue en coupe d'une valve optique telle qu'utilisée par la présente invention; la figure 2 est une vue partielle, en coupe simplifiée de la valve de la figure 1 lorsqu'elle est éclairée par un faisceau lumineux d'adressage; la figure 3 est un schéma simplifié d'un dispositif d'adressage optique de la valve de la figure 1; la figure 4 est une vue en plan de la valve de la figure 1, montrant ses deux zones de correction; e la figure 5 est un schéma simplifié d'un dispositif de correction conforme à l'invention; * la figure 6 est un schéma simplifié de la ligne 4F non dispersive de la figure 5, et, À la figure 7 est un bloc-diagramme d'une source laser avec son  limiting and illustrated by the appended drawing, in which FIG. 1 is a sectional view of an optical valve as used by the present invention; Figure 2 is a partial view, in simplified section of the valve of Figure 1 when illuminated by an addressing light beam; Figure 3 is a simplified diagram of an optical addressing device of the valve of Figure 1; Figure 4 is a plan view of the valve of Figure 1, showing its two correction zones; FIG. 5 is a simplified diagram of a correction device according to the invention; * Figure 6 is a simplified diagram of the non-dispersive line 4F of Figure 5, and, In Figure 7 is a block diagram of a laser source with its

dispositif de correction conforme à l'invention.  correction device according to the invention.

L'invention est décrite ci-dessous en référence à une source laser dite " à impulsion ultracourte " c'est-à-dire produisant des impulsions d'une durée de l'ordre de la femtoseconde, mais il est bien entendu qu'elle n'est pas limitée à cette seule application, et qu'elle peut être mise en oeuvre pour des impulsions plus longues (par exemple d'une durée allant jusqu'à la picoseconde). Bien qu'en théorie, la durée des impulsions puisse être quelconque, en pratique l'invention ne se justifie que pour des impulsions de  The invention is described below with reference to a laser source called "ultrashort pulse" that is to say producing pulses of a duration of the order of a femtosecond, but it is understood that it is not limited to this single application, and that it can be implemented for longer pulses (for example of a duration up to the picosecond). Although in theory the duration of the pulses can be arbitrary, in practice the invention is only justified for pulses of

durée inférieure à la picoseconde.  duration less than one picosecond.

Par ailleurs, le dispositif de l'invention n'est pas limité à la seule correction d'aberrations, et peut être mis en oeuvre pour produire des impulsions de forme déterminée ou pour produire plusieurs impulsions à  Furthermore, the device of the invention is not limited to the only correction of aberrations, and can be used to produce pulses of determined shape or to produce several pulses with

partir d'une seule, de préférence pour des impulsions ultracourtes.  from one, preferably for ultra-short pulses.

La valve optique 1 représentée en figure 1 comporte un substrat 2 en verre sur lequel sont successivement déposés: une première électrode 3 transparente aux longueurs d'ondes utilisées, une cellule 4 à cristaux liquides, une couche 5 de matériau photoconducteur et une deuxième électrode 6. Les électrodes sont généralement en ITO (oxyde d'étain et d'indium), et le matériau photoconducteur est par exemple du BSO (oxyde de  The optical valve 1 represented in FIG. 1 comprises a glass substrate 2 on which are successively deposited: a first electrode 3 transparent to the wavelengths used, a liquid crystal cell 4, a layer 5 of photoconductive material and a second electrode 6 The electrodes are generally made of ITO (tin and indium oxide), and the photoconductive material is for example BSO (oxide of

bismuth et de silicium) ou du silicium amorphe.  bismuth and silicon) or amorphous silicon.

Comme représenté en figure 2, lorsque l'on éclaire localement la valve 1 par un faisceau lumineux 7 (cohérent ou non), ayant une longueur d'onde à laquelle est sensible le matériau de la couche 5, les molécules de cristal liquide se trouvant sur le trajet de ce faisceau subissent une rotation (du fait que le faisceau d'adressage crée dans la couche photoconductrice une surface S d'iso-potentiel non plane), alors que les autres restent à leur état initial (parallèles à la surface de la couche). Ainsi, sur le trajet du faisceau 7, le cristal liquide présente un indice optique différent de celui qu'il a en l'absence de faisceau d'éclairage. On crée ainsi une " lame de phase " lo optique qui permet de moduler la surface d'onde (p (qui peut être plane ou non) d'un faisceau laser, surface (p qui devient la surface T après traversée  As shown in FIG. 2, when the valve 1 is locally illuminated by a light beam 7 (coherent or not), having a wavelength to which the material of layer 5 is sensitive, the liquid crystal molecules being on the path of this beam undergo a rotation (because the addressing beam creates in the photoconductive layer a surface S of non-planar iso-potential), while the others remain in their initial state (parallel to the surface of layer). Thus, on the path of the beam 7, the liquid crystal has an optical index different from that which it has in the absence of an illumination beam. An optical lo phase is thus created which modulates the wave surface (p (which may or may not be plane) of a laser beam, surface (p which becomes the surface T after crossing

de la valve.valve.

On a représenté en figure 3 le schéma simplifié d'un dispositif d'adressage optique de la valve 1, qui est placée sur le trajet d'un faisceau 8 à corriger. Ce dispositif d'adressage comprend une source lumineuse 9 éclairant via un dispositif optique 10 condenseur et collimateur un modulateur spatial de lumière 11 suivi d'un dispositif optique imageur 12 et d'une lame dichroïque 13 disposée à 45 sur le trajet du faisceau 8, en amont de la valve 1. Le modulateur spatial de lumière est du type à matrice à cristaux liquides adressée électriquement. La lame dichroïque réfléchit (vers la valve 1) la lumière à la longueur d'onde de la source 9 (par exemple de la lumière  There is shown in Figure 3 the simplified diagram of an optical addressing device of the valve 1, which is placed on the path of a beam 8 to be corrected. This addressing device comprises a light source 9 illuminating via an optical device 10 condenser and collimator a spatial light modulator 11 followed by an optical imaging device 12 and a dichroic plate 13 placed at 45 in the path of the beam 8, upstream of valve 1. The spatial light modulator is of the type with an electrically addressed liquid crystal matrix. The dichroic plate reflects (towards valve 1) the light at the wavelength of the source 9 (for example light

visible), mais est transparente à la longueur d'onde du faisceau laser 8.  visible), but is transparent at the wavelength of the laser beam 8.

Le faisceau lumineux 14 en aval de la valve 1 a une surface d'onde modulée en phase par la valve, cette modulation pouvant aussi bien être utilisée pour corriger des dispersions de phase du faisceau laser 8 (pour qu'il soit à " onde plane ") que pour conférer une forme d'onde bien  The light beam 14 downstream of the valve 1 has a wave surface modulated in phase by the valve, this modulation being able to be used to correct phase dispersions of the laser beam 8 (so that it is "flat wave" ") only to give a good waveform

déterminée à ce faisceau.determined to this beam.

On a représenté en figure 4 la répartition des zones utiles de la valve 1. Cette valve comporte une surface utile de forme carrée, dont le côté est compris entre 20 et 30 mm environ. Cette surface est divisée en deux régions, 15 et 16. La région 15 occupe la majeure partie de la surface et est sensiblement carrée, tandis que la région 16 occupe une zone très étroite (ayant par exemple une largeur d'environ 100 à 200 pm) le long d'un des côtés de la surface utile de la valve 1, et s'étend sur toute la longueur de ce côté. La région 16 est séparée de la région 15 par une bande étroite 17, dont la largeur a sensiblement la même valeur que celle de la région 16. Les largeurs des bandes 16 et 17 sont fonction de la résolution de la couche 4 de cristaux liquides de la valve 1; ces largeurs doivent être au moins égales à l'épaisseur des cristaux liquides de la couche 4. La région 15 est destinée à la correction de la phase spatiale du faisceau laser, tandis que la région 16  FIG. 4 shows the distribution of the useful zones of the valve 1. This valve has a useful surface of square shape, the side of which is between approximately 20 and 30 mm. This surface is divided into two regions, 15 and 16. Region 15 occupies most of the surface and is substantially square, while region 16 occupies a very narrow area (for example having a width of approximately 100 to 200 μm ) along one of the sides of the useful surface of the valve 1, and extends over the entire length of this side. The region 16 is separated from the region 15 by a narrow band 17, the width of which has substantially the same value as that of the region 16. The widths of the bands 16 and 17 depend on the resolution of the liquid crystal layer 4 of valve 1; these widths must be at least equal to the thickness of the liquid crystals of layer 4. Region 15 is intended for the correction of the spatial phase of the laser beam, while region 16

est destinée à la correction de la phase spectrale.  is intended for the correction of the spectral phase.

La région 15 est adressée optiquement par projection de l'image issue de la matrice 11. Cette image génère une répartition spatiale de tension (voir surface S de la figure 2) qui induit localement une orientation  The region 15 is addressed optically by projection of the image from the matrix 11. This image generates a spatial distribution of voltage (see surface S of FIG. 2) which locally induces an orientation

des molécules de cristal liquide de la couche 4.  layer 4 liquid crystal molecules.

Il en résulte que le faisceau laser 7 (infrarouge ou à une longueur d'onde non absorbée par la couche photoconductrice 5 de la valve 1) subit, après traversée de la région 15 de la valve 1 une modulation spatiale de phase. La loi de modulation de phase peut être programmée pour réaliser une forme d'onde quelconque à l'aide de l'image affichée sur la matrice active 11. Cette programmation peut être figée, ou bien évoluer dans le  It follows that the laser beam 7 (infrared or at a wavelength not absorbed by the photoconductive layer 5 of the valve 1) undergoes, after crossing the region 15 of the valve 1, a spatial phase modulation. The phase modulation law can be programmed to produce any waveform using the image displayed on the active matrix 11. This programming can be fixed, or even evolve in the

temps (comme expliqué ci-dessous en référence à la figure 7).  time (as explained below with reference to Figure 7).

La région 16, lorsqu'elle est placée dans la zone (pratiquement unidimensionnelle) dans laquelle est étalé le spectre d'une impulsion ultracourte, permet de réaliser un contrôle actif de la phase de chaque composante spectrale de l'impulsion. Ainsi, on peut compenser les effets de dispersion subis par l'impulsion au cours de sa propagation dans une chaîne laser (comportant, par exemple, des circuits d'étirement, d'amplification et de  Region 16, when placed in the (almost one-dimensional) area in which the spectrum of an ultrashort pulse is spread, enables active phase control of each spectral component of the pulse to be achieved. Thus, one can compensate for the dispersion effects undergone by the pulse during its propagation in a laser chain (comprising, for example, stretching, amplification and

compression d'impulsions).pulse compression).

On a représenté en figure 5 le schéma simplifié d'un dispositif 18 conforme à l'invention. Le faisceau incident 19 (issu d'un oscillateur laser) est envoyé sur un réseau dispersif 20 fonctionnant en transmission (ou éventuellement en réflexion). Sur le trajet du faisceau issu du réseau 20, on dispose une lentille 21 (de distance focale F) dans le plan focal de laquelle est disposée la région 16 de la valve 1. Le spectre des impulsions du faisceau incident 19 est étalé dans ce plan focal, dans la région 16. Après traversée de la valve 1, le faisceau laser traverse une deuxième lentille 22 identique à la lentille 21 et un réseau dispersif 23, identique au réseau 20. La lentille 22 est symétrique de la lentille 21 par rapport à la couche 4 de cristaux liquides de la valve 1. L'ensemble des éléments 20 à 23 est équivalent à une ligne 4F non dispersive. Le faisceau laser cylindrique issu du réseau 23 est réfléchi par un ensemble de trois miroirs comportant deux miroirs 24, 25 orthogonaux entre eux, et un miroir 26 disposé à 45 par rapport au miroir 25. Ces miroirs sont disposés de façon à renvoyer vers la région 15 le faisceau issu du réseau 23, parallèlement au faisceau passant  FIG. 5 shows the simplified diagram of a device 18 according to the invention. The incident beam 19 (from a laser oscillator) is sent to a dispersive network 20 operating in transmission (or possibly in reflection). On the path of the beam from the network 20, there is a lens 21 (of focal length F) in the focal plane of which is disposed the region 16 of the valve 1. The spectrum of the pulses of the incident beam 19 is spread in this plane focal, in region 16. After crossing the valve 1, the laser beam passes through a second lens 22 identical to the lens 21 and a dispersive network 23, identical to the network 20. The lens 22 is symmetrical with the lens 21 with respect to the layer 4 of liquid crystals of the valve 1. The set of elements 20 to 23 is equivalent to a non-dispersive line 4F. The cylindrical laser beam from the array 23 is reflected by a set of three mirrors comprising two mirrors 24, 25 orthogonal to each other, and a mirror 26 placed at 45 relative to the mirror 25. These mirrors are arranged so as to return towards the region 15 the beam from network 23, parallel to the passing beam

par la lentille 22.through lens 22.

A la sortie du miroir 26, on dispose une lentille 27 qui forme, à partir du faisceau cylindrique réfléchi par le miroir 26, un faisceau convergent au foyer 28 de la lentille 27 et qui diverge ensuite de façon à illuminer la 1o quasi-totalité de la région 15 de la valve 1. Une lentille convergente 29 est disposée adjacente à la région 15, par exemple en amont de celle-ci, comme représenté en figure 5. A la sortie de la lentille 29, le faisceau converge à son foyer 30, puis diverge. On dispose sur ce trajet divergent, peu après le foyer , une lentille de collimation 31, à la sortie de laquelle on recueille un faisceau laser cylindrique 32, qui est le faisceau traité par le procédé de l'invention (à aberrations corrigées et/ou dont on a modifié la forme des impulsions). Sur le trajet du faisceau issu de la région 15, entre la valve 1 et le foyer 30, on dispose une lame dichroïque 33, orientée à 45 par rapport à l'axe de ce faisceau. Sur un autre axe, perpendiculaire à l'axe du faisceau et l'intersectant sur la face de la lame 33 en vis-à-vis de la valve 1, on dispose, dans l'ordre, une source lumineuse 34, une matrice active à cristaux liquides  At the outlet of the mirror 26, there is a lens 27 which forms, from the cylindrical beam reflected by the mirror 26, a beam converging at the focal point 28 of the lens 27 and which then diverges so as to illuminate the 1o almost all of the region 15 of the valve 1. A converging lens 29 is disposed adjacent to the region 15, for example upstream of the latter, as shown in FIG. 5. At the exit of the lens 29, the beam converges at its focus 30 , then diverges. A collimating lens 31 is arranged on this divergent path, shortly after the focal point, at the outlet of which a cylindrical laser beam 32 is collected, which is the beam treated by the method of the invention (with corrected aberrations and / or whose shape of the pulses has been modified). On the path of the beam from region 15, between valve 1 and focus 30, there is a dichroic blade 33, oriented at 45 relative to the axis of this beam. On another axis, perpendicular to the beam axis and intersecting it on the face of the blade 33 opposite the valve 1, there is, in order, a light source 34, an active matrix liquid crystal

et une optique 36, cette dernière étant la plus proche de la lame 33.  and an optic 36, the latter being the closest to the blade 33.

L'optique 36 produit l'image de la matrice 35 sur la partie de la lame 33  The optics 36 produces the image of the matrix 35 on the part of the blade 33

éclairée par le faisceau laser sortant de la valve 1.  illuminated by the laser beam exiting the valve 1.

Grâce à ce dispositif 18 de la figure 5, le faisceau de sortie 32 possède les propriétés suivantes: À la forme des impulsions qu'il véhicule peut être modifiée par rapport à celle des impulsions du faisceau incident 19, et ce, par action sur la phase de chaque composante spectrale de l'impulsion (20, 23); À la phase spatiale de la surface d'onde du faisceau peut être programmable grâce à la commande correspondante de la  Thanks to this device 18 of FIG. 5, the output beam 32 has the following properties: The shape of the pulses which it conveys can be modified compared to that of the pulses of the incident beam 19, and this, by action on the phase of each spectral component of the pulse (20, 23); At the spatial phase of the beam wave surface can be programmable through the corresponding control of the

matrice active 35.active matrix 35.

On a représenté en figure 6 le schéma, vu dans un plan " horizontal " (c'est-à-dire perpendiculaire au plan de la figure 5 et incluant la région 16), de la ligne " 4F " assurant le contrôle de la phase spectrale du faisceau incident. Les mêmes éléments que ceux de la figure 5 y sont affectés des mêmes références numériques. A la sortie du réseau dispersif , le faisceau laser F1 (qui était cylindrique avant son incidence sur le réseau) a une section de forme quasiment linéaire, parallèle à la région 16, et est divergent. Ses composantes, dont le nombre est fonction de la résolution du réseau 20, ont des longueurs d'onde 1 à X.n, et sont étalées d'une extrémité à l'autre de sa section. La lentille 21 collimate ce faisceau divergent F1 en un faisceau F2 à rayons parallèles, chacun de ces rayons correspondant à une des longueurs d'onde %1 à kn comprises dans le faisceau incident 19. Ce faisceau F2 est dirigé vers la zone 16 de la valve 1, de façon que sa section coïncidence sensiblement avec cette région. La largeur de cette section est faible (par exemple inférieure à 100 pm), et sa longueur peut être pratiquement égale à celle de la région 16 (c'est-à-dire 20 à 30 mm environ, selon le modèle de valve utilisé). Si on admet une résolution de 100 pm pour la couche de cristaux liquides de la valve 1, on peut étaler sur la région 16 de 200 à 300 composantes spectrales du faisceau laser incident, ce qui est nettement supérieur aux besoins habituels  FIG. 6 shows the diagram, seen in a "horizontal" plane (that is to say perpendicular to the plane of FIG. 5 and including region 16), of the line "4F" ensuring phase control spectral of the incident beam. The same elements as those in Figure 5 are assigned the same reference numerals. At the exit of the dispersive network, the laser beam F1 (which was cylindrical before its incidence on the network) has a section of almost linear shape, parallel to the region 16, and is divergent. Its components, the number of which depends on the resolution of the network 20, have wavelengths 1 to X.n, and are spread from one end to the other of its section. The lens 21 collimates this divergent beam F1 into a beam F2 with parallel rays, each of these rays corresponding to one of the wavelengths% 1 to kn included in the incident beam 19. This beam F2 is directed towards the zone 16 of the valve 1, so that its section substantially coincides with this region. The width of this section is small (for example less than 100 μm), and its length can be practically equal to that of region 16 (that is to say approximately 20 to 30 mm, depending on the valve model used) . If a resolution of 100 μm is accepted for the liquid crystal layer of valve 1, it is possible to spread over region 16 from 200 to 300 spectral components of the incident laser beam, which is much higher than usual requirements.

(moins de 100 composantes en général).  (less than 100 components in general).

Un dispositif 37 d'adressage de la région 16, imagé sur cette région, en se réfléchissant sur la lame 33, permet de moduler la phase spectrale des différentes composantes %1 à Xn de façon analogue à celle mise en oeuvre pour moduler la phase spatiale par l'intermédiaire de la région 15 de la valve 1. Ce dispositif 37 est similaire au dispositif représenté en figure 3 (éléments 9 à 11) ou à celui représenté en figure 5 (éléments 34 à 36), mais il est unidimensionnel: il lui suffit de moduler optiquement la ligne de cristaux liquides de la région 16. C'est le même écran LCD qui adresse la  A device 37 for addressing the region 16, imaged on this region, reflecting on the plate 33, makes it possible to modulate the spectral phase of the various components% 1 to Xn in a similar manner to that used to modulate the spatial phase via the region 15 of the valve 1. This device 37 is similar to the device represented in FIG. 3 (elements 9 to 11) or to that represented in FIG. 5 (elements 34 to 36), but it is one-dimensional: it it is enough to optically modulate the line of liquid crystals of region 16. It is the same LCD screen which addresses the

partie 2D de la modulation spatiale et la partie 1 D de la modulation spectrale.  2D part of the spatial modulation and the 1 D part of the spectral modulation.

On a représenté en figure 7 le bloc-diagramme d'une source laser 38 à impulsions ultracourtes corrigée conformément à l'invention. Cette source laser 38 comporte un oscillateur laser 39 suivi d'un module de contrôle 40, d'un étireur d'impulsions 41, d'amplificateurs 42 et d'un compresseur d'impulsions 43. Le faisceau de sortie 44 du compresseur 43 constitue le faisceau de sortie de la source 38. Le module de contrôle 40 est réalisé conformément aux figures 5 et 6, et les signaux électriques de commande de ses dispositifs d'adressage optique sont obtenus, de la façon décrite ci-dessous, grâce à une lame 44A disposée à 45 sur le trajet du faisceau de sortie 44. L'étireur d'impulsions 41 est réalisé de façon connue en soi à partir d'un milieu dispersif, de réseaux,... Le compresseur  FIG. 7 shows the block diagram of a laser source 38 with ultrashort pulses corrected according to the invention. This laser source 38 includes a laser oscillator 39 followed by a control module 40, a pulse stretcher 41, amplifiers 42 and a pulse compressor 43. The output beam 44 of the compressor 43 constitutes the output beam of the source 38. The control module 40 is produced in accordance with FIGS. 5 and 6, and the electrical control signals of its optical addressing devices are obtained, as described below, by means of a blade 44A disposed at 45 on the path of the output beam 44. The pulse stretcher 41 is produced in a manner known per se from a dispersive medium, from networks, etc. The compressor

d'impulsions 43 peut être du type à réseaux.  of pulses 43 may be of the network type.

Sur le trajet du faisceau 45 prélevé par la lame 44A, on dispose en cascade une lame à 45 référencée 46 et un miroir 47. La lame 46 dévie une lo partie du faisceau 45 vers un dispositif 48 de mesure de phase spectrale, tandis que le miroir 47 renvoie la partie restante du faisceau 45 vers un dispositif 49 de mesure de phase spatiale. Les dispositifs de mesure 48 et 49, du type à interféromètre, sont bien connus en soi et ne seront pas décrits ici. Les signaux de sortie des dispositifs 48 et 49 sont envoyés à un dispositif 50 de traitement également connu en soi, qui est relié aux dispositifs  On the path of the beam 45 taken by the blade 44A, there is a cascade of a blade at 45 referenced 46 and a mirror 47. The blade 46 deflects part of the beam 45 towards a device 48 for measuring spectral phase, while the mirror 47 returns the remaining part of the beam 45 to a device 49 for measuring spatial phase. The measuring devices 48 and 49, of the interferometer type, are well known per se and will not be described here. The output signals from the devices 48 and 49 are sent to a processing device 50 also known per se, which is connected to the devices

d'adressage optique (35 et 37) de la valve 1 du module de contrôle 40.  optical addressing (35 and 37) of the valve 1 of the control module 40.

Grâce au dispositif de l'invention, les impulsions ultracourtes produites par la source laser 39 ont une largeur d'impulsion proche des limites théoriques tenant compte de la largeur du faisceau et de la bande  Thanks to the device of the invention, the ultra-short pulses produced by the laser source 39 have a pulse width close to the theoretical limits taking into account the width of the beam and of the band.

spectrale du milieu à gain de l'oscillateur.  spectral of the gain medium of the oscillator.

Selon un exemple de réalisation, la valve optique (1) est du type à cristal liquide et photoconducteur en BSO ou du type à cristal liquide et photoconducteur en silicium amorphe, la cellule à cristaux liquides fonctionnant en mode de biréfringence. Les dimensions de la surface utile de cette valve sont de 20 x 20 mm, - la matrice active (11, 35) est du type écran de télévision fonctionnant en mode transmissif (ou réflectif), de résolution typiquement comprise entre 600 x 500 pixels et 800 x 600 pixels. Son adressage est fait en mode vidéo - I'oscillateur laser (39) est du type Saphir-Titane à longueur d'onde nominale %0 = 800 nm avec une bande spectrale de AI = 10 à 50 nm. La durée des impulsions produites peut être comprise entre 20 et 100 fs, suivant la bande spectrale AI utilisée les réseaux dispersifs 20 et 23, qui fonctionnent en transmission ou en réflexion ont une période spatiale A -1 d'environ 1200 à 2000 mm.Si, par exemple, le faisceau diffracté a une direction moyenne de 45 par rapport au faisceau incident, la fréquence spatiale requise pour chacun de -1 ces réseaux est de 2000 mm. Ces réseaux peuvent être du type gravé ou du type holographique inscrit sur un photopolymère. La dispersion d'un réseau est d'environ 101 rd. La focale de la lentille 22, pour une région 16 ayant une longueur utile de 20 mm, est alors F = 20/10 = 200 mm; - I'excursion de phase que peut produire la valve 1 va de 0 à 2 (en mode biréfringent). L'épaisseur de la cellule à cristaux liquides doit être de %O/An = 4 pm pour Xo = 800 nm (comme  According to an exemplary embodiment, the optical valve (1) is of the liquid crystal and photoconductive type in BSO or of the liquid crystal and photoconductive type in amorphous silicon, the liquid crystal cell operating in birefringence mode. The dimensions of the useful surface of this valve are 20 x 20 mm, - the active matrix (11, 35) is of the television screen type operating in transmissive (or reflective) mode, with a resolution typically between 600 x 500 pixels and 800 x 600 pixels. It is addressed in video mode - the laser oscillator (39) is of the Sapphire-Titanium type at nominal wavelength% 0 = 800 nm with a spectral band of AI = 10 to 50 nm. The duration of the pulses produced can be between 20 and 100 fs, depending on the spectral band AI used in the dispersive gratings 20 and 23, which operate in transmission or in reflection have a spatial period A -1 of approximately 1200 to 2000 mm. , for example, the diffracted beam has an average direction of 45 relative to the incident beam, the spatial frequency required for each of -1 these gratings is 2000 mm. These networks can be of the engraved type or of the holographic type inscribed on a photopolymer. The dispersion of a network is around 101 rd. The focal length of the lens 22, for a region 16 having a useful length of 20 mm, is then F = 20/10 = 200 mm; - the phase excursion that valve 1 can produce goes from 0 to 2 (in birefringent mode). The thickness of the liquid crystal cell must be% O / An = 4 pm for Xo = 800 nm (as

précisé ci-dessus) et une variation d'indice optique An = 0,2.  specified above) and a variation in optical index An = 0.2.

De façon avantageuse, I'image de la structure " pixélisée " de la matrice active 35 est défocalisée sur le photoconducteur 5 de la valve 1, afin de ne pas introduire de structure de diffraction parasite sur le faisceau laser à contrôler.  Advantageously, the image of the “pixelated” structure of the active matrix 35 is defocused on the photoconductor 5 of the valve 1, so as not to introduce a parasitic diffraction structure on the laser beam to be checked.

9 27936129 2793612

Claims (5)

REVENDICATIONS 1. Dispositif de correction d'aberrations d'une chaîne laser à impulsions ultracourtes, caractérisé par le fait qu'il comporte une valve optique (1) dont la majeure partie de la surface utile (15) est adressée optiquement par un modulateur spatial de lumière (35), et dont le reste de la surface utile (16), de forme oblongue, est disposé au milieu d'une ligne non dispersive 4F, recevant le faisceau laser incident à corriger (19), le faisceau issu de la ligne 4F étant renvoyé, sous forme divergente (24 à 27) vers ladite majeure partie de la surface utile de la valve, à la sortie de laquelle est récupéré (29, 31) le faisceau corrigé (32), le dispositif contrôlant la phase  1. Device for correcting aberrations of a laser chain with ultrashort pulses, characterized in that it comprises an optical valve (1), the major part of the useful surface (15) of which is optically addressed by a spatial modulator of light (35), and of which the rest of the useful surface (16), of oblong shape, is disposed in the middle of a non-dispersive line 4F, receiving the incident laser beam to be corrected (19), the beam coming from the line 4F being returned, in divergent form (24 to 27) to said major part of the useful surface of the valve, at the outlet of which is recovered (29, 31) the corrected beam (32), the device controlling the phase lo spatiale de l'onde et la phase spectrale de l'impulsion..  lo spatial wave and spectral phase of the pulse .. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la ligne 4F comporte, d'amont en aval, un premier réseau dispersif (20), une première lentille (21), une seconde lentille (22) et un second réseau dispersif (23), les seconds réseau et lentille étant respectivement symétriques des  2. Device according to claim 1, characterized in that the line 4F comprises, from upstream to downstream, a first dispersive network (20), a first lens (21), a second lens (22) and a second dispersive network (23), the second grating and lens being respectively symmetrical of the premiers par rapport à la valve.first compared to the valve. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la valve optique est du type à cristal liquide - BSO ou du type à cristal  3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the optical valve is of the liquid crystal type - BSO or of the crystal type liquide - silicium amorphe.liquid - amorphous silicon. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes,  4. Device according to one of the preceding claims, caractérisé par le fait que le dispositif d'adressage optique de ladite majeure partie de la surface de la valve optique comporte une source lumineuse (34) éclairant une matrice active (35) et une lame dichroïque (33) placée devant la valve et renvoyant le faisceau modulé issu de la matrice active vers la valve.  characterized in that the optical addressing device for said major part of the surface of the optical valve comprises a light source (34) illuminating an active matrix (35) and a dichroic blade (33) placed in front of the valve and returning the modulated beam from the active matrix to the valve. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes,  5. Device according to one of the preceding claims, caractérisé par le fait que l'image du modulateur spatial de lumière (35) est  characterized in that the image of the spatial light modulator (35) is défocalisée sur la valve optique.defocused on the optical valve.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0829745A1 (en) * 1996-09-17 1998-03-18 Thomson-Csf Lightbeam control system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WEINER A M ET AL: "PROGRAMMABLE FEMTOSECOND PULSE SHAPING BY USE OF A MULTIELEMENT LIQUID-CRYSTAL PHASE MODULATOR", OPTICS LETTERS,US,OPTICAL SOCIETY OF AMERICA, WASHINGTON, vol. 15, no. 6, pages 326-328, XP000113554, ISSN: 0146-9592 *

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