FR3055748A1 - Amplificateur selectif - Google Patents

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Abstract

Un faisceau laser multimode 8A ainsi qu'un faisceau d'excitation 34A à des fins d'amplification sont appliqués en entrée à un milieu de gain d'amplification 62 dans une relation dans laquelle leurs axes optiques présentent une correspondance mutuelle, et un diamètre de faisceau efficace du faisceau d'excitation à des fins d'amplification est inférieur à un diamètre de faisceau efficace du faisceau laser multimode. Ainsi, le faisceau laser d'une partie de modes progressant dans une plage de rayonnement du faisceau d'excitation 34A à des fins d'amplification est sélectivement amplifié. Un faisceau laser 40A soumis à un nettoyage de modes est par conséquent délivré en sortie.

Description

Titulaire(s) : INTER-UNIVERSITY RESEARCH INSTITUTE CORPORATION NATIONAL INSTITUTES OF NATURAL SCIENCES.
Mandataire(s) : CABINET BEAU DE LOMENIE.
FR 3 055 748 - A1 \5y Un faisceau laser multimode 8A ainsi qu'un faisceau d'excitation 34A à des fins d'amplification sont appliqués en entrée à un milieu de gain d'amplification 62 dans une relation dans laquelle leurs axes optiques présentent une correspondance mutuelle, et un diamètre de faisceau efficace du faisceau d'excitation à des fins d'amplification est inférieur à un diamètre de faisceau efficace du faisceau laser multimode. Ainsi, le faisceau laser d'une partie de modes progressant dans une plage de rayonnement du faisceau d'excitation 34A à des fins d'amplification est sélectivement amplifié. Un faisceau laser 40A soumis à un nettoyage de modes est par conséquent délivré en sortie.
Figure FR3055748A1_D0001
Figure FR3055748A1_D0002
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE [0001] La description ci-après divulgue une technique qui amplifie un faisceau laser d'une partie de modes inclus dans un faisceau laser multimode.
ART ANTÉRIEUR [0002] Un générateur de faisceau laser délivre habituellement en sortie un faisceau laser multimode incluant plusieurs modes allant d'un mode d'ordre faible à un mode d'ordre élevé. En fonction du but recherché, un faisceau laser présentant une forte intensité à un ou des modes spécifiques peut être requis. Par exemple, un faisceau laser dans lequel seul un mode de base présente une forte intensité et dans lequel des modes d'ordre plus élevé présentent une faible intensité peut être requis. Lorsque le mode de base est dominant par rapport aux autres modes d'un faisceau laser, les conceptions et configurations d'un système optique qui traite le faisceau laser peuvent être simplifiées. En outre, il devient possible d'augmenter l'intensité lumineuse par unité de surface en rétrécissant un diamètre de condenseur de lumière. Divers domaines techniques tels que les processus de microfabrication laser, les mesures au laser et les communications optiques nécessitent un faisceau laser dans lequel seuls dominent un ou des modes spécifiques de plage d'ordres spécifiques.
[0003] Afin d'obtenir un faisceau laser à mode de base dominant à partir d'un faisceau laser multimode qui inclut plusieurs modes allant d'un mode de base à des modes d'ordre plus élevé, un diaphragme est inséré sur un trajet de propagation du faisceau laser en vue de couper les modes distincts du mode de base. La figure 1 explique ce procédé. Un dispositif laser à semi-conducteur 2 émet un faisceau d'excitation 4, et un milieu de gain d'oscillation 6 est excité par le faisceau d'excitation 4 en vue de générer en sortie un faisceau laser 8. Le faisceau laser 8 inclut le faisceau laser 8a d'un mode de base, et outre celui-ci, il inclut le faisceau laser 8b d'un mode d'ordre élevé dont l'ordre est égal à deux ou plus. Le faisceau laser 8a dans le mode de base, émis à partir du milieu de gain d'oscillation 6, progresse sans vraiment s'élargir, tandis que le faisceau laser 8b dans le mode d'ordre élevé progresse tout en s'élargissant. Un diaphragme 10 inclut une ouverture qui permet au faisceau laser progressant sans s'élargir de passer, et qui empêche le faisceau laser progressant tout en s'élargissant de passer. Le faisceau laser 8b dans le mode d'ordre élevé progresse tout en s'élargissant, et à ce titre, il ne passe pas à travers l'ouverture. Le faisceau laser 8c qui était passé par l'ouverture est le faisceau laser du mode de base, et le faisceau laser à mode de base dominant peut ainsi être obtenu. Dans la description ci-après, l'obtention d'un faisceau laser dans lequel un mode spécifique ou des modes spécifiques de plage d'ordres spécifique sont dominants à partir d'un faisceau laser multimode incluant plusieurs modes allant du mode de base à des modes d'ordre plus élevé sera appelée « nettoyage de modes ». Tel que cela est illustré dans la figure 1, un nettoyage pour le mode de base peut être mis en œuvre en utilisant le diaphragme 10 doté de l'ouverture. Cependant, selon ce procédé, de la lumière diffractée 8d indésirable est générée autour du faisceau laser 8c qui avait transité par l'ouverture. Étant donné que la lumière diffractée 8d ne peut pas être nettoyée, cette procédure ne suffit pas en ce qui concerne le « nettoyage de modes ». Les représentations portant les signes de référence 12,14 et 16 illustrent des motifs de contraste lumineux qui sont atteints en observant une forme de section transversale latérale du faisceau laser à leurs positions correspondantes.
[0004] Selon un système optique de la figure 2, un nettoyage de modes suffisant peut être mis en œuvre tout en supprimant la production de lumière diffractée. Dans le système optique de la figure 2, une lentille de condenseur 18 et une lentille de collimation 20 sont ajoutées. La production, ou génération, de la lumière diffractée peut être évitée en utilisant une combinaison de la lentille de condenseur 18, du diaphragme 10 et de la lentille de collimation 20, en vue de faciliter le processus de transformée de Fourier (relais d'image). Cependant, dans cette technique, un claquage de l'air survient en un point de condensation de lumière lorsqu'un faisceau laser puissant est utilisé. Afin d'empêcher la survenue du claquage de l'air au point de condensation de lumière avec un tel faisceau laser de haute intensité, le point de condensation de lumière doit être situé dans un environnement sous vide, par conséquent un conteneur sous vide 24 doté de fenêtres 22, 26 devient nécessaire. Dans le procédé de la figure 2, même si le générateur de faisceau laser est rendu compact, un conteneur sous vide 24 dépassant la taille du générateur devient nécessaire également, de sorte l'avantage qu'offre un générateur de faisceau laser compact ne peut pas être apprécié. Les représentations portant les signes de référence 12, 28 illustrent les motifs de contraste lumineux qui sont obtenus en observant la forme de section transversale latérale du faisceau laser à leurs positions correspondantes, et un signe de référence 30 montre le faisceau laser à mode de base dominant qui a été soumis à un nettoyage de modes.
[0005] Le brevet US n° 5818630 décrit une technique qui met en œuvre un nettoyage de modes en faisant appel à un filtre de modes tel qu'un cône de fibre, ou fibre fuselée, ou une bobine de fibre. La technique du brevet US n° 5818630 nécessite des fibres spéciales comme le cône de fibre ou la bobine de fibre.
RÉSUMÉ DE L'INVENTION [0007] La description ci-après divulgue une technique qui met en œuvre un nettoyage de modes sans utiliser de diaphragme, de système optique de transformée de Fourier, de conteneur sous vide ou de fibres spéciales.
[0008] Un amplificateur sélectif divulgué dans la description ci-après amplifie le faisceau laser d'une partie de modes inclus dans un faisceau laser multimode. La partie de modes peut correspondre à un mode unique ou à plusieurs modes d'une plage d'ordres donnée. Cet amplificateur sélectif comporte un milieu de gain d'oscillation configuré de manière à générer le faisceau laser multimode, un milieu de gain d'amplification, et un générateur configuré de manière à générer un faisceau d'excitation à des fins d'amplification. Le faisceau d'excitation à des fins d'amplification est configuré de manière à présenter un état de distribution inversé lorsqu'il est appliqué en entrée au milieu de gain d'amplification. Tant le faisceau laser multimode que le faisceau d'excitation à des fins d'amplification sont appliqués en entrée au milieu de gain d'amplification. À cette occasion, une relation est établie dans laquelle un axe optique du faisceau laser multimode et un axe optique du faisceau d'excitation à des fins d'amplification présentent une correspondance mutuelle. En outre, un diamètre de faisceau efficace du faisceau d'excitation à des fins d'amplification dans le milieu de gain d'amplification est plus petit qu'un diamètre de faisceau efficace du faisceau laser multimode dans le milieu de gain d'amplification.
Le faisceau laser d'une partie de modes inclus dans le faisceau laser multimode progresse dans une plage de rayonnement du faisceau d'excitation à des fins d'amplification, et par conséquent, le faisceau laser de la partie de modes est efficacement amplifié. Le faisceau laser de modes d'ordre plus élevé inclus dans le faisceau laser multimode progresse en dehors de la plage de rayonnement du faisceau d'excitation à des fins d'amplification, et par conséquent, le faisceau laser de modes d'ordre plus élevé s'en trouve à peine amplifié. L'amplification sélective est ainsi obtenue.
Le diamètre de faisceau efficace décrit ici fait référence à un diamètre de faisceau dans lequel une puissance optique de 99 % du faisceau est incluse dans le diamètre. Lorsque le faisceau d'excitation à des fins d'amplification est un faisceau laser d'un mode d'ordre élevé, le diamètre de faisceau efficace du faisceau d'excitation à des fins d'amplification est sensiblement égal à un diamètre de faisceau de 1/e2. Quant au faisceau laser du mode de base inclus dans le faisceau laser multimode, le diamètre de faisceau efficace du faisceau laser de mode de base devient un diamètre de faisceau de n*l/e2 (voir page 666 de l'ouvrage « LASERS », A. E. Siegman, University Science Books, 1986). Lorsque le diamètre de faisceau de 1/e2 du faisceau d'excitation à des fins d'amplification est inférieur au diamètre de faisceau de n*l/e2 du faisceau laser de mode de base, un faisceau laser présentant une intensité amplifiée au mode de base est délivré en sortie par le milieu de gain d'amplification. En sélectionnant le diamètre de faisceau de 1/e2 du faisceau d'excitation à des fins d'amplification, une partie de modes à amplifier peut être sélectionnée.
[0009] Le milieu de gain d'oscillation et le milieu de gain d'amplification peuvent être des éléments individuels, mais peuvent également correspondre à un élément monobloc. Une partie d'un milieu de gain peut être utilisée en qualité de milieu de gain d'oscillation et une autre partie de celui-ci peut être utilisée en qualité de milieu de gain d'amplification. Dans ce cas, le milieu de gain d'oscillation et le milieu de gain d'amplification sont intégrés.
[0010] L'axe optique du faisceau laser multimode et l'axe optique du faisceau d'excitation à des fins d'amplification doivent présenter une correspondance mutuelle, cependant, leurs directions de progression peuvent correspondre à une seule et même direction, ou peuvent être des directions opposées. Par exemple, une relation peut être donnée dans laquelle le milieu de gain d'amplification peut être doté d'une paire de faces frontales parallèles, et le faisceau laser multimode peut être appliqué en entrée au milieu de gain d'amplification à partir d'une face frontale, et le faisceau d'excitation à des fins d'amplification peut être appliqué en entrée au milieu de gain d'amplification à partir de l'autre face frontale.
[0011] Le faisceau laser multimode peut progresser, autrement dit se propager, à travers le milieu de gain d'amplification d'une manière unidirectionnelle, à savoir aller ou retour, ou peut progresser à travers celui-ci d'une manière bidirectionnelle, à savoir aller et retour. Le faisceau d'excitation à des fins d'amplification peut également progresser à travers le milieu de gain d'amplification d'une manière unidirectionnelle, il peut se propager d'une manière bidirectionnelle, ou il peut décrire un mouvement de va-et-vient à plusieurs reprises dans celui-ci. Le faisceau d'excitation à des fins d'amplification peut être émis à partir de ladite une face frontale susmentionnée, ou il peut être émis à partir de l'autre face frontale susmentionnée. Un système optique qui renvoie le faisceau d'excitation à des fins d'amplification, lequel a été émis à partir du milieu de gain d'amplification, à nouveau vers le milieu de gain d'amplification, peut en outre être fourni.
Le faisceau laser amplifié peut être émis à partir de l'autre face frontale susmentionnée, ou il peut être émis à partir de ladite une face frontale susmentionnée. [0012] Si le diamètre de faisceau efficace du faisceau d'excitation à des fins d'amplification dans le milieu de gain d'amplification est égal ou inférieur à un diamètre de faisceau efficace du faisceau laser dans le mode de base, un faisceau laser qui a amplifié sélectivement le mode de base peut être délivré en sortie.
Lorsque le diamètre de faisceau efficace du faisceau d'excitation à des fins d'amplification dans le milieu de gain d'amplification est inférieur à un diamètre de faisceau efficace du faisceau laser multimode dans le milieu de gain d'amplification, un faisceau laser d'une partie de modes inclus dans le faisceau laser multimode est amplifié. Un ou des modes d'ordre plus faible dont le diamètre de faisceau efficace est égal ou inférieur au diamètre de faisceau efficace du faisceau d'excitation à des fins d'amplification est ou sont amplifiés sélectivement.
[0013] Par exemple, il peut exister un cas où seul un faisceau laser présentant un ordre TEMnm doit être amplifié (ici, n et m commencent à 0, un mode avec des valeurs de n, m supérieures est un mode d'ordre plus élevé). Dans ce cas, le faisceau laser présentant l'ordre (n, m) peut être sélectionné et amplifié en configurant une distribution spatiale de faisceaux du faisceau laser dans le mode d'ordre (n, m) dans le milieu de gain d'amplification et une distribution spatiale de faisceaux du faisceau d'excitation à des fins d'amplification dans le milieu de gain d'amplification afin d'obtenir un chevauchement mutuel. Par exemple, étant donné qu'un mode TEM00 devient un mode gaussien de base (ci-après appelé « mode de base »), il peut être amplifié par un faisceau d'excitation à des fins d'amplification présentant un centre lumineux et une forme de section transversale latérale circulaire. Dans un mode TEMOi, il présente une distribution spatiale de faisceaux avec une section transversale latérale de forme annulaire. Dans ce cas, il peut être amplifié par un faisceau d'excitation à des fins d'amplification présentant une forme de section transversale latérale annulaire.
Le contraste entre un mode d'ordre requis et des modes d'ordres non requis peut être augmenté en amplifiant le mode d'ordre requis et en n'amplifiant pas les modes d'ordres non requis. Cela revient au même que d'effectuer le nettoyage du faisceau laser. Un faisceau laser à modes nettoyés peut être obtenu en amplifiant sélectivement un mode spécifique du faisceau laser dans lequel plusieurs modes sont mélangés. Autrement dit, afin d'obtenir le faisceau laser à mode ΤΕΜ00 dominant à partir du faisceau laser multimode, un centre du faisceau laser multimode peut être sélectivement amplifié. Afin d'obtenir le faisceau laser à mode TEMOi dominant du faisceau laser multimode, le faisceau laser multimode peut être excité par un faisceau d'excitation annulaire à des fins d'amplification.
[0014] Les matériaux et compositions du milieu de gain d'oscillation et du milieu de gain d'amplification ne sont pas particulièrement limités, pour autant qu'ils présentent un état de distribution inversé et un phénomène d'émission induite. Par exemple, il peut s'agir de solides tels que du monocristal ou une céramique polycristalline. L'utilisation d'un milieu de gain solide permet de simplifier la configuration du dispositif. En outre, ie même effet est susceptible d'être atteint par une amplification de lumière paramétrique optique au moyen d'un milieu optique non linéaire.
[0015] Selon la technique divulguée dans la présente description, un faisceau laser à mode(s) spécifique(s) dominant(s) peut être obtenu, et une qualité du faisceau laser peut être améliorée. Par exemple, la puissance par unité de surface du faisceau laser est augmentée dans diverses applications telles que les dispositifs de traitement au laser, les dispositifs d'allumage au laser de moteurs, les générateurs d'ondes térahertz, les dispositifs de modulation de longueur d'onde non linéaire pour la génération d'ondes de haute fréquence et la génération paramétrique, les dispositifs de mesure ou les appareils médicaux. Alternativement, la capacité d'information disponible dans le cadre de la communication optique peut être augmentée.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS [0016] La figure 1 explique un dispositif conventionnel pour sélectionner un mode de base ;
La figure 2 explique un autre dispositif conventionnel pour sélectionner le mode de base ;
Les figures 3(a) et 3(b) expliquent des amplificateurs sélectifs d'un mode de réalisation 1 ;
Les figures 4(a) et 4(b) expliquent des amplificateurs sélectifs d'un mode de réalisation 2 ;
La figure 5 explique un amplificateur sélectif d'un mode de réalisation 3 ;
La figure 6 explique un amplificateur sélectif d'un mode de réalisation 4 ;
La figure 7 explique un amplificateur sélectif d'un mode de réalisation 5 ;
La figure 8 explique un amplificateur sélectif d'un mode de réalisation 6 ;
La figure 9 explique un amplificateur sélectif d'un mode de réalisation 7 ;
La figure 10 explique un dispositif d'amplification utilisé dans l'amplificateur sélectif du mode de réalisation 7 ;
La figure 11 explique un autre dispositif d'amplification utilisé dans l'amplificateur sélectif du mode de réalisation 7 ;
La figure 12 illustre une relation du faisceau laser multimode et du faisceau d'excitation à des fins d'amplification en ce qui concerne leurs distances par rapport à un axe optique et leurs intensités ;
La figure 13 illustre une relation de durée du faisceau d'excitation à des fins d'amplification et d'un gain connexe ;
La figure 14 illustre la durée du faisceau d'excitation à des fins d'amplification et les profils de faisceau après une amplification sélective ;
Les figures 15(a) à 15(c) illustrent la durée du faisceau d'excitation à des fins d'amplification et les profils de faisceau après l'amplification sélective ;
Les figures 16(A) à 16(B) illustrent les profils de faisceau avant et après l'amplification sélective ;
La figure 17 illustre une relation entre le gain et un contraste ; et
La figure 18 illustre une relation entre le gain et un diamètre de faisceau du faisceau laser amplifié sélectivement.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE [0017] Certaines caractéristiques des modes de réalisation décrits ci-dessous seront à présent répertoriées.
(Caractéristique 1) Le faisceau laser multimode peut progresser (passer) d'une manière unidirectionnelle à travers un milieu de gain d'amplification.
(Caractéristique 2) Le faisceau laser multimode peut progresser d'une manière bidirectionnelle à travers le milieu de gain d'amplification.
(Caractéristique 3) Le faisceau d'excitation à des fins d'amplification peut progresser (passer) d'une manière unidirectionnelle à travers un milieu de gain d'amplification.
(Caractéristique 4) Le faisceau d'excitation à des fins d'amplification peut progresser d'une manière bidirectionnelle à travers le milieu de gain d'amplification.
(Caractéristique 5) Le faisceau laser multimode et le faisceau d'excitation à des fins d'amplification peuvent être appliqués en entrée au milieu de gain d'amplification à partir de la même surface.
(Caractéristique 6) Le faisceau laser multimode et le faisceau d'excitation à des fins d'amplification peuvent être appliqués en entrée au milieu de gain d'amplification à partir de surfaces opposées.
(Caractéristique 7) Selon des définitions, un rayon de faisceau « w » et un diamètre de faisceau « 2*w » du faisceau laser sont définis comme des moments du second ordre dans une distribution spéciale de l'intensité lumineuse. Par conséquent, le rayon de faisceau du faisceau laser dans le mode de base devient « w » lorsqu'une intensité lumineuse à une position séparée d'un axe optique dans une direction radiale par une distance « w » représente 1/e2 relativement à une intensité lumineuse de ce faisceau laser de mode de base sur l'axe optique. Dans ce cas, « w » est appelé « rayon de 1/e2 », le rayon de faisceau efficace est égal au rayon de 1/e2, et le diamètre de faisceau efficace est égal au diamètre de 1/e2.
Toutefois, dans le cas d'un mode gaussien de base, une distribution de l'intensité lumineuse du faisceau laser ne tend pas immédiatement vers zéro, y compris dans des plages allant au-delà du rayon 1/e2 de l'axe optique, et, au lieu de cela, elle présente une distribution gaussienne. Par exemple, lorsque le faisceau laser de mode de base transite par un trou d'épingle d'un diamètre de 2*w, une partie non infime de ses composantes sera perdue. Un diamètre d'une ouverture nécessaire pour obtenir une puissance optique de 99 % devient « n*w » (voir page 666 de l'ouvrage « LASERS », A. E. Siegman, University Science Books, 1986). Dans le faisceau laser de mode gaussien, le diamètre de faisceau efficace est égal à n*w (n*diamètre de 1/e2).
Dans l'amplification de faisceau laser, une lumière avec un mode d'ordre plus élevé (qui, en d'autres termes, peut être qualifiée de qualité de faisceau grossière) peut être utilisée pour amplifier un mode spécifique afin de parvenir à un faisceau laser de haute qualité. Autrement dit, un faisceau laser de modes d'ordre plus élevé peut être utilisé en qualité de faisceau d'excitation à des fins d'amplification. Dans des cas avec la lumière de modes d'ordre élevé, sa limite de distribution de l'intensité présente un changement rapide, et, à ce titre, son intensité lumineuse chute dramatiquement au lieu de présenter une pente comme dans le mode de base, au rayon de 1/e2, en se conformant à la définition du moment de second ordre (voir C21 ou C22 dans la figure 12).
Sur la base des observations faites ci-dessus, un diamètre de faisceau efficace du faisceau laser de mode de base, tel que décrit ici, fait référence à un diamètre (n*w) incluant 99 % d'une composante de mode de base. À cet égard, un diamètre de faisceau efficace du faisceau d'excitation à des fins d'amplification est sensiblement égal au diamètre de 1/e2. Lorsque le diamètre de faisceau efficace (diamètre de 1/e2) du faisceau d'excitation à des fins d'amplification est égal à 2,15*w (w = diamètre de 1/e2 du faisceau laser de mode de base), le diamètre de faisceau efficace (2,15*w) du faisceau d'excitation à des fins d'amplification est plus petit que le diamètre de faisceau efficace (3,14*w) du faisceau laser de mode de base, en conséquence de quoi le mode de base est sélectivement amplifié.
(Caractéristique 8) Le diamètre de faisceau efficace du faisceau d'excitation à des fins d'amplification peut être défini sur 2,3*w (w = diamètre de 1/e2 du faisceau laser de mode de base) ou moins. Un contraste sensiblement identique à celui concernant le cas de la caractéristique 7 peut par conséquent être obtenu.
(Caractéristique 9) Le diamètre de faisceau efficace du faisceau d'excitation à des fins d'amplification peut être défini sur l,43*w (w = diamètre de 1/e2 du faisceau laser de mode de base). Le diamètre de faisceau efficace (l,43*w) du faisceau d'excitation à des fins d'amplification est plus petit que le diamètre de faisceau efficace (3,14*w) du faisceau laser de mode de base, en conséquence de quoi le mode de base est sélectivement amplifié.
(Caractéristique 10) Le diamètre de faisceau efficace du faisceau d'excitation à des fins d'amplification peut être défini sur l,57*w (w = diamètre de 1/e2 du faisceau laser de mode de base) ou moins, relativement au diamètre de faisceau efficace (3,14*w) du faisceau laser de mode de base. Un contraste sensiblement identique à celui concernant le cas de la caractéristique 9 peut par conséquent être obtenu.
(Caractéristique 11) Un faisceau laser multimode pulsé peut être appliqué en entrée au milieu de gain d'amplification dans un état où le milieu de gain d'amplification est excité en faisant appel au faisceau d'excitation pulsé à des fins d'amplification.
(Caractéristique 12) Un gain d'amplification peut atteindre 2 ou plus.
Modes de réalisation [0018] (Amplificateur sélectif du mode de réalisation 1)
Dans les figures 3(a) et 3(b), un signe de référence 2 correspond à un dispositif laser à semi-conducteur configuré de manière à émettre un faisceau d'excitation 4 à des fins d'oscillation. Un signe de référence 6 correspond à un milieu de gain d'oscillation configuré de manière à émettre un faisceau laser multimode 8 lorsque le faisceau d'excitation 4 à des fins d'oscillation est appliqué en entrée et excité (un état de distribution inversé est développé dans celui-ci).
[0019] Une face frontale gauche du milieu de gain d'oscillation 6 est recouverte d'un film qui ne réfléchit pas le faisceau d'excitation 4 à des fins d'oscillation, mais qui réfléchit le faisceau laser 8. Un signe de référence 52 correspond à un miroir configuré de manière à réfléchir le faisceau d'excitation 4 à des fins d'oscillation et à réfléchir une partie du faisceau laser 8, mais pas une autre partie du faisceau laser 8. Un système d'oscillation laser est configuré par la face frontale gauche du milieu de gain d'oscillation 6 et le miroir 52. Le faisceau laser 8 progresse vers la droite à partir du miroir 52. Le faisceau laser 8 est un faisceau laser multimode. Un séparateur de faisceau polarisé (PBS) 50 est inséré dans le système d'oscillation laser, et le faisceau laser multimode 8 progressant vers la droite à partir d'une plaque λ/2 54 est polarisé linéairement. Un signe illustré par « 8a » montre qu'un plan de polarisation est vertical à une surface de la feuille. Une face frontale droite du milieu de gain d'oscillation 6 est recouverte d'un film qui ne réfléchit ni le faisceau d'excitation 4 à des fins d'oscillation, ni le faisceau laser 8, et le séparateur PBS 50 est constitué d'un matériau qui ne réfléchit ni le faisceau d'excitation 4 à des fins d'oscillation, ni le faisceau laser 8. La face frontale droite du milieu de gain d'oscillation 6 peut être recouverte d'un film qui réfléchit le faisceau d'excitation 4 à des fins d'oscillation, mais pas le faisceau laser 8, auquel cas il n'y aura aucune limitation aux performances de réflexion du séparateur PBS 50 et du miroir 52 concernant le faisceau d'excitation 4 à des fins d'oscillation.
Un séparateur PBS 56 et un séparateur PBS 58 réfléchissent le faisceau laser 8, dont un plan de polarisation est vertical à la surface de la feuille. Le faisceau laser 8 traverse une plaque λ/4 60 et est appliqué en entrée à un milieu de gain d'amplification 62.
[0020] Un signe de référence 32 correspond à un dispositif laser à semi-conducteur configuré de manière à émettre un faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification, et le faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification est appliqué en entrée au milieu de gain d'amplification 62. Le faisceau laser 8 et le faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification sont appliqués en entrée au milieu de gain d'amplification 62 à partir de faces frontales opposées dans un état où leurs axes optiques présentent une correspondance mutuelle.
Une face frontale gauche du milieu de gain d'amplification 62 est recouverte d'un film configuré de manière à ne pas réfléchir le faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification, mais à réfléchir le faisceau laser 8, et une face frontale droite de celui-ci est recouverte d'un film configuré de manière à réfléchir le faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification, mais pas le faisceau laser 8. Le faisceau laser 8 progresse dans le milieu de gain d'amplification 62 d'une manière bidirectionnelle en étant réfléchi sur la face frontale gauche du milieu de gain d'amplification 62, et le faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification progresse dans le milieu de gain d'amplification 62 d'une manière bidirectionnelle en étant réfléchi sur la face frontale droite du milieu de gain d'amplification 62. Lorsque le faisceau laser 8 progresse de la manière bidirectionnelle dans le milieu de gain d'amplification 62, le faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification progresse également de la manière bidirectionnelle. Un gain d'amplification élevé peut par conséquent être obtenu.
[0021] Une relation entre un diamètre de faisceau efficace du faisceau laser de mode de base 8 dans le milieu de gain d'amplification 62 (le premier) et un diamètre de faisceau efficace du faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification dans le milieu de gain d'amplification 62 (le dernier), est que le premier est plus grand que le dernier, tel que cela sera décrit ultérieurement en référence à la figure 12. À mesure que le faisceau laser multimode 8 progresse dans le milieu de gain d'amplification 62, un mode de base inclus dans le faisceau laser multimode 8 est amplifié sélectivement. Le faisceau laser 40 du mode de base, tel qu'amplifié, progresse vers la droite à partir de la face frontale droite du milieu de gain d'amplification 62. Le faisceau laser 8 et le faisceau laser 40 passent à travers la plaque λ/4 60 deux fois au total, et à ce titre, le faisceau laser 40 progressant vers la droite à partir de la plaque λ/4 60 présente son plan de polarisation tourné de 90°. Un signe illustré par « 40β » indique que le plan de polarisation est parallèle à la surface de la feuille. Le faisceau laser 40 (40β) présentant le plan de polarisation parallèle à la surface de la feuille progresse tout droit sans être réfléchi par le séparateur PBS 58. Le faisceau laser 40 (40β) progressant vers la droite à partir du séparateur PBS 58 correspond au faisceau laser dans lequel le mode de base inclus dans le faisceau laser multimode 8 a été sélectivement amplifié. Le dispositif illustré dans chacune des figures 3(a) et 3(b) délivre en sortie le faisceau laser 40 (40β) qui a amplifié sélectivement uniquement le mode de base inclus dans le faisceau laser multimode 8.
[0022] Tel qu'illustré dans la figure 3(b), une partie d'un milieu de gain 5 peut être utilisée en qualité de milieu de gain d'oscillation 6, et une autre partie de celui-ci peut être utilisée en qualité de milieu de gain d'amplification 62. Autrement dit, le milieu de gain d'oscillation 6 et le milieu de gain d'amplification 62 peuvent être intégrés.
[0023] (Mode de réalisation 2)
Les amplificateurs sélectifs d'un mode de réalisation 2 illustré dans les figures 4(a) et 4(b) présentent chacun un absorbeur saturable 64 configuré de manière à fonctionner en tant qu'un commutateur Q inséré dans un système d'oscillation laser configuré avec la face frontale gauche du milieu de gain d'oscillation 6 et un miroir, et dans lequel un faisceau laser pulsé 8A est émis à partir d'une face frontale droite de l'absorbeur saturable 64. Dans ce mode de réalisation, un film correspondant au miroir 52 dans les figures 3(a) et 3(b) recouvre la face frontale droite de l'absorbeur saturable 64. Les éléments pour lesquels une explication a déjà été donnée se verront attribuer les mêmes signes de référence, et toute explication réitérée de ceux-ci sera omise.
Un dispositif laser à semi-conducteur 32A est commandé par une tension pulsée, et génère un faisceau d'excitation pulsé 34A à des fins d'amplification. Le faisceau d'excitation pulsé 34A à des fins d'amplification est appliqué en entrée au milieu de gain d'amplification 62. Une largeur d'impulsion (durée) du faisceau laser pulsé 8A est courte par rapport à une largeur d'impulsion (durée) du faisceau d'excitation pulsé 34A à des fins d'amplification. En outre, une période de temps, depuis un instant de début d'excitation par le faisceau d'excitation pulsé 34A à des fins d'amplification jusqu'à ce que le facteur de transmission de l'absorbeur saturable 64 diminue, peut être commandée. L'excitation est initiée par le faisceau d'excitation pulsé 34A à des fins d'amplification, moyennant quoi l'état de distribution inversé est généré dans le milieu de gain d'amplification 62, et ensuite le faisceau laser pulsé 8A est appliqué en entrée dans un état présentant l'état de distribution inversé en vue d'occasionner une émission inductive permettant d'obtenir l'amplification. Un état de distribution inversé plus puissant est développé avec une différence de temps plus longue entre un instant de début d'excitation du faisceau d'excitation pulsé 34A à des fins d'amplification et un instant d'entrée du faisceau laser pulsé 8A, et un gain de l'amplification augmente. Le gain, dans le cas présent, fait référence à une valeur obtenue en divisant l'énergie du faisceau laser amplifié par l'énergie du faisceau laser de mode de base avant l'amplification. Une lettre ajoutée « A » illustrée dans les figures 4(a) et 4(b) indique que le faisceau est pulsé.
[0024] Dans ce mode de réalisation, le gain est mesuré tout en modifiant la différence de temps entre l'instant de début d'excitation du faisceau d'excitation pulsé 34A à des fins d'amplification et l'instant d'entrée du faisceau laser pulsé 8A. Pour ce faire, l'absorbeur saturable 64 dont le facteur de transmission diminue par une stimulation externe est utilisé. Autrement dit, un commutateur Q actif est utilisé. Dans une mise en œuvre pratique, un absorbeur saturable 64 qui fonctionne comme un commutateur Q passif peut alternativement être utilisé.
Tel que cela est illustré dans la figure 4(b), dans ce mode de réalisation également, une partie du milieu de gain 5 peut être utilisée en qualité de milieu de gain d'oscillation 6, et une autre partie de celui-ci peut être utilisée en qualité de milieu de gain d'amplification 62. Autrement dit, le milieu de gain d'oscillation 6 et le milieu de gain d'amplification 62 peuvent être intégrés.
[0025] Un résultat expérimental obtenu en utilisant les modes de réalisation illustrés dans les figures 4(a) et 4(b) sera présenté ci-dessous.
Une courbe Cl dans la figure 12 illustre un profil de faisceau du faisceau laser 8 progressant dans le milieu de gain d'amplification 62, où un axe horizontal correspond à une distance par rapport à l'axe optique, et un axe vertical correspond à son intensité lumineuse par unité de surface. Une intensité lumineuse par unité de surface normalise une valeur sur l'axe optique par 1,00. Un diamètre « φΐ » illustré dans le dessin correspond à un diamètre dans lequel la composante de mode de base doit être incluse à 99 %, ce qui, dans ces modes de réalisation correspondait à une valeur de 2 040 pm.
Il peut exister plusieurs types de procédés permettant de définir le diamètre de faisceau. Une mesure du rayon de 1/e2 est recommandée par la norme ISO pour le faisceau gaussien de base, et le domaine technique considère cela comme sa norme. Le rayon de 1/e2 correspond à une distance d'un emplacement par rapport à l'axe optique du faisceau laser où l'intensité lumineuse par unité de surface au niveau de cet emplacement devient 1/e2 de l'intensité lumineuse par unité de surface sur l'axe optique. Dans les présents modes de réalisation, le rayon de 1/e2 correspondait à une valeur de 650 pm. La composante de mode de base est distribuée vers l'extérieur du rayon de 1/e2, et le rayon incluant 99 % de la composante de mode de base est plus grand que le rayon de 1/e2. Un diamètre de faisceau efficace φΐ incluant 99 % de la composante de mode de base est donné par une relation de n*(rayon de 1/e2). Dans les présents modes de réalisation, le rayon de 1/e2 est tout d'abord mesuré, après quoi le diamètre de faisceau efficace (φΐ) du mode de base est obtenu. La présence de la relation de φΐ = n*(rayon de 1/e2) est décrite dans l'ouvrage « LASERS », A. E. Siegman, University Science Books, 1986.
[0026] Une courbe C21 dans la figure 12 illustre un profil de faisceau du premier faisceau d'excitation à des fins d'amplification utilisé dans le cadre d'une première expérience. Dans cette expérience, une fibre optique présentant un diamètre de 900 microns est utilisée entre le dispositif laser à semi-conducteur 32 qui émet le faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification et le milieu de gain d'amplification 62, et le faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification guidé par la fibre optique est appliqué en entrée au milieu de gain d'amplification 62 à travers un système optique grossissant. Le profil de faisceau tel que guidé par la fibre optique ne présente pas de distribution gaussienne, mais il s'atténue rapidement à une position éloignée de l'axe optique d'une distance prédéterminée. Un diamètre « φ21 » incluant 99 % du faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification correspondait à une valeur de 1 400 pm. Autrement dit, tandis que le diamètre de faisceau efficace du faisceau laser de mode de base correspond à π xw, un diamètre de faisceau efficace du faisceau d'excitation à des fins d'amplification a été défini comme 2,15xw.
[0027] Le diamètre de faisceau efficace φ21 (1 400 pm) du faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification utilisé dans le cadre de l'expérience est plus étroit que le diamètre de faisceau efficace φΐ (2 040 pm) du faisceau laser de mode de base. Dans ce cas, le faisceau laser dans le faisceau laser de mode de base existant au sein du diamètre de faisceau efficace φ21 du faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification est sélectivement amplifié.
[0028] Dans une seconde expérience qui sera décrite plus loin, une fibre optique présentant un diamètre de 600 microns est utilisée entre le dispositif laser à semi-conducteur 32 et le milieu de gain d'amplification 62, et le faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification guidé par cette fibre optique est appliqué en entrée au milieu de gain d'amplification 62 à travers le système optique grossissant. Une courbe C22 dans la figure 12 illustre un profil de faisceau d'un second faisceau d'excitation à des fins d'amplification utilisé dans le cadre de la seconde expérience. Un diamètre φ22 incluant 99 % du faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification correspondait à une valeur de 930 pm. Autrement dit, tandis que le diamètre de faisceau efficace du faisceau laser de mode de base correspond à n*w, un diamètre de faisceau efficace du faisceau d'excitation à des fins d'amplification a été défini comme l,43*w. Le diamètre de faisceau efficace φ22 (930 pm) du faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification utilisé dans le cadre de la seconde expérience est plus étroit que le diamètre de faisceau efficace φΐ (2 040 pm) du faisceau laser de mode de base. Pour cette raison, le faisceau laser dans le faisceau laser de mode de base existant dans le diamètre de faisceau efficace φ22 du faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification est sélectivement amplifié.
[0029] La figure 13 illustre une relation entre le gain et la différence de temps (durée d'excitation) entre l'instant de début d'excitation du faisceau d'excitation pulsé 34A à des fins d'amplification et l'instant d'entrée du faisceau laser pulsé 8A. Une courbe C4 illustre un résultat de mesure pour un cas où le diamètre φ22 du faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification présente une valeur de 930 pm, et une courbe C5 illustre un résultat de mesure pour un cas où le diamètre φ21 du faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification présente une valeur de 1 400 pm. Étant donné que le cas φ22 = 930 pm (courbe C4) présente apparemment une intensité lumineuse par unité de surface plus élevée que le cas φ21 = 1 400 pm (courbe C5), le gain connexe est également plus élevé. Tel qu'il ressort des courbes C4, C5, le gain augmente avec une durée d'excitation plus longue. L'état de distribution inversé se développe au cours de la durée d'excitation. Lorsque la durée d'excitation atteint une durée de vie de haut niveau, l'état de distribution inversé ne se développe pas davantage, et le gain est ainsi saturé. [0030] La figure 14 illustre le résultat de la capture d'une forme de section transversale latérale du faisceau laser amplifié 40A, par une caméra CCD, après que l'amplification sélective a été mise en œuvre au moyen du faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification présentant le diamètre φ21 de 1 400 pm. Dans le dessin, « tp » indique la différence de temps entre l'instant de début d'excitation du faisceau d'excitation pulsé 34A à des fins d'amplification et l'instant d'entrée du faisceau laser pulsé 8A, (autrement dit, la durée d'excitation). Une durée d'excitation tp plus longue engendre un gain plus élevé.
La figure 15(a) illustre le résultat de la capture de la forme de section transversale latérale du faisceau laser amplifié 40A, par la caméra CCD, après que l'amplification sélective a été mise en œuvre au moyen du faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification avec le diamètre φ22 de 930 pm. La figure 15(b) illustre une forme de section transversale latérale du faisceau laser multimode 8A lorsque la durée tp est nulle, (c'est-à-dire, avant l'amplification), et un faisceau laser de mode d'ordre élevé 154 existe autour d'une zone de haute intensité 152 au niveau d'un centre. La figure 15(c) illustre une forme de section transversale latérale du faisceau laser amplifié 40A lorsque la durée tp est de 500 psec (avec un gain de 3,2 fois, selon la figure 13). La surface de rayonnement 154 du mode d'ordre élevé qui existait dans la figure 15(b) a disparu, et sur cette base, il peut être compris qu'un nettoyage des modes d'ordre élevé a été réalisé. En outre, une taille d'une zone de haute intensité 156 au centre est devenue inférieure à celle de la zone de haute intensité 152 dans la figure 15(b). Cela correspond au fait que la composante de mode d'ordre élevé qui était incluse dans une périphérie de la courbe Cl de la figure 12 a été nettoyée. Tel qu'il ressort des figures 15(b), 15(c), le nettoyage de modes est renforcé par l'amplification sélective. En outre, il peut également être compris, sur la base des modifications de la durée tp dans la figure 14 et la figure 15(a), que le nettoyage de modes progresse plus efficacement avec un gain plus élevé en vue de l'amplification. En outre, à partir de la figure 13 et d'une comparaison de la figure 14 et de la figure 15(a), il peut être compris que le nettoyage de modes progresse plus efficacement avec un diamètre de faisceau efficace plus étroit pour le faisceau d'excitation à des fins d'amplification. Afin d'extraire sélectivement uniquement le mode de base, il est avantageux de rétrécir le diamètre de faisceau efficace du faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification et d'augmenter le gain.
[0031] Les figures 16(A) et 16(B) illustrent les profils de faisceau du faisceau laser avant et après l'amplification. La figure 16(A) montre des cas pour le diamètre φ21 du faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification correspondant à 1 400 pm, et la figure 16(B) montre des cas pour le diamètre φ22 du faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification correspondant à 930 pm. Une courbe Cl illustre le profil de faisceau du faisceau laser 8 avant l'amplification sélective, et est égale à la courbe Cl de la figure
12. Les courbes C7 à C9 et CIO à C12 illustrent les profils de faisceau du faisceau laser 40A après l'amplification sélective. Le gain d'amplification est différent entre les courbes C7 et C9 et les courbes CIO à C12. Par l'amplification sélective, les courbes à la périphérie se transforment en courbes qui s'atténuent à mesure qu'augmente la distance par rapport à l'axe de faisceau. La courbe périphérique de Cl ne s'atténue pas de manière lisse à mesure que la distance augmente, en revanche, les courbes périphériques de C7 à C9 et CIO à C12 s'atténuent de manière lisse lorsque la distance augmente. Cela correspond à la zone de haute intensité 152 se contractant au niveau de la zone 156 dans les figures 15(b) et 15(c). Cette modification devient plus importante avec un diamètre de faisceau efficace plus étroit du faisceau d'excitation à des fins d'amplification et avec un gain plus élevé.
[0032] Le contraste a été mesuré à partir du graphique des figures 16(A) et 16(B). Le contraste a été défini comme le rapport entre « l'intensité par unité de surface du faisceau laser avant l'amplification sélective et l'intensité par unité de surface du faisceau laser après l'amplification sélective » à une position où une première crête distincte de l'axe optique apparaît (une position de la courbe C6) dans le profil de faisceau Cl du faisceau laser avant l'amplification sélective. Dans le graphique de la figure 16(A), le contraste est passé de 5 à 16,7 en augmentant le gain de 1,95 à 2,92. Pour le cas où le diamètre de faisceau efficace du faisceau d'excitation à des fins d'amplification est défini sur 2,15*w relativement au diamètre de faisceau efficace (n*w) du faisceau laser de mode de base, le contraste devient clair en définissant le gain sur une valeur égale ou supérieure à 2. Pour le cas d'une définition du diamètre de faisceau efficace du faisceau d'excitation à des fins d'amplification sur 2,3*w également, le contraste a été clarifié en définissant le gain sur une valeur égale ou supérieure à 2.
Dans le graphique de la figure 16(B), le contraste est passé de 5 à 250 en augmentant le gain de 2,34 à 3,32. Pour le cas où le diamètre de faisceau efficace du faisceau d'excitation à des fins d'amplification est défini sur l,43*w relativement au diamètre de faisceau efficace (π xw) du faisceau laser de mode de base, le contraste devient significativement clair en définissant le gain sur une valeur égale ou supérieure à 2. Pour le cas d'une définition du diamètre de faisceau efficace du faisceau d'excitation à des fins d'amplification sur l,57xw également, le contraste a été clarifié significativement en définissant le gain sur une valeur égale ou supérieure à 2.
[0033] La figure 17 illustre une relation entre le gain et le contraste. Un axe vertical de la figure 17 indique le contraste tel que présenté précédemment, et signifie que le contraste est plus clair vers son côté supérieur. Étant donné que le faisceau utilisé dans l'expérience n'est pas nécessairement bilatéralement symétrique, des mesures ont été effectuées tant pour le côté gauche que pour le côté droit de l'axe optique. Une courbe C16 illustre un contraste de côté droit obtenu par le faisceau d'excitation à des fins d'amplification de 930 pm, et ce contraste devient plus clair parallèlement à l'augmentation du gain. Une courbe C14 illustre un contraste de côté gauche obtenu par le faisceau d'excitation à des fins d'amplification de 930 pm, et ce contraste devient plus clair parallèlement à l'augmentation du gain. Une courbe C15 illustre un contraste de côté droit obtenu par le faisceau d'excitation à des fins d'amplification de 1 400 pm, et ce contraste devient plus clair parallèlement à l'augmentation du gain. Une courbe C13 illustre un contraste de côté gauche obtenu par le faisceau d'excitation à des fins d'amplification de 1 400 pm, et ce contraste devient plus clair parallèlement à l'augmentation du gain. Suite à la comparaison des courbes C15 et C16 et à la comparaison des courbes 03 et 04, le contraste devient apparemment plus clair avec un diamètre plus étroit du faisceau d'excitation à des fins d'amplification en vertu du même gain.
[0034] La figure 18 illustre le diamètre du faisceau laser 40A après l'amplification sélective. Les courbes 07 et 08 présentent le diamètre de 1/e2. En revanche, les courbes 09 et C20 présentent un diamètre mésial. Le diamètre mésial est un diamètre par lequel l'intensité lumineuse par unité de surface présente une grandeur mésiale de l'intensité lumineuse sur l'axe optique. Les courbes 07 et 09 illustrent le cas concernant le faisceau d'excitation à des fins d'amplification de 1 400 pm, et les courbes 08 et C20 illustrent le cas concernant le faisceau d'excitation à des fins d'amplification de 930 pm. Le faisceau laser amplifié sélectivement s'accumule autour de l'axe optique à un degré plus élevé avec un faisceau d'excitation à des fins d'amplification plus étroit et un gain supérieur, en conséquence de quoi les modes d'ordre plus élevé sont supprimés.
[0035] (Mode de réalisation 3)
Dans un mode de réalisation 3 illustré dans la figure 5, le faisceau laser 8, 40 traverse un milieu de gain d'amplification 38, une seule fois, d'une manière unidirectionnelle. Dans ce cas, la configuration du dispositif peut être simplifiée. [0036] Les longueurs d'onde du faisceau d'excitation 4 à des fins d'oscillation et du faisceau laser 8 sont mutuellement différentes. Une face frontale supérieure du milieu de gain d'oscillation 6 est recouverte d'un film qui ne réfléchit pas le faisceau d'excitation 4 à des fins d'oscillation, mais qui réfléchit le faisceau laser 8, et une face frontale inférieure du milieu de gain d'oscillation 6 est recouverte d'un film qui réfléchit le faisceau d'excitation 4 à des fins d'oscillation et une partie du faisceau laser 8, mais qui permet à une autre partie du faisceau laser 8 de pénétrer. En outre, les longueurs d'onde du faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification et du faisceau laser 8 sont également mutuellement différentes. Le miroir 36 réfléchit le faisceau laser 8, mais pas le faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification. Une face frontale gauche du milieu de gain d'amplification 38 est recouverte d'un film qui ne réfléchit ni le faisceau laser 8, ni le faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification, et une face frontale droite du milieu de gain d'amplification 38 est recouverte d'un film qui réfléchit le faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification, mais pas le faisceau laser 8. Le système d'oscillation laser fourni dans le milieu de gain d'oscillation 6 est conçu de manière à osciller fondamentalement dans le mode de base, cependant, un faisceau laser dans des modes d'ordre plus élevé est également émis.
[0037] L'axe optique du faisceau laser multimode 8 et l'axe optique du faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification à appliquer en entrée au milieu de gain d'amplification 38 présentent une correspondance mutuelle. Le diamètre de faisceau efficace du faisceau laser 8 est supérieur au diamètre de faisceau efficace du faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification. Au sein du milieu de gain d'amplification 38, une plage où passe le faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification est excitée, et présente l'état de distribution inversé. Lorsque le faisceau laser 8 est appliqué en entrée dans cet état, une émission induite est par conséquent générée, et de la lumière 40 présentant une intensité lumineuse plus élevée que celle du faisceau laser 8 est émise. Ce phénomène est généré dans une plage où tant le faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification que le faisceau laser 8 sont appliqués en entrée. Le faisceau laser inclus dans le faisceau laser 8 dans un diamètre plus petit que le diamètre de faisceau efficace du faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification est amplifié par le faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification et le milieu de gain d'amplification 38. Le faisceau laser 40 dans lequel un ou des modes sélectionnés sont amplifiés est émis à partir du milieu de gain d'amplification 38.
[0038] (Mode de réalisation 4)
Un mode de réalisation 4 sera à présent décrit en référence à la figure 6. Dans le mode de réalisation illustré dans la figure 6, une face frontale droite d'un milieu de gain d'amplification 42 est recouverte d'un film qui ne réfléchit ni le faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification, ni le faisceau laser 8. Pour cette raison, le faisceau laser amplifié sélectivement 40, et le faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification qui a traversé une seule fois le milieu de gain d'amplification 42, sont émis à partir de la face frontale droite du milieu de gain d'amplification 42. Étant donné qu'un miroir 44 réfléchit le faisceau laser amplifié sélectivement 40, mais pas le faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification, il sépare le faisceau laser amplifié sélectivement 40 et le faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification.
En comparant les modes de réalisation 3 et 4, il peut être constaté que le faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification décrit un mouvement de va-et-vient à travers le milieu de gain d'amplification 38 d'une manière bidirectionnelle dans le mode de réalisation 3, tandis que dans le mode de réalisation 4, le faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification traverse le milieu de gain d'amplification 42 une seule fois de manière unidirectionnelle. Une distribution inversée robuste est développée dans le milieu de gain d'amplification 38 avec ce premier mode de réalisation, cependant, ce dernier mode de réalisation obtient uniquement une faible distribution inversée. Ce premier mode de réalisation permet une augmentation de gain plus élevée. En outre, ce premier mode de réalisation n'exige pas le miroir 44 qui sépare le faisceau laser amplifié sélectivement 40 et le faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification.
[0039] (Mode de réalisation 5)
Dans les modes de réalisation 3 et 4, le faisceau laser 8 et le faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification sont entrés dans le milieu de gain d'amplification 38 ou 42 à partir d'une même direction, cependant, ils peuvent entrer à partir de directions opposées.
Tel que cela est illustré dans la figure 7, le faisceau laser 8 pénètre dans un milieu de gain d'amplification 46 depuis un côté gauche, et le faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification pénètre dans le milieu de gain d'amplification 46 depuis un côté droit. Étant donné qu'un miroir 48 réfléchit le faisceau d'excitation 34 à des fins d'amplification, mais pas le faisceau laser amplifié sélectivement 40, seul le faisceau laser amplifié sélectivement 40 est obtenu sur le côté droit du miroir 48.
[0040] (Mode de réalisation 6)
Selon cette technique, mis à part le nettoyage au mode de base, une amplification sélective du faisceau laser est possible dans une plage d'ordres spécifique de TEMnm (commençant à 0, avec des modes d'ordre plus élevé présentant des nombres plus élevés pour n et m). Dans ce cas, tel qu'illustré dans la figure 8, le faisceau d'excitation 34B à des fins d'amplification présentant une section transversale latérale annulaire est utilisé. Lorsque le faisceau d'excitation à des fins d'amplification présente la forme annulaire, un faisceau laser appartenant à la plage d'ordres spécifique (par exemple, TEMoi*) peut être sélectionné et amplifié.
[0041] (Mode de réalisation 7)
Le faisceau laser amplifié sélectivement peut être amplifié davantage. La figure 9 illustre un dispositif qui applique en entrée le faisceau laser 40, qui a été amplifié sélectivement par l'amplificateur sélectif de la figure 3 ou 4, à un amplificateur 72, et qui supprime le faisceau laser 88, qui a été davantage amplifié par l'amplificateur 72, du séparateur PBS 58. Un signe de référence 74 illustre le faisceau d'excitation pour l'amplificateur 72. Une face frontale droite de l'amplificateur 72 est recouverte d'un film qui réfléchit le faisceau laser 40, mais pas le faisceau d'excitation 74, et une face frontale gauche de celui-ci est recouverte d'un film qui ne réfléchit pas le faisceau laser 40, mais qui réfléchit le faisceau d'excitation 74. Tant le faisceau laser 40 que le faisceau d'excitation 74 décrivent un mouvement de va-et-vient au sein de l'amplificateur 72, de manière bidirectionnelle.
Bien que non représentée dans la figure 9, une plaque λ/4 est agencée entre l'amplificateur 72 et le séparateur PBS 58, et un plan de polarisation du faisceau laser progressant vers la droite à partir du séparateur PBS 58 ainsi qu'un plan de polarisation du faisceau laser progressant vers la gauche en direction du séparateur PBS 58 bénéficient d'une relation de rotation mutuelle de 90°. Pour cette raison, seul le faisceau laser 88 qui est davantage amplifié par l'amplificateur 72 progresse sélectivement vers le bas à partir du séparateur PBS 58.
[0042] La figure 10 illustre un exemple de l'amplificateur 72. Les plaques de milieu de gain d'amplification 80 et les plaques de diffusion de chaleur transparentes 78 sont laminées de manière alternée. Dans cet amplificateur 72, le faisceau laser 88 est généré par le phénomène d'émission par induction lorsque le faisceau laser 40 pénètre dans celui-ci en vertu de l'état dans lequel la distribution inversée se produit par l'entrée du faisceau d'excitation 74 à des fins d'amplification. Le faisceau laser 88 présente une intensité lumineuse supérieure à celle du faisceau laser 40, et il est par conséquent amplifié. Les détails de l'amplificateur 72 sont décrits dans la spécification jointe à la demande de brevet japonais n° 2016-116603, dont le contenu est intégré par renvoi dans cette spécification. Par exemple, du grenat d'yttrium-aluminium dopé au néodyme, Nd:YAG, peut être utilisé en ce qui concerne les plaques de milieu de gain d'amplification 80, et du saphir peut être utilisé en ce qui concerne les plaques de diffusion de chaleur transparentes 78. Dans ce cas, la nécessité d'un revêtement spécial au niveau des faces frontales de ces éléments peut être omise. La plaque de milieu de gain d'amplification 80 située à chaque extrémité peut être exposée à l'air libre. En outre, un nettoyage de modes peut avoir lieu dans l'amplificateur 72, en ajustant les diamètres de faisceaux efficaces du faisceau laser 40 et du faisceau d'excitation 74 à des fins d'amplification.
[0043] La figure 11 illustre un autre exemple de l'amplificateur 72, qui applique en entrée le faisceau d'excitation 84 à des fins d'amplification dans la plaque de milieu de gain d'amplification 80 à partir de sa face latérale. Bien que les modes ne puissent pas être sélectivement amplifiés étant donné que l'entrée est mise en œuvre à partir de la face latérale, le faisceau laser 40 à modes nettoyés est amplifié. Ainsi, l'amplificateur de la figure 11 peut être utilisé en tant que l'amplificateur 72.
[0044] Il convient de remarquer que l'invention décrite dans les présentes n'est pas limitée aux modes de réalisation susmentionnés, et que diverses modifications peuvent être apportées tout en respectant l'essence de la présente invention, lesquelles ne seront pas exclues du champ d'application de la présente invention.
[0045] Les caractéristiques techniques décrites dans la description et les dessins peuvent techniquement être utiles, seules ou dans des combinaisons diverses, et ne se limitent pas aux combinaisons telles qu'initialement revendiquées. En outre, l'art décrit dans la description et les dessins peut simultanément réaliser une pluralité d'objectifs, et la signification technique connexe réside dans la réalisation de l'un quelconque de ces objectifs.

Claims (7)

  1. REVENDICATIONS
    1. Amplificateur sélectif configuré de manière à amplifier une partie de modes inclus dans un faisceau laser multimode (8), l'amplificateur sélectif comportant :
    un milieu de gain d'oscillation (6) configuré de manière à générer le faisceau laser multimode (8) ;
    un milieu de gain d'amplification (38) ; et un générateur configuré de manière à générer un faisceau d'excitation (4) à des fins d'amplification, le faisceau d'excitation (4) à des fins d'amplification étant configuré de manière à présenter un état de distribution inversé lorsqu'il est appliqué en entrée au milieu de gain d'amplification (38) ;
    dans lequel ;
    le faisceau laser multimode (8) et le faisceau d'excitation à des fins d'amplification sont appliqués en entrée au milieu de gain d'amplification (38) en vertu d'une relation dans laquelle un axe optique du faisceau laser multimode (8) et un axe optique du faisceau d'excitation (4) à des fins d'amplification présentent une correspondance mutuelle, et un diamètre de faisceau efficace du faisceau d'excitation (4) à des fins d'amplification dans le milieu de gain d'amplification (38) est inférieur à un diamètre de faisceau efficace du faisceau laser multimode (8) dans le milieu de gain d'amplification (38) ;
    dans lequel un faisceau laser, dans lequel la partie de modes inclus dans le faisceau laser multimode (8) est amplifiée, est délivré en sortie à partir du milieu de gain d'amplification (38).
  2. 2. Amplificateur sélectif selon la revendication 1, comportant un milieu de gain commun :
    dans lequel une partie du milieu de gain commun fait office de milieu de gain d'oscillation (6), et une autre partie du milieu de gain commun fait office de milieu de gain d'amplification (38).
  3. 3. Amplificateur sélectif selon la revendication 1, dans lequel :
    le milieu de gain d'amplification (38) comporte une paire de faces frontales parallèles ; et le faisceau laser multimode (8) est appliqué en entrée au milieu de gain d'amplification (38) à partir d'une face frontale, et le faisceau d'excitation (4) à des fins d'amplification est appliqué en entrée au milieu de gain d'amplification (38) à partir de l'autre face frontale.
  4. 4. Amplificateur sélectif selon la revendication 1, dans lequel :
    le diamètre de faisceau efficace du faisceau d'excitation (4) à des fins d'amplification est égal à un diamètre de faisceau efficace du faisceau laser de la partie de modes.
  5. 5. Amplificateur sélectif selon la revendication 1, dans lequel :
    le diamètre de faisceau efficace du faisceau d'excitation (4) à des fins d'amplification est égal ou inférieur à un diamètre de faisceau efficace du faisceau laser d'un mode de base ;
    moyennant quoi un faisceau laser dont le mode de base est amplifié est délivré en sortie.
  6. 6. Amplificateur sélectif selon la revendication 1, dans lequel :
    une forme de section transversale latérale du faisceau d'excitation (4) à des fins d'amplification correspond à une forme annulaire.
  7. 7. Amplificateur sélectif selon la revendication 1, dans lequel :
    le milieu de gain d'oscillation et le milieu de gain d'amplification (38) sont constitués de monocristal ou de céramique polycristalline.
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