FR2992107A1 - ORGANIC LASER SYSTEM AND METHOD OF MODIFYING THE TRANSMIT WAVE LENGTH OF THE LASER SYSTEM - Google Patents
ORGANIC LASER SYSTEM AND METHOD OF MODIFYING THE TRANSMIT WAVE LENGTH OF THE LASER SYSTEM Download PDFInfo
- Publication number
- FR2992107A1 FR2992107A1 FR1255660A FR1255660A FR2992107A1 FR 2992107 A1 FR2992107 A1 FR 2992107A1 FR 1255660 A FR1255660 A FR 1255660A FR 1255660 A FR1255660 A FR 1255660A FR 2992107 A1 FR2992107 A1 FR 2992107A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- laser
- layer
- laser system
- amplifier element
- amplifier
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 23
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 19
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 8
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 7
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 claims description 6
- 239000011343 solid material Substances 0.000 claims description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 2
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 27
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 9
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- XUMBMVFBXHLACL-UHFFFAOYSA-N Melanin Chemical compound O=C1C(=O)C(C2=CNC3=C(C(C(=O)C4=C32)=O)C)=C2C4=CNC2=C1C XUMBMVFBXHLACL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 6
- 108700028146 Genetic Enhancer Elements Proteins 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 5
- 229910019655 synthetic inorganic crystalline material Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 102000001554 Hemoglobins Human genes 0.000 description 3
- 108010054147 Hemoglobins Proteins 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- VBVAVBCYMYWNOU-UHFFFAOYSA-N coumarin 6 Chemical compound C1=CC=C2SC(C3=CC4=CC=C(C=C4OC3=O)N(CC)CC)=NC2=C1 VBVAVBCYMYWNOU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 3
- JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N aluminum;oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Y+3] JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N bis(2-ethylhexyl) phthalate Chemical compound CCCCC(CC)COC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCC(CC)CCCC BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 2
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920000547 conjugated polymer Polymers 0.000 description 2
- ZYGHJZDHTFUPRJ-UHFFFAOYSA-N coumarin Chemical compound C1=CC=C2OC(=O)C=CC2=C1 ZYGHJZDHTFUPRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- VCZFPTGOQQOZGI-UHFFFAOYSA-N lithium bis(oxoboranyloxy)borinate Chemical compound [Li+].[O-]B(OB=O)OB=O VCZFPTGOQQOZGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009022 nonlinear effect Effects 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 2
- MUSLHCJRTRQOSP-UHFFFAOYSA-N rhodamine 101 Chemical compound [O-]C(=O)C1=CC=CC=C1C(C1=CC=2CCCN3CCCC(C=23)=C1O1)=C2C1=C(CCC1)C3=[N+]1CCCC3=C2 MUSLHCJRTRQOSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 2
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 2
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- OVTCUIZCVUGJHS-VQHVLOKHSA-N trans-dipyrrin Chemical compound C=1C=CNC=1/C=C1\C=CC=N1 OVTCUIZCVUGJHS-VQHVLOKHSA-N 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- TVIVIEFSHFOWTE-UHFFFAOYSA-K tri(quinolin-8-yloxy)alumane Chemical compound [Al+3].C1=CN=C2C([O-])=CC=CC2=C1.C1=CN=C2C([O-])=CC=CC2=C1.C1=CN=C2C([O-])=CC=CC2=C1 TVIVIEFSHFOWTE-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 description 2
- 229910019901 yttrium aluminum garnet Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 2-ethylhexyloxy Chemical group 0.000 description 1
- QZXAEJGHNXJTSE-UHFFFAOYSA-N 7-(ethylamino)-4,6-dimethylchromen-2-one Chemical compound O1C(=O)C=C(C)C2=C1C=C(NCC)C(C)=C2 QZXAEJGHNXJTSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 201000004569 Blindness Diseases 0.000 description 1
- 208000032843 Hemorrhage Diseases 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 206010038848 Retinal detachment Diseases 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 229920000109 alkoxy-substituted poly(p-phenylene vinylene) Polymers 0.000 description 1
- 150000001491 aromatic compounds Chemical class 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000005605 benzo group Chemical group 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- VYXSBFYARXAAKO-WTKGSRSZSA-N chembl402140 Chemical compound Cl.C1=2C=C(C)C(NCC)=CC=2OC2=C\C(=N/CC)C(C)=CC2=C1C1=CC=CC=C1C(=O)OCC VYXSBFYARXAAKO-WTKGSRSZSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 238000004040 coloring Methods 0.000 description 1
- 229960000956 coumarin Drugs 0.000 description 1
- 235000001671 coumarin Nutrition 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 210000002969 egg yolk Anatomy 0.000 description 1
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000000684 flow cytometry Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000001540 jet deposition Methods 0.000 description 1
- 238000013532 laser treatment Methods 0.000 description 1
- 230000009021 linear effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 210000001525 retina Anatomy 0.000 description 1
- 230000004264 retinal detachment Effects 0.000 description 1
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 238000010345 tape casting Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000000427 thin-film deposition Methods 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/102—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
- H01S3/1026—Controlling the active medium by translation or rotation, e.g. to remove heat from that part of the active medium that is situated on the resonator axis
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
- H01S3/16—Solid materials
- H01S3/168—Solid materials using an organic dye dispersed in a solid matrix
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/094034—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a dye
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/094038—End pumping
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
L'invention concerne un système laser (8) dans lequel chaque élément amplificateur (20) est un milieu solide comportant au moins une première couche (24) présentant une épaisseur (e1) inférieure à 100 µm et que les molécules adaptées à émettre un rayonnement lumineux de chaque élément amplificateur (20) forment un milieu à gain (22) organique contenu dans la première couche (24) du élément amplificateur (20).The invention relates to a laser system (8) in which each amplifier element (20) is a solid medium comprising at least a first layer (24) having a thickness (e1) of less than 100 μm and that the molecules adapted to emit radiation light of each amplifier element (20) form an organic gain medium (22) contained in the first layer (24) of the amplifier element (20).
Description
Un système laser organique et procédé de modification de la longueur d'onde d'émission du système laser La présente invention concerne un système laser comprenant une cavité laser et une pluralité de milieux à gain organiques interchangeables. L'invention concerne également un procédé de modification de la longueur d'onde d'émission du laser du système laser et se rapporte aussi à l'utilisation du système laser dans le cadre de la spectroscopie par exemple. Les applications visées sont nombreuses et couvrent potentiellement la biophotonique, la spectroscopie, les applications médicales, la métrologie, la recherche, cette liste n'étant pas restrictive. Dans le domaine de la biophotonique, les mesures réalisées sur les milieux biologiques sont de plusieurs types. Elles sont basées soit sur l'absorption, soit sur la fluorescence de ces milieux. Or, la plupart de ces environnements absorbent de la lumière cohérente et ont une longueur d'onde dans le visible ou l'ultraviolet. Le laser est donc généralement utilisé pour ce type d'application. Un laser est un appareil émettant de la lumière amplifiée par émission stimulée. Le terme provient de l'acronyme anglais « Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation », ce qui se traduit en français par amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement. Ainsi, le laser produit un faisceau de lumière spatialement et temporellement cohérente basée sur l'effet laser. Dans ce même domaine de la biophotonique, certaines mesures impliquent l'usage d'un fluorophore greffé à la substance à étudier. Un fluorophore est un composé qui absorbe une lumière dont la longueur d'onde est dans le visible ou l'ultraviolet. Dans la pratique des laboratoires, une dizaine de fluorophores utilisés absorbent entre 325 nm et 800 nm. Il existe donc un besoin pour de multiples longueurs d'onde. Dans le domaine de la médecine, le traitement laser vise à traiter précisément certains tissus et pas d'autres pour éviter les dommages collatéraux. Cela est possible pour les chromophores du corps humain comme la mélanine (responsable de la coloration des cheveux, de la peau et des yeux), de l'hémoglobine ou de l'eau. Un chromophore est un groupement d'atomes comportant une ou plusieurs doubles liaisons, et formant avec le reste de la molécule une séquence de doubles liaisons conjuguées, c'est-à-dire une alternance de doubles et de simples liaisons. L'existence d'une séquence suffisamment longue de doubles liaisons conjuguées dans une molécule organique, crée un nuage électronique délocalisé pouvant entrer en résonance avec le rayonnement incident et ainsi l'absorber. Les chromophores sont donc responsables de l'aspect coloré de certains organes en médecine.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a laser system comprising a laser cavity and a plurality of interchangeable organic gain media. The invention also relates to a method for modifying the laser emission wavelength of the laser system and also relates to the use of the laser system in the context of spectroscopy for example. The targeted applications are numerous and potentially cover biophotonics, spectroscopy, medical applications, metrology, research, this list is not restrictive. In the field of biophotonics, measurements made on biological media are of several types. They are based on the absorption or on the fluorescence of these media. However, most of these environments absorb coherent light and have a wavelength in the visible or the ultraviolet. The laser is therefore generally used for this type of application. A laser is a device emitting stimulated emission amplified light. The term comes from the acronym "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", which translates into French by amplification of light by stimulated emission of radiation. Thus, the laser produces a spatially and temporally coherent light beam based on the laser effect. In the same field of biophotonics, certain measures involve the use of a fluorophore grafted to the substance to be studied. A fluorophore is a compound that absorbs light whose wavelength is in the visible or ultraviolet. In laboratory practice, about ten fluorophores used absorb between 325 nm and 800 nm. There is therefore a need for multiple wavelengths. In the field of medicine, laser treatment aims to precisely treat certain tissues and not others to avoid collateral damage. This is possible for chromophores of the human body, such as melanin (responsible for the coloring of hair, skin and eyes), hemoglobin or water. A chromophore is a group of atoms having one or more double bonds, and forming with the rest of the molecule a sequence of conjugated double bonds, that is to say an alternation of double and single bonds. The existence of a sufficiently long sequence of conjugated double bonds in an organic molecule creates a delocalized electron cloud that can resonate with the incident radiation and thereby absorb it. Chromophores are therefore responsible for the colored appearance of certain organs in medicine.
Chaque chromophore absorbe des plages de longueurs d'onde précises. Ainsi, la mélanine absorbe par exemple les rayonnements lumineux dont la longueur d'onde est comprise entre 700 nm et 1100 nm. De ce fait, des lasers à Alexandrite émettant à 755 nm, des diodes en AlGaAs émettant à 810 nm ou encore le laser Nd :Yag émettant à 1064 nm sont utilisés dans l'état de la technique pour cibler la mélanine. L'hémoglobine possède des bandes d'absorption autour du bleu, du vert et du jaune. Mais, l'hémoglobine absorbe très peu à 660 nm ce qui permet des traitements en cas d'hémorragies. En ophtalmologie, le traitement du décollement de la rétine se fait en photo-coagulant le sang pour réaliser une soudure de la superficie de la rétine grâce à un laser émettant à 577 nm. Ainsi, de multiples longueurs d'onde différentes couvrant tout le spectre visible sont impliquées dans les traitements médicaux du fait de la multiplicité des tissus traités. On peut également citer la cytométrie en flux. Dans le domaine de la spectroscopie, il est souvent indispensable d'exciter à différentes longueurs d'ondes l'objet à caractériser ou de changer de longueur d'onde car l'objet étudié n'est pas toujours le même. Plusieurs longueurs d'onde sont ainsi utilisées pour la ou les sources lumineuses d'excitation. Ce besoin concerne aussi le LIDAR, lorsque celui-ci est utilisé pour caractériser les milieux diffusants. En effet, le LI DAR est une technique utilisant le temps de vol de la lumière pour déterminer les distances. Mais, dans certaines configurations, il est utilisé pour caractériser la nature des molécules de l'atmosphère ou encore des sols. Ainsi, il existe donc un besoin pour de multiples longueurs d'onde d'émission de sources lasers. Ce besoin est usuellement couvert par une pluralité de lasers différents. Du fait du coût et de la complexité impliqués, il est souhaitable de réduire le nombre de sources à utiliser pour couvrir une large gamme de longueur d'onde allant de l'ultraviolet à l'infrarouge. Pour combler ce besoin, il est connu d'utiliser des lasers présentant une large plage d'accordabilité. Un système connu pour obtenir un rayonnement cohérent accordable dans le visible est l'oscillateur paramétrique optique (aussi désignés sous l'acronyme OPO). Un oscillateur paramétrique est une source de lumière cohérente et monochromatique. A partir d'une onde de laser de pompe de fréquence wp, un oscillateur paramétrique optique produit deux ondes de fréquences inférieures : le signal à la fréquence ws est le complémentaire (parfois appelé sous la dénomination anglaise IDLER) à la fréquence wc,. La conservation de l'énergie impose que la somme de la fréquence du signal et du complémentaire est égale à la fréquence initiale de la pompe, ce qui s'écrit mathématiquement comme : wp = wo ws.Each chromophore absorbs ranges of precise wavelengths. Thus, melanin absorbs for example light radiation whose wavelength is between 700 nm and 1100 nm. As a result, Alexandrite lasers emitting at 755 nm, AlGaAs diodes emitting at 810 nm or the Nd: Yag laser emitting at 1064 nm are used in the state of the art to target melanin. Hemoglobin has absorption bands around blue, green and yellow. But, hemoglobin absorbs very little at 660 nm which allows treatment in case of haemorrhage. In ophthalmology, the treatment of retinal detachment is done by photo-coagulating the blood to achieve a weld of the surface of the retina with a laser emitting at 577 nm. Thus, multiple different wavelengths covering the entire visible spectrum are involved in medical treatments because of the multiplicity of treated tissues. We can also mention flow cytometry. In the field of spectroscopy, it is often essential to excite at different wavelengths the object to be characterized or to change the wavelength because the object studied is not always the same. Several wavelengths are thus used for the excitation light source (s). This need also concerns LIDAR, when it is used to characterize diffusing media. Indeed, the LI DAR is a technique using the flight time of light to determine distances. But, in some configurations, it is used to characterize the nature of the molecules of the atmosphere or soils. Thus, there is a need for multiple emission wavelengths of laser sources. This need is usually covered by a plurality of different lasers. Because of the cost and complexity involved, it is desirable to reduce the number of sources to be used to cover a wide wavelength range from ultraviolet to infrared. To fill this need, it is known to use lasers having a wide range of tunability. A known system for obtaining coherent coherent radiation in the visible is the optical parametric oscillator (also referred to as OPO). A parametric oscillator is a coherent and monochromatic light source. From a wp frequency laser wave wp, an optical parametric oscillator produces two waves of lower frequencies: the signal at the frequency ws is the complementary (sometimes called under the English name IDLER) at the frequency wc,. The conservation of the energy imposes that the sum of the frequency of the signal and the complementary one is equal to the initial frequency of the pump, which is written mathematically like: wp = wo ws.
La conversion de fréquence de la pompe vers les deux ondes générées se fait à l'aide d'une interaction d'optique non-linéaire. De tels systèmes s'avèrent encombrants, très complexes et de coûts très élevés. Un autre type de sources cohérentes accordables dans le visible sont les sources dites "à Supercontinuum". Ce sont des sources basées sur la génération d'un spectre très large par effets non-linéaires (par exemple Raman) dans une fibre optique microstructurée. Ces sources ont une large accordabilité dans le visible et l'infrarouge (de 400 à 1800 nm, quelques fabricants proposent une extension jusqu'à 350 nm). Elles présentent de nombreux inconvénients, en particulier pour les applications biophotoniques. En effet, puisque toutes les couleurs sont produites simultanément par effets non-linéaires dans une fibre microstructurée, les photons dont les longueurs d'onde ne sont pas souhaitées doivent être filtrés. Ainsi, sur plusieurs Watts de puissance optique totale, il ne reste plus que quelques milliwatts dans le domaine spectral d'intérêt (quelques picojoules par impulsion) - ce qui signifie que moins de 0,1% de la puissance totale est disponible pour exciter un fluorophore spécifique. Les lasers accordables les plus connus et utilisés, sont les lasers à colorant. En effet, les colorants des milieux à gains octroient un large spectre d'émission. Dans le système classique de lasers à colorant, un jet de colorant dilué dans un solvant joue le rôle de milieu à gain. Le colorant peut être de la rhodamine, de la coumarine ou tout autre colorant connu. A titre de solvant, le méthanol ou l'éthylène glycol peuvent être cités. Pour un colorant donné, l'accordabilité obtenue est de plusieurs dizaines de nanomètres et, par changement de colorant, une large plage de longueurs d'ondes visibles devient accessible. Cependant, ces lasers posent de nombreux problèmes. Le changement de colorant est long et laborieux, notamment à cause des nombreuses purges nécessaires pour nettoyer l'ancien colorant du système de pompage du colorant. En outre, les produits utilisés sont souvent toxiques. Cette toxicité peut se manifester par inhalation, contact cutané ou injection. Elle entraîne des graves troubles comme la cécité ou le cancer. De plus, en raison du photoblanchissement des molécules organiques, un changement régulier de la solution de colorant est obligatoire pour un bon fonctionnement du laser à colorant. Enfin, les lasers à colorant sont coûteux et encombrants. Il existe donc un besoin pour un système laser permettant d'obtenir une large bande spectrale, ce système laser étant aisé à mettre en oeuvre. Il est donc souhaitable de pouvoir proposer un système laser permettant d'obtenir une large bande spectrale, ce système laser étant aisé à mettre en oeuvre.The frequency conversion from the pump to the two generated waves is done using a non-linear optical interaction. Such systems are bulky, very complex and very expensive. Another type of coherent sources tunable in the visible are the sources called "Supercontinuum". These are sources based on the generation of a very broad spectrum by non-linear effects (for example Raman) in a microstructured optical fiber. These sources have a wide tunability in the visible and infrared (from 400 to 1800 nm, some manufacturers offer an extension up to 350 nm). They have many disadvantages, especially for biophotonic applications. Indeed, since all the colors are produced simultaneously by non-linear effects in a microstructured fiber, the photons whose wavelengths are not desired must be filtered. Thus, on several Watts of total optical power, there are only a few milliwatts left in the spectral range of interest (a few picojoules per pulse) - which means that less than 0.1% of the total power is available to excite a specific fluorophore. The most known and used tunable lasers are dye lasers. Indeed, the dyes of gain media provide a broad spectrum of emission. In the conventional dye laser system, a dye stream diluted in a solvent acts as a gain medium. The dye may be rhodamine, coumarin or any other known dye. As a solvent, methanol or ethylene glycol may be mentioned. For a given dye, the tunability obtained is several tens of nanometers and, by dye change, a wide range of visible wavelengths becomes accessible. However, these lasers pose many problems. The dye change is long and laborious, especially because of the many purges required to clean the old dye from the dye pumping system. In addition, the products used are often toxic. This toxicity can be manifested by inhalation, skin contact or injection. It causes serious disorders such as blindness or cancer. In addition, due to photobleaching of the organic molecules, a regular change of the dye solution is required for proper operation of the dye laser. Finally, dye lasers are expensive and bulky. There is therefore a need for a laser system for obtaining a broad spectral band, this laser system being easy to implement. It is therefore desirable to be able to propose a laser system making it possible to obtain a broad spectral band, this laser system being easy to implement.
Selon l'invention, ce but est atteint par un système laser comprenant une source de pompage adaptée à exciter une transition à au moins une longueur d'onde de pompe. Le système laser comporte une pluralité d'éléments amplificateurs organiques solides comprenant une première couche présentant une épaisseur inférieure à 100 pm et un milieu à gain contenu dans la première couche et adapté à émettre un rayonnement lumineux à une longueur d'onde d'émission stimulée différente sous l'effet d'une excitation à au moins une longueur d'onde de pompe. Au moins deux milieux à gain de deux éléments amplificateurs parmi la pluralité de éléments amplificateurs sont adaptés à émettre un rayonnement lumineux à des longueurs d'onde d'émission stimulée différentes sous l'effet d'une excitation à au moins une longueur d'onde de pompe. Le système laser comprend un laser organique adapté à émettre un faisceau laser à une pluralité de longueurs d'onde d'émission comprenant un coupleur de sortie fixe adapté à transmettre un rayonnement à au moins une partie de la ou chaque longueur d'onde d'émission, un support susceptible d'accueillir un élément amplificateur parmi la pluralité de éléments amplificateurs dans une position identique par rapport au coupleur de sortie pour chaque élément amplificateur de la pluralité de éléments amplificateurs et tel que pour un élément amplificateur dans la position, le laser émet un faisceau laser issu du rayonnement lumineux du milieu à gain lorsque le milieu à gain est excité par la source de pompage. Suivant des modes de réalisation particuliers, le système laser comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - pour l'ensemble des éléments amplificateurs dans la position, le laser émet un faisceau laser présentant un facteur M2 inférieur à 2,0. - pour l'ensemble des éléments amplificateurs dans la position, le laser émet un faisceau laser présentant un facteur M2 inférieur à 1,2. - les matériaux des milieux à gain sont choisis pour que le laser émette des faisceaux lasers à des longueurs d'onde comprises entre 380 nm et 800 nm. - chaque élément amplificateur de la pluralité d'éléments amplificateurs est un consommable. - le laser présente une cavité définissant une direction d'émission laser et la source de pompage est une source optique émettant au moins une longueur d'onde de pompe dans une direction non perpendiculaire avec la direction d'émission laser. - le support est un disque mobile en rotation comportant des logements pour plusieurs éléments amplificateurs. - le support est une embase fixe comportant un logement pour un élément amplificateur. - chaque élément amplificateur comporte une deuxième couche servant de support à la première couche, la deuxième couche étant dans un matériau solide transparent à la ou chaque longueur d'onde d'émission, et - l'élément amplificateur comporte une troisième couche placée sur une face de la première couche, l'autre face de la première couche étant en contact avec la deuxième couche, la troisième couche étant étanche à l'air. L'invention concerne aussi un procédé de modification de la longueur d'onde d'émission d'un laser du système tel que décrit précédemment, le procédé comportant les étapes de choix d'au moins une longueur d'onde d'émission, choix d'un élément amplificateur parmi la pluralité d'éléments amplificateurs en fonction de la longueur d'onde d'émission choisie et de positionnement de l'élément amplificateur à la position. La présente invention a également pour objet l'utilisation du système laser tel que décrit précédemment pour réaliser la spectroscopie d'une molécule. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit de modes de réalisation de l'invention, donnée à titre d'exemple uniquement et en référence aux dessins qui montrent : - figure 1, une vue schématique d'un système laser selon l'invention ; - figure 2, une vue d'un élément amplificateur selon l'invention en coupe transversale selon l'axe Il-Il représenté sur la figure 1 ; - figure 3, une vue d'un système laser selon un autre mode de réalisation de l'invention ; - figure 4, une vue d'un système laser selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, et - figure 5, un graphique illustrant l'accordabilité obtenue par un système laser selon l'invention. Le système laser 8 selon l'invention comporte un laser 10. Le laser 10 est adapté à émettre un faisceau laser à une pluralité de longueurs d'onde d'émission ÀE. Dans ce qui suit, par abus de langage, les expressions « le laser 10 émet à ÀE » ou « le laser 10 émet à une (ou plusieurs) longueur(s) d'onde ÀE » sont utilisées pour signifier que le laser 10 émet un faisceau laser à une (ou plusieurs) longueur(s) d'onde d'émission ÀE. Le laser 10 comporte ainsi une cavité 12 formée par un miroir 14 d'entrée et un coupleur de sortie 16. Selon l'exemple de la figure 1, le miroir 14 et le coupleur 16 apparaissent comme des miroirs cylindriques par commodité de représentation tridimensionnelle, étant entendu qu'il s'agit de miroirs sphériques. Le coupleur de sortie 16 est fixe. En outre, il est adapté à transmettre un rayonnement à au moins une partie de la ou chaque longueur d'onde d'émission ÀE.According to the invention, this object is achieved by a laser system comprising a pumping source adapted to excite a transition to at least one pump wavelength. The laser system comprises a plurality of solid organic amplifier elements comprising a first layer having a thickness of less than 100 μm and a gain medium contained in the first layer and adapted to emit light radiation at a stimulated emission wavelength. different under the effect of excitation at least one pump wavelength. At least two gain media of two amplifying elements of the plurality of amplifier elements are adapted to emit light at different stimulated emission wavelengths under at least one wavelength excitation. pump. The laser system includes an organic laser adapted to emit a laser beam at a plurality of emission wavelengths including a fixed output coupler adapted to transmit radiation to at least a portion of the or each wavelength of transmission, a support capable of accommodating an amplifier element among the plurality of amplifier elements in an identical position with respect to the output coupler for each amplifier element of the plurality of amplifier elements and such that for an amplifier element in the position, the laser emits a laser beam from the light radiation of the gain medium when the gain medium is excited by the pump source. According to particular embodiments, the laser system comprises one or more of the following characteristics, taken individually or in any technically possible combination: for all the amplifying elements in the position, the laser emits a laser beam presenting an M2 factor less than 2.0. for all the amplifying elements in the position, the laser emits a laser beam having a factor M2 less than 1.2. the materials of the gain media are chosen so that the laser emits laser beams at wavelengths between 380 nm and 800 nm. each amplifier element of the plurality of amplifier elements is a consumable. the laser has a cavity defining a laser emission direction and the pump source is an optical source emitting at least one pump wavelength in a non-perpendicular direction with the laser emission direction. the support is a mobile disk in rotation comprising housings for several amplifying elements. the support is a fixed base comprising a housing for an amplifier element. each amplifying element comprises a second layer serving to support the first layer, the second layer being in a solid material transparent to the or each emission wavelength, and the amplifying element comprises a third layer placed on a face of the first layer, the other side of the first layer being in contact with the second layer, the third layer being airtight. The invention also relates to a method for modifying the emission wavelength of a laser of the system as described above, the method comprising the steps of choosing at least one emission wavelength, choice an amplifier element among the plurality of amplifier elements as a function of the selected transmission wavelength and positioning of the amplifier element at the position. The present invention also relates to the use of the laser system as described above to perform the spectroscopy of a molecule. Other features and advantages of the invention will appear on reading the following detailed description of embodiments of the invention, given by way of example only and with reference to the drawings which show: FIG. schematic of a laser system according to the invention; - Figure 2, a view of an amplifier element according to the invention in cross section along the axis II-II shown in Figure 1; FIG. 3, a view of a laser system according to another embodiment of the invention; - Figure 4, a view of a laser system according to yet another embodiment of the invention, and - Figure 5, a graph illustrating the tunability obtained by a laser system according to the invention. The laser system 8 according to the invention comprises a laser 10. The laser 10 is adapted to emit a laser beam at a plurality of emission wavelengths λ. In what follows, by abuse of language, the expressions "the laser 10 emits at AE" or "the laser 10 emits at one (or more) wavelengths" are used to signify that the laser emits a laser beam at one (or more) emission wavelengths λE. The laser 10 thus comprises a cavity 12 formed by an input mirror 14 and an output coupler 16. According to the example of FIG. 1, the mirror 14 and the coupler 16 appear as cylindrical mirrors for the convenience of three-dimensional representation. it being understood that they are spherical mirrors. The output coupler 16 is fixed. In addition, it is adapted to transmit radiation to at least a portion of the or each emission wavelength λE.
Le système laser 8 comporte également une source 18 de pompage. La source de pompage 18 est adaptée à exciter des molécules présentant une absorption non nulle à au moins une longueur d'onde de pompe À. En particulier, la source 18 peut être un laser. Notamment, un laser Nd-YAG doublé ou triplé en fréquence est particulièrement intéressant. Un laser Nd-YAG est un laser utilisant un cristal Nd-YAG (acronyme du nom anglais : neodymium-doped yttrium aluminium garnet) ou de grenat d'yttrium-aluminium dopé au néodyme (formule chimique Nd :Y3A15012). Le dopant du néodyme triplement ionisé remplace de manière typique l'yttrium dans la matrice cristalline, les deux éléments ayant une taille similaire. Un laser Nd-YAG doublé émet à une longueur d'onde de 532 nanomètres (nm) alors qu'un laser Nd-YAG triplé émet à une longueur d'onde de 355 nm. En variante, la source 18 est une diode laser émettant des ondes ayant une longueur d'onde par exemple autour de 400 nm. Selon un autre mode de réalisation, la source 18 de pompage est une pluralité de diodes électroluminescentes. Pour les applications visées, la ou les longueur(s) d'onde de pompe émise(s) par la source 18 sont comprises entre 150 et 700 nm, préférentiellement entre 335 nm et 532 nm. Le système laser 8 comprend aussi un élément amplificateur 20 organique, cet élément amplificateur 20 comprenant des molécules adaptées à émettre un rayonnement lumineux à des longueurs d'onde d'émission stimulée sous l'effet d'une excitation à la au moins une longueur d'onde de pompe À. Selon l'exemple de la figure 1, l'élément amplificateur 20 se présente sous la forme d'un cylindre dont la base est un disque. Ce disque peut être de taille dite « standard », c'est-à-dire un disque d'un pouce de diamètre (soit 2,54 centimètres (cm)). Le laser 10 comporte un support 21 susceptible d'accueillir l'élément amplificateur 20 dans une position P par rapport au coupleur 16 dans laquelle le laser 10 émet un faisceau laser. Dans la position P, la source 18 de pompage sert ainsi à exciter les molécules de l'élément amplificateur 20 organique. Pour le cas d'une source 18 de pompage de type optique, l'élément amplificateur est adapté à émettre de la lumière laser à la longueur d'onde Às sous l'effet d'un pompage aux longueurs d'onde de la pompe À. Dans le cas particulier de la figure 1, le support 21 est un disque 21 mobile en rotation autour d'un axe X sensiblement parallèle à l'axe de la cavité 12. Le disque 21 comporte, par exemple, neuf logements pour les éléments amplificateurs 20. Dans l'exemple de la figure 1, le disque 21 comporte ainsi neuf éléments amplificateurs 20A, 20B, 200, 20D, 20D, 20E, 20E, 20F, 20F, 20G, 20H et 201. Les neufs éléments amplificateurs 20A, 20B, 200, 20G, 20H et 201 sont organiques et comportent des molécules adaptées à émettre un rayonnement lumineux à des longueurs d'onde d'émission stimulée sous l'effet d'une excitation à au moins une longueur d'onde de pompe À. En outre, chaque élément amplificateur 20A, 20B, 200, 20D, 20E, 20F, 20G, 20H et 201 est un milieu solide comportant au moins une première couche 24. La coupe de l'élément amplificateur 20A de la figure 2 illustre schématiquement que les molécules adaptées à émettre un rayonnement lumineux forment un milieu à gain 22 organique contenu dans la première couche 24 de l'élément amplificateur 20. Dans le cadre de cette invention, l'expression « contenu » signifie que les molécules adaptées à émettre un rayonnement sont dans la première couche 24 et, si elles sont présentes dans d'autre couche, c'est à l'état de trace. A titre d'exemple, les quatre éléments amplificateurs 20A, 20B, 200 et 20D sont quatre modes de réalisations distincts pour le milieu à gain 22. Pour l'élément amplificateur 20A, le milieu à gain 22 est un semi-conducteur organique se présentant sous la forme de polymères conjugués. Plus précisément, le milieu à gain 22 de l'élément amplificateur 20A est du poly [2-méthoxy-5-(2-éthyl-hexyloxy)-1,4- thénylène-vinylène] (aussi désigné sous l'acronyme MEH-PPV). Ce milieu à gain 22 présente une accordabilité comprise entre 560 et 650 nm. En variante, le milieu à gain 22 de l'élément amplificateur 20A est du poly[(9, 9-di-noctylfluorény1-2,7-diy1)-alt-(benzo[2,1,3] thiadiazol-4,8-diy1)] aussi désigné sous l'acronyme F8BT. Cet exemple de milieu à gain 22 avec des polymères conjugués présente une accordabilité comprise entre 530 et 600 nm. Dans le cas de l'élément amplificateur 20B, le milieu à gain 22 est un colorant pur. Plus précisément, le milieu à gain 22 de l'élément amplificateur 20B est du 4-di4'-tertbutylbiphény1-4-y1 amino-4'-dicianovinylbenzène est utilisée comme colorant pour le milieu à gain 22. Cette molécule est aussi connue sous l'acronyme FVIN. Sous un pompage approprié, le milieu à gain 22 de l'élément amplificateur 20B octroie au laser 10 une plage d'accordabilité comprise entre 590 nm et 630 nm. Selon la variante de l'élément amplificateur 200, le milieu à gain 22 comporte plusieurs petites molécules. La première couche 24 de l'élément amplificateur 200 est alors un mélange de colorants. Par exemple, le milieu à gain 22 de l'élément amplificateur 200 est le mélange de la molécule 4-(diacinométhylène)-2-méthy1-6-p-di-méthylaminostyry1)-4H-pian] (aussi désignée sous l'acronyme DOM) qui est dopée dans une molécule de tris (8- hydroxyquinoline) aluminium (111) (aussi désignée sous l'acronyme Alq 3). L'élément amplificateur 20D comporte une première couche 24 selon encore une autre variante. Dans ce cas, la première couche 24 de l'élément amplificateur 20D comprend un colorant dopé dans un polymère non conducteur.The laser system 8 also includes a source 18 for pumping. The pump source 18 is adapted to excite molecules having non-zero absorption at at least one pump wavelength λ. In particular, the source 18 may be a laser. In particular, a doubled or tripled frequency Nd-YAG laser is particularly interesting. An Nd-YAG laser is a laser using an Nd-YAG crystal (acronym of the English name: neodymium-doped yttrium aluminum garnet) or neodymium-doped yttrium-aluminum garnet (Nd: Y3A15012 chemical formula). The dopant of the triply ionized neodymium typically replaces yttrium in the crystalline matrix, the two elements having a similar size. A doubled Nd-YAG laser emits at a wavelength of 532 nanometers (nm) while a tripled Nd-YAG laser emits at a wavelength of 355 nm. In a variant, the source 18 is a laser diode emitting waves having a wavelength for example around 400 nm. In another embodiment, the pump source 18 is a plurality of light-emitting diodes. For the targeted applications, the pump wavelength (s) emitted by the source 18 are between 150 and 700 nm, preferably between 335 nm and 532 nm. The laser system 8 also comprises an organic amplifier element 20, this amplifying element 20 comprising molecules adapted to emit light radiation at stimulated emission wavelengths under the effect of excitation at least one length of time. pump wave. According to the example of Figure 1, the amplifier element 20 is in the form of a cylinder whose base is a disk. This disk can be of so-called "standard" size, that is to say a disk one inch in diameter (2.54 cm (cm)). The laser 10 comprises a support 21 capable of accommodating the amplifier element 20 in a position P with respect to the coupler 16 in which the laser 10 emits a laser beam. In the P position, the pump source 18 thus serves to excite the molecules of the organic enhancer element. For the case of an optical type pumping source 18, the amplifying element is adapted to emit laser light at the wavelength λs under the effect of pumping at the wavelengths of the pump. . In the particular case of FIG. 1, the support 21 is a disc 21 rotatable about an axis X substantially parallel to the axis of the cavity 12. The disc 21 comprises, for example, nine housings for the amplifying elements 20. In the example of FIG. 1, the disc 21 thus comprises nine amplifying elements 20A, 20B, 200, 20D, 20D, 20E, 20E, 20F, 20F, 20G, 20H and 201. The nine amplifying elements 20A, 20B , 200, 20G, 20H and 201 are organic and comprise molecules adapted to emit light radiation at stimulated emission wavelengths under the effect of excitation at at least one pump wavelength λ. In addition, each amplifier element 20A, 20B, 200, 20D, 20E, 20F, 20G, 20H and 201 is a solid medium comprising at least a first layer 24. The section of the amplifier element 20A of FIG. 2 schematically illustrates that the molecules adapted to emit light radiation form an organic gain medium 22 contained in the first layer 24 of the amplifying element 20. In the context of this invention, the expression "content" means that the molecules adapted to emit radiation are in the first layer 24 and, if present in another layer, it is in the trace state. By way of example, the four amplifying elements 20A, 20B, 200 and 20D are four distinct embodiments for the gain medium 22. For the amplifier element 20A, the gain medium 22 is an organic semiconductor presenting itself. in the form of conjugated polymers. More specifically, the gain medium 22 of the enhancer element 20A is poly [2-methoxy-5- (2-ethylhexyloxy) -1,4-thenylenevinylene] (also referred to as MEH-PPV). ). This gain medium 22 has a tunability of between 560 and 650 nm. Alternatively, the gain medium 22 of the enhancer element 20A is poly [(9,9-di-noctylfluorinyl) -2,7-diyl) -alt- (benzo [2,1,3] thiadiazole-4,8 -diy1)] also referred to as F8BT. This example of a gain medium 22 with conjugated polymers has a tunability of between 530 and 600 nm. In the case of the amplifier element 20B, the gain medium 22 is a pure dye. More precisely, the gain medium 22 of the enhancer element 20B is 4-di4'-tert-butylbiphenyl-4-yl amino-4'-dianovinylbenzene and is used as the dye for the gain medium 22. This molecule is also known as acronym FVIN. Under appropriate pumping, the gain medium 22 of the amplifier element 20B provides the laser 10 with a tuning range of between 590 nm and 630 nm. According to the variant of the amplifier element 200, the gain medium 22 comprises several small molecules. The first layer 24 of the amplifier element 200 is then a mixture of dyes. For example, the gain medium 22 of the enhancer element 200 is the mixture of the 4- (diacinomethylene) -2-methyl-6-p-dimethylaminostyryl) -4H-pian molecule (also referred to by the acronym DOM) which is doped in a molecule of tris (8-hydroxyquinoline) aluminum (111) (also referred to as Alq 3). The amplifier element 20D comprises a first layer 24 according to yet another variant. In this case, the first layer 24 of the amplifier element 20D comprises a dye doped in a non-conductive polymer.
Selon l'exemple de l'élément amplificateur 20D, le polymère non conducteur est du PMMA. Le PMMA est du polyméthacrylate de méthyle. Le PMMA procure de nombreux avantages dont principalement sa transparence et sa résistance. Le PMMA remplace ainsi le verre ordinaire du fait de sa meilleure transmission de la lumière (soit une transmission théorique de 99,98 % à 500 nm et pour une première couche 24 de 1 cm de long ; cette valeur ne tient pas compte des réflexions de Fresnel aux interfaces et des éventuels défauts qui peuvent amener de la diffusion). Le colorant employé dans le mélange avec le PMMA est de la rhodamine 6G dans le cas de l'élément amplificateur 20D. Un tel colorant permet au laser 10 d'émettre un faisceau laser dont les longueurs d'onde sont comprises entre 550 nm et 590 nm. D'autres colorants sont envisageables comme la coumarine 450, résultant en une plage d'accordabilité comprise entre 430 nm et 480 nm ou le pyrrométhène 597 permettant au laser 10 d'émettre une pluralité d'ondes dont la longueur d'onde d'émission est comprise entre 550 nm et 610 nm. Les trois molécules de colorants citées ici ne sont que quelques exemples parmi les centaines de molécules qui peuvent exister dans le commerce. L'épaisseur el de la première couche 24 est inférieure à 100 micromètres (pm). Une telle épaisseur el rend l'élément amplificateur 20 facile à réaliser, ce qui diminue son coût de fabrication. De préférence, pour améliorer encore cet effet, l'épaisseur el de la première couche 24 est comprise entre 100 nm et 20 pm. Pour obtenir des épaisseurs el aussi minces, il est mis en oeuvre des procédés de fabrication de la première couche 24 qui sont des méthodes connues. A titre d'exemple, la technique d'enduction centrifuge peut être utilisée. L'enduction centrifuge aussi appelée dépôt à la tournette (plus connue sous son nom anglais de spin coating) est une méthode très répandue de déposition de couche mince sur une surface plane. Cette méthode consiste à déposer une goutte sur un plateau tournant, la goutte s'étalant alors par centrifugation, pour former une couche. L'épaisseur de la couche déposée dépend de plusieurs facteurs. Certains facteurs sont liés à la manière dont la méthode est mise en oeuvre comme la vitesse angulaire (plus elle est grande, plus l'épaisseur sera fine), l'accélération (plus elle est grande, plus l'épaisseur sera fine) ou le temps de l'opération (plus l'opération est longue, plus la couche est fine dans une moindre mesure). D'autres facteurs sont liés au composé déposé : la quantité déposée (en général une ou quelques gouttes), sa concentration dans le solvant, sa masse molaire, sa viscosité, etc... De manière alternative, une méthode de dip-coating peut être utilisée pour fabriquer la première couche 24. Cette technique s'appuie sur un principe similaire à l'enduction centrifuge. Mais, dans ce cas, le substrat est trempé dans la solution et il est retiré avec une vitesse et un angle contrôlés.According to the example of the amplifier element 20D, the non-conductive polymer is PMMA. PMMA is polymethyl methacrylate. PMMA has many advantages, mainly its transparency and resistance. PMMA thus replaces ordinary glass because of its better transmission of light (ie a theoretical transmission of 99.98% at 500 nm and for a first layer 24 of 1 cm long, this value does not take into account the reflections of Fresnel interfaces and possible defects that can lead to diffusion). The dye employed in mixing with PMMA is rhodamine 6G in the case of the 20D amplifier element. Such a dye allows the laser 10 to emit a laser beam whose wavelengths are between 550 nm and 590 nm. Other dyes are conceivable, such as coumarin 450, resulting in a tuning range between 430 nm and 480 nm, or pyromethene 597 enabling laser 10 to emit a plurality of waves whose emission wavelength is between 550 nm and 610 nm. The three dye molecules mentioned here are just a few of the hundreds of molecules that can exist commercially. The thickness e1 of the first layer 24 is less than 100 micrometers (μm). Such a thickness el makes the amplifier element 20 easy to achieve, which reduces its manufacturing cost. Preferably, to further improve this effect, the thickness e1 of the first layer 24 is between 100 nm and 20 μm. In order to obtain such thin thicknesses, methods of manufacturing the first layer 24 which are known methods are used. By way of example, the centrifugal coating technique can be used. Centrifugal coating, also known as spin coating, is a widely used method of thin film deposition on a flat surface. This method consists in depositing a drop on a rotating plate, the drop then spreading by centrifugation, to form a layer. The thickness of the deposited layer depends on several factors. Some factors are related to the way the method is implemented, such as the angular velocity (the larger it is, the thinner the thickness will be), the acceleration (the bigger it is, the thinner the thickness will be) or the time of the operation (the longer the operation, the thinner the layer is to a lesser extent). Other factors are related to the deposited compound: the amount deposited (generally one or a few drops), its concentration in the solvent, its molar mass, its viscosity, etc. Alternatively, a dip-coating method can be used to manufacture the first layer 24. This technique is based on a principle similar to centrifugal coating. But in this case, the substrate is soaked in the solution and is removed with controlled speed and angle.
En variante, une autre méthode dite de « doctor blading » est employable. Selon ce procédé, une lame de rasoir subit une translation à une distance définie du substrat dans le but d'étaler le matériau organique. La vitesse de translation et la hauteur de la lame permettent de définir l'épaisseur finale de la première couche 24. D'autres méthodes sont également envisageables. Ainsi, des techniques d'impression telles que le dépôt par jet d'encre peuvent être utilisées. Les méthodes citées sont notamment employées pour les milieux à gains 22 qui impliquent l'utilisation de polymères, qu'ils soient conjugués ou non. Lorsque le milieu à gain 22 est un colorant pur comme dans le cas de l'élément amplificateur 20B, des techniques différentes que celles en solution décrites précédemment peuvent être utilisées. Notamment, l'évaporation thermique est une technique envisageable pour des molécules de petites tailles. Les molécules évaporables sont des molécules neutres électriquement dont la masse molaire est suffisamment faible pour qu'elles puissent être évaporées à une température inférieure à leur température de dégradation. Typiquement, cela concerne les molécules organiques de quelques centaines de g/mol, petits oligomères, et exclut les polymères qui ont des masses molaires pouvant atteindre des centaines de milliers de g/mol. L'évaporation thermique consiste à mettre les molécules de colorants purs dans un creuset et à les chauffer ce qui provoque leur évaporation. Cette évaporation a lieu dans une enceinte à vide entraînant le dépôt sur le substrat en haut de l'enceinte. L'élément amplificateur 20 de la figure 2 présente, dans le cas de cet exemple, une deuxième couche 26 servant de support à la première couche 24. Le matériau M2 de la deuxième couche 26 est un matériau solide transparent à la ou chaque longueur d'onde de pompe À. Il est en outre transparent à la ou chaque longueur d'onde d'émission ÀE du laser 10 et à la ou chaque longueur d'onde d'émission Às des molécules du milieu à gain 22. Le matériau M2 de la deuxième couche 26 est notamment une lame de verre, du quartz, du plastique ou tout autre matériau transparent à la longueur d'onde d'émission ÀE du laser 10. L'épaisseur e2 de la deuxième couche 26 est inférieure à 2 mm. Tout en restant dans le cadre de l'invention, l'exemple présenté à la figure 2 pour l'élément amplificateur 20 est susceptible de multiples modifications. Ainsi, selon un mode de réalisation particulier, la deuxième couche 26 comprend le miroir 14 d'entrée. C'est la variante décrite par la figure 3. Une telle cavité est dite VECSOL par analogie avec les cavités VECSEL. Une cavité VECSEL est une diode laser à cavité externe verticale émettant par la surface qui est un type de diode laser à semi-conducteur émettant un rayon laser perpendiculairement à la surface, contrairement aux lasers conventionnels à semiconducteur émettant par la tranche.Alternatively, another method called "doctor blading" is employable. According to this method, a razor blade is translated at a defined distance from the substrate for the purpose of spreading the organic material. The speed of translation and the height of the blade make it possible to define the final thickness of the first layer 24. Other methods are also conceivable. Thus, printing techniques such as ink jet deposition can be used. The methods cited are especially used for gain media which involve the use of polymers, whether conjugated or not. When the gain medium 22 is a pure dye as in the case of the amplifier element 20B, different techniques than those in solution described above can be used. In particular, thermal evaporation is a feasible technique for small molecules. The evaporable molecules are electrically neutral molecules whose molar mass is sufficiently small so that they can be evaporated at a temperature below their degradation temperature. Typically, this concerns organic molecules of a few hundred g / mol, small oligomers, and excludes polymers which have molar masses of up to hundreds of thousands of g / mol. Thermal evaporation consists of putting the pure dye molecules in a crucible and heating them, which causes them to evaporate. This evaporation takes place in a vacuum chamber causing deposition on the substrate at the top of the enclosure. The amplifier element 20 of FIG. 2 has, in the case of this example, a second layer 26 serving to support the first layer 24. The material M2 of the second layer 26 is a solid material transparent to the or each length of pump wave. It is also transparent to the or each emission wavelength λE of the laser 10 and to the or each emission wavelength λs of the gain medium molecules 22. The material M2 of the second layer 26 is in particular a glass slide, quartz, plastic or any other material transparent to the emission wavelength λE of the laser 10. The thickness e2 of the second layer 26 is less than 2 mm. While remaining within the scope of the invention, the example shown in Figure 2 for the amplifier element 20 is capable of multiple modifications. Thus, according to a particular embodiment, the second layer 26 comprises the input mirror 14. This is the variant described in Figure 3. Such a cavity is called VECSOL by analogy with cavities VECSEL. A VECSEL cavity is a surface-emitting vertical external cavity laser diode which is a type of semiconductor laser diode emitting a laser beam perpendicular to the surface, in contrast to conventional wafer-emitting semiconductor lasers.
Il est à noter que, dans chacun des modes de réalisations, le coupleur de sortie 16 est placé à distance de l'élément amplificateur 20. Ainsi, la cavité 12, au sens de l'invention, n'est pas une cavité 12 réalisée entièrement par des couches de l'élément amplificateur 20. Il est également envisageable que l'élément amplificateur 20 comporte une troisième couche placée entre une face de la première couche 24 et l'air, l'autre face de la première couche 24 étant en contact avec la deuxième couche 26. Cette troisième couche peut être en contact avec la couche 24 ou séparée d'elle par un espace d'air, de vide ou de gaz. La troisième couche est étanche à l'air et à l'humidité. Une telle propriété permet d'augmenter fortement la durée de vie de la couche comportant le milieu à gain organique. L'augmentation de la durée de vie de l'élément amplificateur 20 peut également être obtenue avec un support 21 comportant un moyen de translation latérale de l'élément amplificateur 20, cette translation permettant que l'élément amplificateur 20 reste dans le même plan mais que la zone impactée par les rayons lumineux circulant dans la cavité 12 soit différente. Ainsi, plusieurs zones actives de la première couche 24 sont utilisables. Cela est particulièrement intéressant lorsqu'une zone active du milieu à gain 22 est photoblanchie. Il suffit alors d'utiliser le moyen de translation pour pomper une zone différente de la première couche 24. Si un élément amplificateur 20 de taille standard est utilisé, à savoir un disque d'un pouce de diamètre (soit 2,54 cm) et qu'une zone active est un cercle de diamètre inférieur à 1 mm, il existe alors plus de cent cinquante zones actives dans la première couche 24. Ainsi, l'utilisation d'un moyen de translation permet d'augmenter la durée de vie de l'élément amplificateur 20 par un facteur 150. En outre, comme les dimensions transverses de l'élément amplificateur 20 ne sont pas limitées a priori, un élément amplificateur 20 de plus grandes dimensions peut être considéré. Ainsi, pour une plaque de surface carrée, par exemple de 5 cm par 5 cm, huit cent zones actives sont disponibles. D'après les études effectuées par la demanderesse, la durée de vie d'un laser 10 définie comme le temps au bout duquel l'énergie de sortie du laser a été divisée par deux varie suivant les composés et la puissance de pompage entre 500 et 25 000 secondes par zone active (à une cadence de 10 Hertz (Hz)). Ce chiffre peut même atteindre un million de secondes en présence d'une protection vis-à-vis de l'oxygène de l'air (à 10 Hz). Un élément amplificateur 20 sous la forme d'une plaque ayant une surface carrée de 5 cm par 5 cm avec un système de translation a donc une durée de vie comprise entre 100 et 5 500 heures. Ceci est largement suffisant pour la plupart des applications. En outre, si une durée plus importante est requise, il suffit de remplacer l'élément amplificateur 20 usé par un autre élément amplificateur 20 neuf.It should be noted that, in each of the embodiments, the output coupler 16 is placed at a distance from the amplifier element 20. Thus, the cavity 12, in the sense of the invention, is not a cavity 12 made entirely by layers of the amplifier element 20. It is also conceivable that the amplifier element 20 comprises a third layer placed between one face of the first layer 24 and the air, the other face of the first layer 24 being in contact with the second layer 26. This third layer may be in contact with the layer 24 or separated from it by a space of air, vacuum or gas. The third layer is airtight and moisture-proof. Such a property makes it possible to greatly increase the lifetime of the layer comprising the organic gain medium. The increase in the lifetime of the amplifier element 20 can also be obtained with a support 21 comprising a lateral translation means of the amplifier element 20, this translation allowing the amplifier element 20 to remain in the same plane but that the area impacted by the light rays flowing in the cavity 12 is different. Thus, several active areas of the first layer 24 are usable. This is particularly interesting when an active area of gain medium 22 is photoblanked. It then suffices to use the translational means to pump a different zone from the first layer 24. If a standard size amplifier element 20 is used, namely a disk one inch in diameter (ie 2.54 cm) and that an active zone is a circle with a diameter of less than 1 mm, there are then more than one hundred and fifty active zones in the first layer 24. Thus, the use of a translation means makes it possible to increase the service life of the amplifying element 20 by a factor 150. In addition, since the transverse dimensions of the amplifier element 20 are not limited a priori, an amplifying element 20 of larger dimensions can be considered. Thus, for a square surface plate, for example 5 cm by 5 cm, eight hundred active zones are available. According to the studies carried out by the applicant, the life of a laser 10 defined as the time after which the output energy of the laser has been divided by two varies according to the compounds and the pumping power between 500 and 25,000 seconds per active zone (at a rate of 10 Hertz (Hz)). This figure can even reach a million seconds in the presence of a protection vis-à-vis the oxygen of the air (at 10 Hz). An amplifier element 20 in the form of a plate having a square area of 5 cm by 5 cm with a translation system therefore has a life of between 100 and 5500 hours. This is more than enough for most applications. In addition, if a longer time is required, simply replace the used amplifier element 20 with another new amplifier element 20.
En effet, selon l'invention, chaque élément amplificateur 20 est un consommable, c'est-à-dire un objet jetable de remplacement aisé et de faible coût. De fait, il est proposé, dans ce système laser 8, des éléments amplificateurs 20 interchangeables. Dans le contexte de cette invention, il est entendu par le terme « interchangeable » que les éléments amplificateurs 20 sont non seulement substituables mais également que le remplacement d'un élément amplificateur 20 par un autre est aisé. Cette facilité de remplacement est notamment permise par le fait que la position P dans laquelle le support 21 positionne l'élément amplificateur 20 est identique pour tous les éléments amplificateurs 20 considérés. Ainsi, à titre d'exemple, selon la figure 1, pour remplacer l'élément amplificateur 20 par l'élément amplificateur 20A, il suffit d'effectuer une rotation du support 21 autour de son axe X. D'autres formes de support 21 permettent d'obtenir cette interchangeabilité. Selon l'exemple de la figure 4, il est proposé un support 21 sous la forme d'une embase rectangulaire. Le support 21 présente un trou circulaire permettant d'accueillir un élément amplificateur 20. Ce support 21 présentant une traverse 30 supérieure mobile en rotation autour d'un axe 32 placé à une des extrémités de la traverse 30. Dans cette variante, il suffit, pour remplacer un élément amplificateur 20A par un autre élément amplificateur 20B, de faire tourner la traverse 30 autour de l'axe 32 pour avoir accès à l'élément amplificateur 20A, de récupérer l'élément amplificateur 20A, de positionner le nouvel élément amplificateur 20B et de faire tourner la traverse 30 dans le sens inverse. La facilité de remplacement d'un élément amplificateur 20 par un autre est aussi permise par le fait que chaque élément amplificateur 20 est un milieu solide comportant au moins une première couche 24 présentant une épaisseur el inférieure à 100 pm. Avec une pluralité de éléments amplificateurs 20 tels qu'au moins deux éléments amplificateurs 20 parmi la pluralité d'éléments amplificateurs 20 comprennent des molécules adaptées à émettre un rayonnement lumineux à des longueurs d'onde d'émission stimulée Às1 et Às2 qui sont différentes, le laser 10 peut émettre une pluralité de longueurs d'ondes lorsque la source 18 de pompage fonctionne. Or, l'accordabilité du laser 10 avec un seul élément amplificateur 20 est supérieure à 15 nm, préférablement supérieure à 30 nm. En cumulant ces accordabilités pour plusieurs éléments amplificateurs 20 dont les longueurs d'onde d'émission stimulée sont distinctes, la plage d'émission du système laser 8 peut devenir très étendue lorsque l'intégralité des éléments amplificateurs 20 est prise en compte. Le laser 10 peut notamment émettre entre 380 nm et 800 nm. Il ne s'agit pas d'un laser « blanc » puisque l'émission d'un seul élément amplificateur 20 est réduite à une gamme spectrale d'une cinquantaine de nanomètres environ mais, le laser 10 peut émettre continûment sur tout le spectre visible moyennant le remplacement des milieux à gains 22. Pour permettre d'obtenir un spectre contrôlable et un changement de longueur d'onde d'émission pour un élément amplificateur 20 donné, comme visible à la figure 1, le laser 10 comprend en outre, un système 34 de sélection de la longueur d'onde. Dans le laser 10 de la figure 1, le contrôle de la longueur d'onde se fait grâce au système 34 de sélection de la longueur d'onde. Notamment, le système 34 est un système dispersif tel qu'un prisme, un réseau (gravé en surface ou un réseau de Bragg volumique), un filtre biréfringent (comme un filtre de Lyot) ou un étalon Fabry-Pérot. Par exemple, dans le cas d'un filtre de type Fabry-Pérot inséré dans la cavité 12, une rotation de ce filtre le long d'un axe compris dans un de ses plans fait varier son épaisseur optique. En variante, cet effet Fabry-Pérot est obtenu grâce à la première couche 24 elle-même, pourvu que son épaisseur varie. Il est également possible d'inclure dans la cavité des cristaux non-linéaires tels que le bétaborate de baryum (13-BaB204), le triborate de lithium (LiB305) ou tout autre cristal adapté pour doubler ou tripler la fréquence d'un laser. Il est alors possible d'avoir accès par exemple à une source accordable d'un ultraviolet profond si le laser initial émet dans le rouge (doublement de fréquences) ou dans un autre domaine de longueur d'onde en tirant profit de différents mécanismes appartenant à l'optique non-linéaire. La somme de fréquence ou la différence de fréquence en sont des exemples connus. En outre, le faisceau en sortie du laser 10 présente un facteur M2 inférieur à 2,0 et préférentiellement inférieur à 1,2. Le facteur M2, aussi appelé facteur de qualité de faisceau ou facteur de propagation de faisceau, est une mesure usuelle de la qualité de faisceau d'un faisceau laser. Selon la norme ISO 11146, il est défini comme le produit du waist (col Gaussien) du faisceau par la demi-divergence du faisceau mesuré en champ lointain divisé par X/rr où X est la longueur d'onde. Ce paramètre correspond au produit obtenu si on considère un faisceau gaussien du laser limité par la diffraction à la même longueur d'onde. Autrement dit, il peut être écrit que la demi-divergence angulaire du faisceau lumineux est donnée par l'expression mathématique suivante : 0 = M2 Xer. w0), où : - 0 est la demi-divergence angulaire du faisceau lumineux ; - wo est le rayon du faisceau au waist ; et - X la longueur d'onde du faisceau laser.Indeed, according to the invention, each amplifier element 20 is a consumable, that is to say a disposable object of easy replacement and low cost. In fact, it is proposed in this laser system 8, interchangeable amplifier elements. In the context of this invention, it is understood by the term "interchangeable" that the amplifier elements 20 are not only substitutable but also that the replacement of an amplifier element 20 by another is easy. This ease of replacement is notably enabled by the fact that the position P in which the support 21 positions the amplifier element 20 is identical for all the amplifier elements considered. Thus, by way of example, according to FIG. 1, to replace the amplifying element 20 with the amplifying element 20A, it suffices to rotate the support 21 about its axis X. Other forms of support 21 allow to obtain this interchangeability. According to the example of Figure 4, there is provided a support 21 in the form of a rectangular base. The support 21 has a circular hole for accommodating an amplifier element 20. This support 21 having an upper crosspiece movable in rotation about an axis 32 placed at one end of the cross member 30. In this variant, it suffices, to replace an amplifier element 20A with another amplifier element 20B, to rotate the cross member 30 about the axis 32 to access the amplifier element 20A, to recover the amplifier element 20A, to position the new amplifier element 20B and rotate the cross member 30 in the opposite direction. The ease of replacing an amplifier element 20 with another is also enabled by the fact that each amplifier element 20 is a solid medium having at least a first layer 24 having a thickness el of less than 100 μm. With a plurality of amplifier elements 20 such that at least two of the plurality of amplifier elements 20 comprise molecules adapted to emit light radiation at stimulated emission wavelengths λs 1 and λs 2 which are different, the laser 10 can emit a plurality of wavelengths when the pump source 18 operates. However, the tunability of the laser 10 with a single amplifier element 20 is greater than 15 nm, preferably greater than 30 nm. By combining these tunings for several amplifying elements 20 whose stimulated emission wavelengths are distinct, the emission range of the laser system 8 can become very extensive when the entirety of the amplifier elements 20 is taken into account. The laser 10 may in particular emit between 380 nm and 800 nm. It is not a "white" laser since the emission of a single amplifier element 20 is reduced to a spectral range of about fifty nanometers but, the laser 10 can emit continuously over the entire visible spectrum by means of the replacement of the gain media 22. In order to obtain a controllable spectrum and an emission wavelength change for a given amplifier element 20, as can be seen in FIG. 1, the laser 10 further comprises a system 34 for selecting the wavelength. In the laser 10 of FIG. 1, the control of the wavelength is carried out thanks to the system 34 of selection of the wavelength. In particular, the system 34 is a dispersive system such as a prism, a grating (surface etched or a volume Bragg grating), a birefringent filter (such as a Lyot filter) or a Fabry-Perot etalon. For example, in the case of a Fabry-Perot type filter inserted into the cavity 12, a rotation of this filter along an axis included in one of its planes varies its optical thickness. As a variant, this Fabry-Perot effect is obtained thanks to the first layer 24 itself, provided that its thickness varies. It is also possible to include in the cavity nonlinear crystals such as barium betaborate (13-BaB204), lithium triborate (LiB305) or any other crystal adapted to double or triple the frequency of a laser. It is then possible to have access for example to a tunable source of a deep ultraviolet if the initial laser emits in the red (doubling of frequencies) or in another wavelength range by taking advantage of various mechanisms belonging to nonlinear optics. The frequency sum or the frequency difference are known examples. In addition, the output beam of the laser 10 has a factor M2 less than 2.0 and preferably less than 1.2. M2 factor, also known as beam quality factor or beam propagation factor, is a common measure of the beam quality of a laser beam. According to ISO 11146, it is defined as the product of the waist (Gaussian collar) of the beam by the half divergence of the measured beam in far field divided by X / rr where X is the wavelength. This parameter corresponds to the product obtained if we consider a Gaussian beam of the laser limited by diffraction at the same wavelength. In other words, it can be written that the angular half-divergence of the light beam is given by the following mathematical expression: 0 = M2 Xer. w0), where: - 0 is the angular half-divergence of the light beam; - wo is the radius of the beam at the waist; and X the wavelength of the laser beam.
Selon le standard ISO 11146, le facteur M2 est calculé en mesurant l'évolution du rayon du faisceau le long de la direction de propagation (cette évolution est aussi appelée caustique). Des méthodes alternatives basées sur des mesures de front d'onde comme des mesures par Shark-Hartmann existent également mais ne sont pas considérées dans le cadre de cette invention, le facteur M2 étant défini selon la norme 11146. La bonne qualité de faisceau est notamment rendue possible par un pompage longitudinal, c'est-à-dire que le pompage de la cavité 12 est non perpendiculaire à la direction d'émission du laser 10, et préférablement avec un angle inférieur à 20°, voire sensiblement égal à 0°. Il peut ainsi être obtenu un faisceau de sortie limité par la diffraction. De plus, le rendement défini comme l'énergie de sortie sur l'énergie de pompe est relativement élevé, de l'ordre de plusieurs dizaines de pourcents. La structure traditionnelle du laser avec une cavité externe par rapport aux solutions dites DBR (acronyme anglais pour Distributed Bragg Reflector) ainsi que le pompage longitudinal de la cavité expliquent une telle efficacité. Le pompage longitudinal permet, en effet, un recouvrement parfait du faisceau de pompe et du mode laser. Il en résulte une efficacité maximale. Ainsi, le système laser 8 permet d'éviter les difficultés pratiques de l'utilisation d'un laser à colorant liquide tout en conservant l'avantage d'une grande accordabilité. De plus, les risques toxiques sont limités du fait que les milieux à gain 22 utilisés sont solides. En outre, les techniques proposées sont relativement peu onéreuses et déjà bien implantées dans l'industrie. Ainsi, une fabrication série serait facile à mettre en oeuvre. Le système laser 8 est peu encombrant et peut couvrir le spectre depuis l'ultraviolet jusqu'au proche infrarouge. Une telle gamme de longueurs d'ondes rend possible des applications dans divers domaines, comme la biophotonique, la médecine, la spectroscopie ou l'utilisation du LIDAR pour la caractérisation de milieux diffusants. Dans chacune de ces exemples, le système laser 8 permet de couvrir ce besoin en longueurs d'onde différentes avec un seul laser 10 au lieu d'une pluralité comme dans l'état de la technique. Le système laser 8 permet aussi de mettre à la disposition de l'utilisateur un laser 10 émettant un faisceau laser dans l'ultraviolet adapté pour effectuer des expériences reposant sur l'absorption ou la fluorescence de milieux biologiques. Les lasers organiques sont de bons candidats pour être utilisés en tant que capteurs de gaz. Il a notamment été montré que le seuil de certains lasers organiques dépend de la quantité de molécules absorbées. Ces molécules peuvent notamment être des composés aromatiques explosifs, de la TNT. Cela en fait des capteurs très sensibles ainsi que cela a été montré notamment dans l'article A. Rose et al., NATURE, Vol. 434, n°7035, pages 876 à 879 (2005), ou l'article Yang et al, Advanced Functional Material, Vol. 20 pages 2093 à 2097 (2010). Leur intérêt est cependant limité à la détection d'une unique espèce ou groupe d'espèces adapté à l'émission du laser. Le fait de pouvoir changer de longueur d'onde et d'éléments amplificateurs d'émission pour chaque mesure est un avantage considérable offert par le présent système 8. Exemple 1 Un exemple de système laser 8 a été mis en oeuvre par la Demanderesse. Cet exemple est appelé « exemple 1 » dans la suite. La source 18 de pompage dans l'exemple 1 est un laser impulsionnel. La durée des impulsions émises est de 25 ns, la cadence de 10 Hertz et l'énergie par impulsion est de 100 microjoules. La longueur d'onde de pompe Àp choisie est de 355 nm. La cavité 12 comprend un miroir 14 plan laissant passer la lumière de pompe avec une transmission supérieure à 80% à 355 nm par exemple et réfléchissant la longueur d'onde laser. Par exemple, le coefficient de réflexion R est supérieur à 99% sur la gamme 500 à 600 nm. Ce miroir 14 peut également être traité haute réflectivité sur toute la gamme visible, soit entre 400 et 700 nm. Le deuxième miroir 16 qui est le coupleur de sortie est concave pour que la cavité 12 soit stable. Par exemple, ce rayon de courbure est de 200 mm. Le deuxième miroir 16 doit être partiellement réfléchissant pour laisser sortir le faisceau laser. Dans le cadre de cet exemple, son coefficient de réflexion R est de 95% sur la gamme 500 à 600 nm. Le milieu à gain 22 choisi est en PMMA pour la deuxième couche 26 et comprend de la coumarine 540 pure, mélangée avec du Pyrrométhène 567 et de la Rhodamine 640 ainsi que du Pyrrométhène 597 pour la première couche 24. Certains colorants sont utilisés purs alors que d'autres sont mélangés pour la raison suivante : le Pyrrométhène 567 par exemple n'absorbe pas à 355 nm. En le mélangeant avec de la Coumarine 540 (« donneur »), cette dernière absorbe des photons à 355 nm et transfère l'énergie ainsi acquise au Pyrrométhène 567 (« émetteur » ou « accepteur ») qui ensuite émet dans le jaune. Ce transfert d'énergie, dit « de Rirster », est très efficace (jusqu'à 100%) pour un choix adapté dans les proportions de colorants (ici 1% de chaque dans du PMMA). Ceci ne vaut que si le spectre d'absorption de l'émetteur recouvre le spectre d'émission du donneur, ce qui est le cas ici. En outre, le milieu à gain 22 est placé entre les deux miroirs 14, 16 à l'angle de Brewster par rapport à l'axe de la cavité 12. On place la lame à l'angle de Brewster par rapport à l'axe de la cavité pour que le faisceau laser ne subisse aucune perte (à l'angle de Brewster, la transmission est de 100% pour la polarisation P). Accessoirement, cela permet également d'éviter que le milieu à gain 22 se comporte comme un Fabry-Pérot imposant ses propres modes. Lorsque l'on n'est pas parfaitement à l'angle de Brewster, les pertes supplémentaires sont induites dans la cavité 12 ce qui diminue un peu les performances du laser 10. Mais, ces pertes ne sont pas cruciales et un réglage mécanique simple permet d'assurer un positionnement à un ou deux degrés près ce qui est largement suffisant. En outre, pour améliorer l'efficacité, le faisceau laser pompe est focalisé sur l'élément amplificateur 20 avec un diamètre adapté pour correspondre à la taille du mode laser. Ce diamètre est calculé par ailleurs en fonction de la taille de la cavité des rayons de courbure des miroirs 14, 16. Dans le cas cité ici à titre d'exemple, la cavité 12 fait trois centimètres de long ce qui correspond à un diamètre de faisceau au niveau du miroir 14 plan de 220 pm environ. Le système 8 selon l'exemple 1 comporte en outre un étalon 34 Fabry-Pérot permettant l'accordabilité. Cet étalon 34 est constitué d'un film mince autosupporté de 2 pm d'épaisseur. Le matériau utilisé est du PMMA non dopé (transparent dans tout le visible) déposé par spin-coating sur un substrat puis décollé. La réflectivité est de quelques pourcents seulement sur chaque face, mais cela suffit pour moduler les pertes dans la cavité en fonction de la longueur d'onde et de l'inclinaison de l'étalon. Les résultats expérimentaux obtenus sont montrés à la figure 5. Pour un matériau donné, en tournant l'étalon de quelques degrés, l'émission laser est accordée sur environ 50 nm. En changeant de milieu à gain 22, on se place sur une autre plage de longueur d'onde. Avec quatre matériaux ou mélanges de matériaux différents (coumarine 540 pure, mélangée avec du Pyrrométhène 567 et de la Rhodamine 640 ainsi que du Pyrrométhène 597), un domaine spectral de plus de 180 nm est couvert dans le visible par le laser 10 du système 8.According to the ISO 11146 standard, the factor M2 is calculated by measuring the evolution of the beam radius along the direction of propagation (this evolution is also called caustic). Alternative methods based on wavefront measurements such as measurements by Shark-Hartmann also exist but are not considered in the context of this invention, the M2 factor being defined according to standard 11146. The good beam quality is notably made possible by a longitudinal pumping, that is to say that the pumping of the cavity 12 is not perpendicular to the direction of emission of the laser 10, and preferably with an angle less than 20 °, or even substantially equal to 0 ° . It can thus be obtained an output beam limited by diffraction. In addition, the efficiency defined as the output energy on the pump energy is relatively high, of the order of several tens of percent. The traditional structure of the laser with an external cavity compared to the so-called DBR (Distributed Bragg Reflector) solutions as well as the longitudinal pumping of the cavity explain such an efficiency. Longitudinal pumping permits perfect overlap of the pump beam and the laser mode. This results in maximum efficiency. Thus, the laser system 8 avoids the practical difficulties of using a liquid dye laser while retaining the advantage of great tunability. In addition, the toxic risks are limited because the gain media used are solid. In addition, the proposed techniques are relatively inexpensive and already well established in the industry. Thus, a series production would be easy to implement. The laser system 8 is compact and can cover the spectrum from ultraviolet to near infrared. Such a range of wavelengths makes possible applications in various fields, such as biophotonics, medicine, spectroscopy or the use of LIDAR for the characterization of diffusing media. In each of these examples, the laser system 8 makes it possible to cover this need in different wavelengths with a single laser 10 instead of a plurality as in the state of the art. The laser system 8 also makes it possible to provide the user with a laser 10 emitting a laser beam in the ultraviolet suitable for performing experiments based on the absorption or fluorescence of biological media. Organic lasers are good candidates for use as gas sensors. In particular, it has been shown that the threshold of certain organic lasers depends on the quantity of molecules absorbed. These molecules can especially be explosive aromatic compounds, TNT. This makes them very sensitive sensors as has been shown in particular in the article A. Rose et al., Nature, Vol. 434, No. 7035, pages 876 to 879 (2005), or the article Yang et al, Advanced Functional Material, Vol. 20 pages 2093 to 2097 (2010). Their interest is however limited to the detection of a single species or group of species adapted to the emission of the laser. The fact of being able to change the wavelength and the emission amplifying elements for each measurement is a considerable advantage offered by the present system 8. EXAMPLE 1 An example of a laser system 8 has been implemented by the Applicant. This example is called "Example 1" in the following. The pump source 18 in Example 1 is a pulsed laser. The duration of the transmitted pulses is 25 ns, the rate of 10 Hertz and the energy per pulse is 100 microjoules. The pump wavelength λp chosen is 355 nm. The cavity 12 comprises a plane mirror 14 allowing the pump light to pass with a transmission greater than 80% at 355 nm, for example, and reflecting the laser wavelength. For example, the reflection coefficient R is greater than 99% over the range 500 to 600 nm. This mirror 14 can also be treated with high reflectivity over the entire visible range, ie between 400 and 700 nm. The second mirror 16 which is the output coupler is concave so that the cavity 12 is stable. For example, this radius of curvature is 200 mm. The second mirror 16 must be partially reflective to let out the laser beam. In the context of this example, its reflection coefficient R is 95% over the range 500 to 600 nm. The gain medium 22 selected is PMMA for the second layer 26 and comprises pure coumarin 540, mixed with Pyromethene 567 and Rhodamine 640 and Pyromethene 597 for the first layer 24. Some dyes are used pure whereas others are mixed for the following reason: Pyromethene 567 for example does not absorb at 355 nm. By mixing it with Coumarin 540 ("donor"), the latter absorbs photons at 355 nm and transfers the energy thus acquired to Pyrromethene 567 ("emitter" or "acceptor") which then emits into the yolk. This transfer of energy, called "de Rirster", is very effective (up to 100%) for a suitable choice in the proportions of dyes (here 1% of each in PMMA). This applies only if the absorption spectrum of the transmitter covers the donor's emission spectrum, which is the case here. In addition, the gain medium 22 is placed between the two mirrors 14, 16 at the Brewster angle relative to the axis of the cavity 12. The blade is placed at the Brewster angle with respect to the axis of the cavity so that the laser beam undergoes no loss (at the Brewster angle, the transmission is 100% for the polarization P). Incidentally, this also prevents the gain medium 22 behaves like a Fabry-Perot imposing its own modes. When one is not perfectly at the angle of Brewster, the additional losses are induced in the cavity 12, which slightly decreases the performance of the laser 10. However, these losses are not crucial and a simple mechanical adjustment allows to ensure a positioning to one or two degrees, which is largely sufficient. In addition, to improve efficiency, the pump laser beam is focused on the amplifier element 20 with a diameter adapted to match the size of the laser mode. This diameter is furthermore calculated as a function of the size of the cavity of the radii of curvature of the mirrors 14, 16. In the case cited here by way of example, the cavity 12 is three centimeters long, which corresponds to a diameter of beam at the mirror 14 plane about 220 pm. The system 8 according to Example 1 further comprises a Fabry-Perot etalon 34 allowing the tunability. This standard 34 consists of a self-supporting thin film of 2 μm in thickness. The material used is undoped PMMA (transparent throughout the visible) deposited by spin-coating on a substrate and then peeled off. The reflectivity is only a few percent on each face, but this is sufficient to modulate the losses in the cavity as a function of the wavelength and inclination of the standard. The experimental results obtained are shown in FIG. 5. For a given material, by turning the standard a few degrees, the laser emission is tuned to about 50 nm. By changing medium to gain 22, it is placed on another range of wavelength. With four materials or mixtures of different materials (pure coumarin 540, mixed with Pyrromethene 567 and Rhodamine 640 and Pyromethene 597), a spectral range of more than 180 nm is covered in the visible by the laser of the system 8 .
Claims (4)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1255660A FR2992107B1 (en) | 2012-06-18 | 2012-06-18 | ORGANIC LASER SYSTEM AND METHOD OF MODIFYING THE TRANSMIT WAVE LENGTH OF THE LASER SYSTEM |
PCT/EP2013/062194 WO2013189811A1 (en) | 2012-06-18 | 2013-06-12 | Organic laser system and method for modifying the emission wavelength of the laser system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1255660A FR2992107B1 (en) | 2012-06-18 | 2012-06-18 | ORGANIC LASER SYSTEM AND METHOD OF MODIFYING THE TRANSMIT WAVE LENGTH OF THE LASER SYSTEM |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR2992107A1 true FR2992107A1 (en) | 2013-12-20 |
FR2992107B1 FR2992107B1 (en) | 2016-11-25 |
Family
ID=47137811
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR1255660A Active FR2992107B1 (en) | 2012-06-18 | 2012-06-18 | ORGANIC LASER SYSTEM AND METHOD OF MODIFYING THE TRANSMIT WAVE LENGTH OF THE LASER SYSTEM |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR2992107B1 (en) |
WO (1) | WO2013189811A1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2255854A (en) * | 1991-05-13 | 1992-11-18 | Marconi Gec Ltd | Solid-state dye laser |
US5289485A (en) * | 1991-09-10 | 1994-02-22 | Micracor, Inc. | Multi-element optically pumped external cavity laser system |
US6775313B1 (en) * | 2003-01-23 | 2004-08-10 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Laser having a temperature controlled solid-state dye gain element |
US20070248137A1 (en) * | 2005-07-12 | 2007-10-25 | Santanu Basu | Novel rotary disk, rotary disk module, and rotary disk laser and amplifier configurations |
WO2010026491A2 (en) * | 2008-09-05 | 2010-03-11 | Consejo Superior De Investigaciones Cientificas | Procedure to remove pigmentary stains and tatoos on the skin by a solid-state dye laser system |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ES2388801B1 (en) * | 2009-12-16 | 2013-09-03 | Consejo Superior Investigacion | COLORING LASER IN SOLID STATE. |
-
2012
- 2012-06-18 FR FR1255660A patent/FR2992107B1/en active Active
-
2013
- 2013-06-12 WO PCT/EP2013/062194 patent/WO2013189811A1/en active Application Filing
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2255854A (en) * | 1991-05-13 | 1992-11-18 | Marconi Gec Ltd | Solid-state dye laser |
US5289485A (en) * | 1991-09-10 | 1994-02-22 | Micracor, Inc. | Multi-element optically pumped external cavity laser system |
US6775313B1 (en) * | 2003-01-23 | 2004-08-10 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Laser having a temperature controlled solid-state dye gain element |
US20070248137A1 (en) * | 2005-07-12 | 2007-10-25 | Santanu Basu | Novel rotary disk, rotary disk module, and rotary disk laser and amplifier configurations |
WO2010026491A2 (en) * | 2008-09-05 | 2010-03-11 | Consejo Superior De Investigaciones Cientificas | Procedure to remove pigmentary stains and tatoos on the skin by a solid-state dye laser system |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
FORGET SÃ CR BASTIEN ET AL: "Tunable ultraviolet vertically-emitting organic laser", APPLIED PHYSICS LETTERS, AIP, AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS, MELVILLE, NY, US, vol. 98, no. 13, 28 March 2011 (2011-03-28), pages 131102 - 131102, XP012139865, ISSN: 0003-6951, DOI: 10.1063/1.3571558 * |
HADI RABBANI-HAGHIGHI ET AL: "Highly efficient, diffraction-limited laser emission from a vertical external-cavity surface-emitting organic laser", OPTICS LETTERS, OSA, OPTICAL SOCIETY OF AMERICA, WASHINGTON, DC, US, vol. 35, no. 12, 15 June 2010 (2010-06-15), pages 1968 - 1970, XP001554829, ISSN: 0146-9592, DOI: 10.1364/OL.35.001968 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2013189811A1 (en) | 2013-12-27 |
FR2992107B1 (en) | 2016-11-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0742614B1 (en) | Microlaser pumped monolithic optical parametric oscillator | |
EP0742615B1 (en) | Monolithic Q-switched microlaser and non-linear intracavity material | |
EP0742616B1 (en) | Monolithic semiconductor infrared emitter optically pumped by a solid state Q-switched microlaser | |
Rajendran et al. | Low threshold polariton lasing from a solution‐processed organic semiconductor in a planar microcavity | |
EP0653824B1 (en) | Self-aligned monolithic solid state microlaser with passive Q-switch by saturable absorber and method for its manufacture | |
FR2671436A1 (en) | INTRACAVITY OPTICAL FREQUENCY MIXTURE WITH SIGNAL RESONANCE. | |
EP0191661B1 (en) | Coating and crystallisation process of an organic-material film by the use of a beam of energy | |
EP2473886A1 (en) | Device for an atomic clock | |
FR3031246A1 (en) | SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING ULTRABRUE LIGHT PULSES HAVING A HIGH POWER SPECTRAL DENSITY AND WAVELENGTH TUNING | |
EP0800075A1 (en) | Device for distant gas detection using a microlaser | |
FR2734096A1 (en) | CAVITE MICROLASER AND IMPULSIVE SOLID IMPULSIVE MICROLASER WITH PASSIVE TRIPPING AND EXTERNAL CONTROL | |
FR2661784A1 (en) | POWER LASER WITH ACTIVE MIRROR. | |
EP1896896B1 (en) | Optical parametric micro-oscillator comprising coupled cavities | |
EP0751594B1 (en) | Solid state microlaser, actively Q-switched by a micromodulator | |
EP3650836B1 (en) | Measurement apparatus based on optical detection of the motion of an opto-mechanical cavity | |
FR2863702A1 (en) | Gyrolaser for aeronautic application, has optical unit and rotator with non-reciprocal effect, both acting in polarization state of counter-propagating modes, where effects of either optical unit or rotator are adjustable | |
FR2992107A1 (en) | ORGANIC LASER SYSTEM AND METHOD OF MODIFYING THE TRANSMIT WAVE LENGTH OF THE LASER SYSTEM | |
EP0664590A1 (en) | Laser with direction control of the output beam | |
Klinkhammer et al. | Optical spectroscopy with organic semiconductor lasers | |
EP3227976B1 (en) | Bi-frequency laser emission system | |
WO2012101367A1 (en) | Tunable dual frequency laser cavity and method for adjusting the frequency difference between an ordinary wave and an extraordinary wave of a dual frequency laser | |
CH703675B1 (en) | Process for producing J aggregates | |
CH703111A1 (en) | Device for enabling double passage of laser beam into gas cell of coherent-population-trapping atomic clock, has polarizer arranged between output of laser beam and splitter to protect laser diode from retro reflections emitted by elements | |
Liu et al. | Organic semiconductor distributed feedback laser as excitation source in Raman spectroscopy using free-beam and fibre coupling | |
Gindre et al. | Lifetime measurement of polarization gratings in polymer thin films by spectral analysis of the distributed feedback laser emission |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 5 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 6 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 7 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 9 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 10 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 11 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 12 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 13 |