FR3056838A1 - Verre de gainage pour lasers a solides - Google Patents
Verre de gainage pour lasers a solides Download PDFInfo
- Publication number
- FR3056838A1 FR3056838A1 FR1758896A FR1758896A FR3056838A1 FR 3056838 A1 FR3056838 A1 FR 3056838A1 FR 1758896 A FR1758896 A FR 1758896A FR 1758896 A FR1758896 A FR 1758896A FR 3056838 A1 FR3056838 A1 FR 3056838A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- maximum
- glass
- weight
- cladding glass
- refractive index
- 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
- 239000007787 solid Substances 0.000 title description 7
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 343
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims abstract description 220
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims abstract description 133
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims abstract description 133
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 56
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 42
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims description 29
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 24
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 21
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 18
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 16
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 12
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 7
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 claims description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 3
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 claims description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 18
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 abstract description 14
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 44
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 23
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 description 15
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 13
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 13
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 10
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 6
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 6
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 6
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 6
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 5
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- GOLCXWYRSKYTSP-UHFFFAOYSA-N Arsenious Acid Chemical compound O1[As]2O[As]1O2 GOLCXWYRSKYTSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 4
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 4
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 4
- KTUFCUMIWABKDW-UHFFFAOYSA-N oxo(oxolanthaniooxy)lanthanum Chemical compound O=[La]O[La]=O KTUFCUMIWABKDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 4
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- ADCOVFLJGNWWNZ-UHFFFAOYSA-N antimony trioxide Inorganic materials O=[Sb]O[Sb]=O ADCOVFLJGNWWNZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 3
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 3
- YEAUATLBSVJFOY-UHFFFAOYSA-N tetraantimony hexaoxide Chemical compound O1[Sb](O2)O[Sb]3O[Sb]1O[Sb]2O3 YEAUATLBSVJFOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910018068 Li 2 O Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018162 SeO2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000004630 atomic force microscopy Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 2
- JPJALAQPGMAKDF-UHFFFAOYSA-N selenium dioxide Chemical compound O=[Se]=O JPJALAQPGMAKDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052716 thallium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 2
- 241000928106 Alain Species 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004028 SiCU Inorganic materials 0.000 description 1
- LCKIEQZJEYYRIY-UHFFFAOYSA-N Titanium ion Chemical group [Ti+4] LCKIEQZJEYYRIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004040 coloring Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- NZZFYRREKKOMAT-UHFFFAOYSA-N diiodomethane Chemical compound ICI NZZFYRREKKOMAT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000000087 laser glass Substances 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000007790 scraping Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/062—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight
- C03C3/064—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight containing boron
- C03C3/068—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight containing boron containing rare earths
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/062—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight
- C03C3/064—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight containing boron
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C4/00—Compositions for glass with special properties
- C03C4/0071—Compositions for glass with special properties for laserable glass
-
- 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
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
-
- 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
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/0602—Crystal lasers or glass lasers
-
- 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
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/0602—Crystal lasers or glass lasers
- H01S3/0612—Non-homogeneous structure
-
- 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
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/0619—Coatings, e.g. AR, HR, passivation layer
- H01S3/0625—Coatings on surfaces other than the end-faces
-
- 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
-
- 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
- H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
- H01S3/162—Solid materials characterised by an active (lasing) ion transition metal
-
- 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
- H01S3/17—Solid materials amorphous, e.g. glass
-
- 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
- H01S2301/00—Functional characteristics
- H01S2301/02—ASE (amplified spontaneous emission), noise; Reduction thereof
-
- 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
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/0602—Crystal lasers or glass lasers
- H01S3/0606—Crystal lasers or glass lasers with polygonal cross-section, e.g. slab, prism
-
- 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
- H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
- H01S3/162—Solid materials characterised by an active (lasing) ion transition metal
- H01S3/1623—Solid materials characterised by an active (lasing) ion transition metal chromium, e.g. Alexandrite
-
- 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
- H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
- H01S3/162—Solid materials characterised by an active (lasing) ion transition metal
- H01S3/1625—Solid materials characterised by an active (lasing) ion transition metal titanium
-
- 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
- H01S3/163—Solid materials characterised by a crystal matrix
- H01S3/1631—Solid materials characterised by a crystal matrix aluminate
- H01S3/1636—Al2O3 (Sapphire)
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
La présente invention concerne un verre ayant un indice de réfraction d'au moins 1,7, ainsi que l'utilisation du verre comme verre de gainage d'un laser à solide. L'invention concerne également un composant laser comportant un cœur en saphir dopé et du verre de gainage placé sur ledit cœur. Le verre de gainage est disposé sur ledit cœur de façon que de la lumière sortant du cœur du fait d'une activité laser parasite puisse pénétrer dans le verre de gainage et puisse y être absorbée. Ainsi, un composant laser à rendement amélioré est obtenu. La présente invention concerne également un procédé pour fabriquer le composant laser.
Description
© N° de publication : 3 056 838 (à n’utiliser que pour les commandes de reproduction) (© N° d’enregistrement national : 17 58896 ® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE
COURBEVOIE © IntCI8
H 01 S 3/16 (2017.01), C 03 C 3/068
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1
| ©) Date de dépôt : 26.09.17. | (© Demandeur(s) : SCHOTTAG — DE. |
| (30) Priorité : 28.09.16 DE 102016118364.4. | |
| @ Inventeur(s) : CARRE ANTOINE, DANIELOU | |
| ALAIN, HANSEN STEFANIE et APITZ DIRK. | |
| (43) Date de mise à la disposition du public de la | |
| demande : 30.03.18 Bulletin 18/13. | |
| ©) Liste des documents cités dans le rapport de | |
| recherche préliminaire : Ce dernier n'a pas été | |
| établi à la date de publication de la demande. | |
| (© Références à d’autres documents nationaux | ® Titulaire(s) : SCHOTT AG. |
| apparentés : | |
| ©) Demande(s) d’extension : | (© Mandataire(s) : CASALONGA. |
FR 3 056 838 - A1 (34/ VERRE DE GAINAGE POUR LASERS A SOLIDES.
©) La présente invention concerne un verre ayant un indice de réfraction d'au moins 1,7, ainsi que l'utilisation du verre comme verre de gainage d'un laser à solide. L'invention concerne également un composant laser comportant un coeur en saphir dopé et du verre de gainage placé sur ledit coeur. Le verre de gainage est disposé sur ledit coeur de façon que de la lumière sortant du coeur du fait d'une activité laser parasite puisse pénétrer dans le verre de gainage et puisse y être absorbée. Ainsi, un composant laser à rendement amélioré est obtenu. La présente invention concerne
i
Verre de gainage pour lasers à solides
On appelle globalement lasers à solides des lasers à excitation optique dont le milieu amplificateur comprenant un solide cristallin ou vitreux est également désigné par l'expression cristal hôte ou matériau hôte. Le cristal hôte est dopé avec des ions d'une matière étrangère. L'introduction d'énergie dans le milieu laser permet d'exciter les électrons à un niveau d'énergie supérieur, aussi en résulte-t-il des atomes excités. Ce processus est également appelé pompage. Normalement, les lasers à solides font l'objet d'un pompage optique. Quand un atome qui a été excité, notamment stimulé par un photon ayant l'énergie à émettre, l'atome excité retombe dans son état normal et, de ce fait, émet un photon à énergie identique ainsi qu'à position de phase identique, comme le photon stimulateur. Les directions de mouvement des deux photons sont les mêmes. En raison de cette duplication du photon stimulateur, le milieu laser sert d'amplificateur de lumière, ce qu'on désigne aussi par “effet laser” classique. Dans la technique antérieure, de tels lasers à solides sont bien connus. L'activité laser est principalement déclenchée par émission spontanée suivant laquelle, après une demi-vie spécifique du matériau, des électrons retombent statistiquement dans leur état normal et émettent donc un photon ayant chacun une direction et une position de phase spécifiques. Un fonctionnement du laser est ordinairement obtenu lorsque, outre le milieu actif, existe une cavité de miroirs au moins partiellement réfléchissants entre lesquels des photons ayant une certaine direction sont à nouveau guidés à travers le milieu actif et stimulent alors de nouvelles émissions. Ce sont alors des photons ayant cette direction et ayant la même phase qui prédomineront. Normalement, des photons émis dans une autre direction par émission spontanée ne seront pas amplifiés.
Le saphir est un cristal hôte d'usage courant. Le saphir est une forme cristalline d'Al2O3 caractérisée par une dureté particulièrement élevée. Un cristal de saphir est un cristal uniaxial optiquement négatif qui peut être décrit par l'axe cristallographique c et les axes cristallographique a et b qui sont perpendiculaires à rapport à c et l'un par rapport à l'autre. Dans le cas du saphir, l'axe cristallographique c constitue l'axe optique. Dans le cas du saphir, l'amplification la plus forte de la lumière peut être réalisée pour un rayonnement à propagation orthogonale par rapport à l'axe optique. Cependant, puisque l'axe a ainsi que l'axe b sont tous deux orthogonaux à l'axe c, il y a donc deux axes (a, b) encore une fois respectivement orthogonaux l'un à l'autre, le long desquels peut se produire une amplification de lumière. Cependant, en règle générale, uniquement une amplification dans une seule direction ou dans les deux est voulue, aussi une sortie de la lumière amplifiée n'est-elle envisagée que dans une seule de ces directions. Les amplifications d'émissions spontanées survenant perpendiculairement à cette direction préférée sont aussi appelées activités laser parasites. Par les activités laser parasites est stimulée l'émission de nouveaux atomes excités sans la possibilité d'utiliser les photons émis pour le fonctionnement voulu du laser, car ils ne se propagent pas suivant l'orientation préférée, mais suivant une orientation perpendiculaire à celle-ci. Ainsi, les activités laser parasites sont liées à une réduction du rendement du laser, car l'énergie envoyée par pompage dans le milieu laser reste inutilisée, et est donc ainsi perdue. De ce fait, le rendement du laser est amoindri.
Une émission spontanée dans des directions différentes de la direction du laser ne peut pas être supprimée dans le milieu laser. Cependant, ce phénomène est particulièrement problématique lorsque, sur la surface servant de limite entre le cristal de saphir et le milieu environnant (ordinairement de l'air), une certaine proportion de la lumière est réfléchie dans le cristal ou va et vient même plusieurs fois par réflexion et, de ce fait, provoque une amplification accrue de l'activité laser parasite et dissipe davantage d'énergie par émission stimulée. Ce cas est désigné par l'expression oscillations parasites. Quand l'amplification (ou gain) de lumière laser dans le milieu actif dans une direction parasite est forte, il suffit alors d'une faible réflectivité, comme dans le cas d'une surface qui n'est pas nonréfléchissante à la limite entre le milieu laser et l'air, pour provoquer une considérable perte d'énergie. Ainsi, l'activité laser parasite peut être atténuée en empêchant le renvoi de la lumière dans le cristal de saphir par réflexion perpendiculairement à la direction du rayonnement du laser, ou au moins en l'atténuant considérablement.
Dans le cas de saphir dopé, l'amplification de la lumière due à une activité laser parasite (lumière laser parasite) est si forte, en particulier perpendiculairement à l'orientation d'amplification préférée et perpendiculairement à l'axe cristallographique c du saphir, qu'y compris dans le cas d'un gainage anti-réflexion sur la surface latérale du cristal laser, de fortes réflexions surviennent, aussi ce problème est-il résolu par le recours à des mesures qui suppriment encore davantage les réflexions de lumière laser parasite.
Une telle solution est la suivante application de diiodométhane (en tant que matériau de gainage liquide) au contact de la surface latérale du milieu laser. Le liquide a un indice de réfraction ajusté et absorbe la lumière parasite de telle sorte que les réflexions soient supprimées. Cependant, ce liquide présente plusieurs inconvénients cruciaux. Premièrement, le fait qu'il s'agisse d'un liquide et non d'un solide a pour conséquence un système de laser plus complexe et sujet à des pannes. Deuxièmement, la zone de contact du milieu laser avec le liquide a une superficie limitée, car le milieu laser doit être retenu et fixé aussi au-delà des zones à laser. Troisièmement, ce liquide présente des risques sanitaires. Quatrièmement, le liquide se décompose au fil du temps et il faut le remplacer à intervalles réguliers. Cinquièmement, pour une telle solution au problème, l'indice de réfraction doit être réglé sur un certain intervalle de longueurs d'onde et, bien que l'indice de réfraction à la longueur d'onde centrale puisse être modifié de manière minime par un apport d'additifs, la dispersion (la dépendance de l'indice de réfraction à la longueur d'onde) est plus ou moins constante et est différente de celle du saphir.
Par conséquent, quelques tentatives ont cherché à réduire les oscillations parasites avec un gainage solide et ainsi à accroître le rendement du laser. Un principe de fonctionnement qui repose sur la suppression de lumière parasite à l'aide d'un verre de gainage est décrit dans US 4 217 372 A, mais cette invention concerne le cas spécial de verre fluorophosphaté dopé au néodyme. Dans ce système, la longueur d'onde de la lumière laser parasite à supprimer est de 1052 nm et l'indice de réfraction du milieu actif est d'environ 1,46, c'est-àdire que l'invention décrite dans US 4 217 382 A ne convient nullement comme gainage pour du saphir dopé.
Par conséquent, la présente invention vise à proposer un moyen qui, dans le cas de saphir dopé, convienne pour supprimer de la lumière parasite dans le spectre visible et élimine les inconvénients du verre selon la technique antérieure. L'objectif est atteint par le contenu des revendications du brevet.
La présente invention propose un verre de gainage pour saphir dopé qui convient parfaitement à cette fin. Le verre de gainage est avantageusement disposé à la surface du cristal de saphir dopé de telle sorte que la lumière de l'activité laser parasite frappe la surface servant de limite cristal/air. Du fait que l'indice de réfraction du verre de gainage est ajusté en fonction de l'indice de réfraction du cristal de saphir de telle sorte qu'ils diffèrent très peu, la réflexion qui apparaît est fortement réduite et un passage d'une grande partie de la lumière du cristal au verre de gainage devient possible. Cependant, dans ce cas, il faut considérer qu'un cristal de saphir, en raison de la forte anisotropie du matériau, est caractérisé par deux indices de réfraction principaux, à savoir un indice de réfraction ordinaire n0 et un indice de réfraction extraordinaire ne. L'indice de réfraction extraordinaire concerne la lumière polarisée dans une direction parallèle à l'axe optique (lumière à polarisation π). Comme la proportion problématique de la lumière laser parasite est en majeure partie de la lumière à polarisation π, il est avantageux que le verre de gainage ait un indice de réfraction ajusté en fonction de l'indice de réfraction extraordinaire du saphir dopé.
La lumière laser parasite entrée dans le verre de gainage risque d'être réfléchie à la surface servant de limite entre le verre de gainage et l'air non en regard du cœur et, après avoir retraversé le verre de gainage, pénètre à nouveau dans le saphir dopé. Pour empêcher cela, il est avantageux que le verre de gainage dans l'intervalle de longueurs d'onde de la lumière laser parasite ait une transmission interne la plus faible possible. En effet, si la lumière laser parasite est absorbée efficacement dans le verre de gainage, il n'est pas possible qu'elle repénètre dans le saphir dopé.
La présente invention concerne un composant laser, comportant
a) un cœur en saphir dopé, et
b) un verre de gainage placé sur ledit cœur et qui, dans le cas d'une épaisseur de 1 mm dans un intervalle de longueur d'onde de 750 nm à 850 nm, a une transmission interne d'un maximum de 0,8, de préférence d'un maximum de 0,5, de préférence encore d'un maximum de 0,4, de préférence encore d'un maximum de 0,3, de préférence encore d'un maximum de 0,2, de préférence encore d'un maximum de 0,15, de préférence encore d'un maximum de 0,1, dans lequel, pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 750 nm à 850 nm, l'indice de réfraction extraordinaire du saphir dopé et l'indice de réfraction du verre de gainage diffèrent l'un de l'autre d'un maximum de 0,05, de préférence d'un maximum de 0,04, de préférence encore d'un maximum de 0,03, de préférence encore d'un maximum de 0,02, de préférence encore d'un maximum de 0,01, de préférence encore d'un maximum de 0,005, de préférence encore d'un maximum de 0,002, de préférence encore d'un maximum de 0,001, de préférence encore d'un maximum de 0,0005.
Dans des formes de réalisation préférables, le verre de gainage d'une épaisseur de 1 mm, même dans un intervalle de longueurs d'onde de 700 à 900 nm, a une transmission interne d'un maximum de 0,8, de préférence encore d'un maximum de 0,5, de préférence encore d'un maximum de 0,4, de préférence encore d'un maximum de 0,3, de préférence encore d'un maximum de 0,2, de préférence encore d'un maximum de 0,15, de préférence encore d'un maximum de 0,1 et, pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 700 à 900 nm, l'indice de réfraction extraordinaire du saphir dopé et l'indice de réfraction du verre de gainage diffèrent l'un de l'autre d'un maximum de 0,05, de préférence d'un maximum de 0,04, de préférence encore d'un maximum de 0,03, de préférence encore d'un maximum de 0,02, de préférence encore d'un maximum de 0,01, de préférence encore d'un maximum de 0,005, de préférence encore d'un maximum de 0,002, de préférence encore d'un maximum de 0,0015.
Dans encore d'autres formes de réalisation préférables, le verre de gainage d'une épaisseur de 1 mm, même dans un intervalle de longueurs d'onde de 650 à 950 nm, a une transmission interne d'un maximum de 0,8, de préférence encore d'un maximum de 0,5, de préférence encore d'un maximum de 0,4, de préférence encore d'un maximum de 0,3, de préférence encore d'un maximum de 0,2, de préférence encore d'un maximum de 0,15, de préférence encore d'un maximum de 0,1 et, pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 650 à 950 nm, l'indice de réfraction extraordinaire du saphir dopé et l'indice de réfraction du verre de gainage diffèrent l'un de l'autre d'un maximum de 0,05, de préférence d'un maximum de 0,04, de préférence encore d'un maximum de 0,03, de préférence encore d'un maximum de 0,02, de préférence encore d'un maximum de 0,01, de préférence encore d'un maximum de 0,005, de préférence encore d'un maximum de 0,0025.
Dans encore d'autres formes de réalisation préférables, le verre de gainage d'une épaisseur de 1 mm, même dans un intervalle de longueurs d'onde de 600 à 1000 nm, a une transmission interne d'un maximum de 0,8, de préférence encore d'un maximum de 0,5, de préférence encore d'un maximum de 0,4, de préférence encore d'un maximum de 0,3, de préférence encore d'un maximum de 0,2, de préférence encore d'un maximum de 0,15, de préférence encore d'un maximum de 0,1 et, pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 600 à 1000 nm, l'indice de réfraction extraordinaire du saphir dopé et l'indice de réfraction du verre de gainage diffèrent l'un de l'autre d'un maximum de 0,05, de préférence d'un maximum de 0,04, de préférence encore d'un maximum de 0,03, de préférence encore d'un maximum de 0,02, de préférence encore d'un maximum de 0,01, de préférence encore d'un maximum de 0,005, de préférence encore d'un maximum de 0,0035.
Dans encore d'autres formes de réalisation préférables, le verre de gainage d'une épaisseur de 1 mm, même dans un intervalle de longueurs d'onde de 650 à 1100 nm, a une transmission interne d'un maximum de 0,8, de préférence encore d'un maximum de 0,5, de préférence encore d'un maximum de 0,4, de préférence encore d'un maximum de 0,3, de préférence encore d'un maximum de 0,2, de préférence encore d'un maximum de 0,15, de préférence encore d'un maximum de 0,1 et, pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 600 à 1100 nm, l'indice de réfraction extraordinaire du saphir dopé et l'indice de réfraction du verre de gainage diffèrent l'un de l'autre d'un maximum de 0,05, de préférence d'un maximum de 0,04, de préférence encore d'un maximum de 0,03, de préférence encore d'un maximum de 0,02, de préférence encore d'un maximum de 0,01, de préférence encore d'un maximum de 0,005, de préférence encore d'un maximum de 0,0035.
Le saphir est caractérisé par un nombre d'Abbe très élevé. Le nombre d'Abbe du saphir est d'environ va = 73. Cela signifie que la dépendance des indices de réfraction (ordinaire et extraordinaire) à la longueur d'onde est relativement faible. Pour que le verre de gainage soit particulièrement bien ajusté sur le saphir, il est avantageux que le nombre d'Abbe du verre de gainage soit très élevé lui aussi. De préférence, par conséquent, le nombre d'Abbe des verres selon la présente invention est d'au moins 35, de préférence encore d'au moins 40, de préférence encore d'au moins 45, de préférence encore d'au moins 47, de préférence encore d'au moins 48. Ainsi, le nombre d'Abbe des verres selon la présente invention est inférieur au nombre d'Abbe du saphir, de préférence d'un maximum de 38, de préférence encore d'un maximum de 33, de préférence encore d'un maximum de 28, de préférence encore d'un maximum de 26, de préférence encore d'un maximum de 25. Ainsi, un ajustement satisfaisant de l'indice de réfraction du verre à l'indice de réfraction du saphir sur un intervalle de longueurs d'onde relativement grand devient possible. De préférence, le nombre d'Abbe des verres selon la présente invention n'est pas supérieur à 55, de préférence encore non supérieur à 52.
Formellement, l'indice de réfraction (verre ou saphir) peut être approché à la longueur d'onde λ0 suivant la formule de Taylor : η(λ) = η(λο)+(λ-λο)*(3η(λ)/3λ)|χο+··· Pour qu'un bon rendement du composant optique puisse être garanti, il convient d'ajuster non seulement l'indice de réfraction de verre près du pic de l'émission, mais encore la différentiation locale de cet indice de réfraction (3η(λ)/3λ)|χ0 par rapport à la longueur d'onde à λ0 = 800 [nm]. Cette valeur caractéristique (3η(λ)/3λ)|χ0) indique comment réussira l'ajustement de l'indice de réfraction dans l'intervalle de longueurs d'onde prévu (par exemple, de 750 nm à 850 nm). Pour Ti:Sa, cette différentiation est d'environ -2,68xl0'5 [nm'1]. Pour le verre, une valeur située entre 3,00xl0'5 et -4,00xl0'5 [nm'1] est préférée.
Le composant laser selon la présente invention comprend un cœur en saphir dopé. De préférence, le saphir est dopé avec un dopant choisi dans le groupe constitué d'ions des éléments suivants : titane, chrome, fer et vanadium. De préférence encore, le dopant est choisi dans le groupe constitué d'ions des éléments suivants : titane et chrome. Il est particulièrement préférable que le dopant soit un ion titane. De préférence, la proportion de l'oxyde de dopant (p.ex. T12O3) est de 0,01 à 1 % en poids, de préférence encore de 0,05 à 0,5 % en poids, de préférence encore de 0,05 à 0,3 % en poids, de préférence encore de 0,1 à 0,2 % en poids, sur la base de la masse de l'oxyde d'aluminium (AI2O3) dans le saphir dopé. Avec de telles proportions de dopants, on obtient des milieux laser particulièrement efficaces.
Le verre de gainage placé sur le cœur, d'une épaisseur de 1 mm, dans un intervalle de longueurs d'onde de λ = 750 nm à λ = 850 nm a une transmission interne d'un maximum de 0,8. De préférence, la transmission interne du verre de gainage d'une épaisseur de 1 mm dans un intervalle de longueurs d'onde de 750 nm à 850 nm n'est même que d'un maximum de 0,5, de préférence encore d'un maximum de 0,4, de préférence encore d'un maximum de 0,3, de préférence encore d'un maximum de 0,2, de préférence encore d'un maximum de 0,15 et de préférence encore d'un maximum de 0,1. Une transmission interne faible est liée à une forte absorption de la lumière laser parasite dans le verre de gainage de telle sorte que la proportion de la lumière qui, depuis le verre de gainage, repénètre dans le saphir dopé soit considérablement réduite.
De préférence, le verre de gainage placé sur le cœur, d'une épaisseur de 1 mm, dans un intervalle de longueurs d'onde de λ = 700 nm à λ = 900 nm a une transmission interne d'un maximum de 0,8, de préférence encore d'un maximum de 0,5, de préférence encore d'un maximum de 0,4, de préférence encore d'un maximum de 0,3, de préférence encore d'un maximum de 0,2, de préférence encore d'un maximum de 0,15, de préférence encore d'un maximum de 0,1.
De préférence, le verre de gainage placé sur le cœur, d'une épaisseur de 1 mm, dans un intervalle de longueurs d'onde de λ = 650 nm à λ = 950 nm a une transmission interne d'un maximum de 0,8, de préférence encore d'un maximum de 0,5, de préférence encore d'un maximum de 0,4, de préférence encore d'un maximum de 0,3, de préférence encore d'un maximum de 0,2, de préférence encore d'un maximum de 0,15, de préférence encore d'un maximum de 0,1.
De préférence, le verre de gainage placé sur le cœur, d'une épaisseur de 1 mm, dans un intervalle de longueurs d'onde de λ = 600 nm à λ = 1000 nm a une transmission interne d'un maximum de 0,8, de préférence encore d'un maximum de 0,5, de préférence encore d'un maximum de 0,4, de préférence encore d'un maximum de 0,3, de préférence encore d'un maximum de 0,2, de préférence encore d'un maximum de 0,15, de préférence encore d'un maximum de 0,1.
De préférence, le verre de gainage placé sur le cœur, d'une épaisseur de 1 mm, dans un intervalle de longueurs d'onde de λ = 600 nm à λ = 1100 nm a une transmission interne d'un maximum de 0,8, de préférence encore d'un maximum de 0,5, de préférence encore d'un maximum de 0,4, de préférence encore d'un maximum de 0,3, de préférence encore d'un maximum de 0,2, de préférence encore d'un maximum de 0,15, de préférence encore d'un maximum de 0,1.
ίο
A d'autres longueurs d'onde, cependant, le verre de gainage a une transmission interne nettement plus faible. De préférence, le verre de gainage placé sur le cœur, d'une épaisseur de 1 mm, dans un intervalle de longueurs d'onde de λ = 450 nm à λ = 550 nm a une transmission interne d'au moins 0,4, de préférence encore d'au moins 0,6.
Dans d'autres formes de réalisation possibles, de préférence, le verre de gainage placé sur le cœur, d'une épaisseur de 1 mm, dans un intervalle de longueurs d'onde de λ = 1025 nm à λ = 1125 nm a une transmission interne d'au moins 0,2, de préférence encore d'au moins 0,25, de préférence encore d'au moins 0,3.
L'invention sera mieux comprise à l'étude détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels :
-la Figure 1 représente des courbes de la transmission interne d'un exemple de verre de gainage ayant une épaisseur différente ;
-la Figure 2 représente schématiquement une disposition préférée du verre de gainage sur le saphir dopé ;
-la Figure 3 illustre la dépendance de l'indice de réfraction par rapport à la vitesse de refroidissement ; et
-la Figure 4 illustre la dépendance de l'indice de réfraction par rapport à la longueur d'onde.
Sur la Figure 1 sont représentées des courbes de transmission interne d'un exemple préférable de verre de gainage.
La différence entre l'indice de réfraction extraordinaire du saphir dopé et l'indice de réfraction du verre de gainage pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 750 nm à 850 nm est d'un maximum de 0,05. De préférence, la différence entre l'indice de réfraction extraordinaire du saphir dopé et l'indice de réfraction du verre de gainage pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 750 nm à 850 nm est d'un maximum de 0,04, de préférence encore d'un maximum de 0,03, de préférence encore d'un maximum de 0,02, de préférence encore d'un maximum de 0,01, de préférence encore d'un maximum de 0,005, de préférence encore d'un maximum de
0,002, de préférence encore d'un maximum de 0,001, de préférence encore d'un maximum de 0,0005. Une faible différence entre les indices de réfraction cités est liée à une faible réflexion à la surface servant de limite entre le cristal de saphir et le verre de gainage de telle sorte qu'une proportion particulièrement forte de la lumière laser parasite issue du saphir dopé puisse pénétrer dans le verre de gainage.
De préférence, la différence entre l'indice de réfraction extraordinaire du saphir dopé et l'indice de réfraction du verre de gainage pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 700 nm à 900 nm est d'un maximum de 0,05, de préférence encore d'un maximum de 0,04, de préférence encore d'un maximum de 0,03, de préférence encore d'un maximum de 0,02, de préférence encore d'un maximum de 0,01, de préférence encore d'un maximum de 0,005, de préférence encore d'un maximum de 0,002, de préférence encore d'un maximum de 0,0015.
De préférence, la différence entre l'indice de réfraction extraordinaire du saphir dopé et l'indice de réfraction du verre de gainage pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 650 nm à 950 nm est d'un maximum de 0,05, de préférence encore d'un maximum de 0,04, de préférence encore d'un maximum de 0,03, de préférence encore d'un maximum de 0,02, de préférence encore d'un maximum de 0,01, de préférence encore d'un maximum de 0,005, de préférence encore d'un maximum de 0,0025.
De préférence, la différence entre l'indice de réfraction extraordinaire du saphir dopé et l'indice de réfraction du verre de gainage pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 600 nm à 1000 nm est d'un maximum de 0,05, de préférence encore d'un maximum de 0,04, de préférence encore d'un maximum de 0,03, de préférence encore d'un maximum de 0,02, de préférence encore d'un maximum de 0,01, de préférence encore d'un maximum de 0,005, de préférence encore d'un maximum de 0,0035.
De préférence, la différence entre l'indice de réfraction extraordinaire du saphir dopé et l'indice de réfraction du verre de gainage pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de
600 nm à 1100 nm est d'un maximum de 0,05, de préférence encore d'un maximum de 0,04, de préférence encore d'un maximum de 0,03, de préférence encore d'un maximum de 0,02, de préférence encore d'un maximum de 0,01, de préférence encore d'un maximum de 0,005, de préférence encore d'un maximum de 0,0035.
De préférence, l'indice de réfraction extraordinaire du saphir dopé pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 750 nm à 850 nm est de 1,70 à 1,80, de préférence encore de 1,72 à 1,78, de préférence encore de 1,73 à 1,77, de préférence encore de 1,74 à
1.77. Il est particulièrement préférable que l'indice de réfraction extraordinaire du saphir dopé pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 750 nm à 850 nm soit d'environ 1,75. Par conséquent, selon la présente invention, l'indice de réfraction extraordinaire du verre de gainage pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 750 nm à 850 nm est de préférence de 1,65 à 1,85, de préférence encore de 1,67 à 1,83, de préférence encore de 1,68 à 1,82, de préférence encore de 1,69 à 1,82, de préférence encore de 1,70 à 1,80, de préférence encore de 1,72 à 1,78, de préférence encore de 1,73 à 1,77, de préférence encore de 1,74 à
1.77. de préférence encore de 1,750 à 1,765, de préférence encore de
1,750 à 1,760. Il est particulièrement préférable que l'indice de réfraction du verre de gainage pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 750 nm à 850 nm soit d'environ 1,755.
De préférence, l'indice de réfraction extraordinaire du saphir dopé pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 700 nm à 900 nm est de 1,70 à 1,80, de préférence encore de 1,72 à 1,78, de préférence encore de 1,73 à 1,77, de préférence encore de 1,74 à
1.77. Il est particulièrement préférable que l'indice de réfraction extraordinaire du saphir dopé pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 700 nm à 900 nm soit d'environ 1,75. Par conséquent, selon la présente invention, l'indice de réfraction extraordinaire du verre de gainage pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 700 nm à 900 nm est de préférence de 1,65 à 1,85, de préférence encore de 1,67 à 1,83, de préférence encore de 1,68 à 1,82, de préférence encore de 1,69 à 1,82, de préférence encore de 1,70 à 1,80, de préférence encore de 1,72 à 1,78, de préférence encore de 1,73 à 1,77, de préférence encore de 1,74 à
1.77, de préférence encore de 1,750 à 1,765, de préférence encore de
1,750 à 1,760. Il est particulièrement préférable que l'indice de réfraction du verre de gainage pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 700 nm à 900 nm soit d'environ 1,755.
De préférence, l'indice de réfraction extraordinaire du saphir dopé pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 650 nm à 950 nm est de 1,70 à 1,80, de préférence encore de 1,72 à 1,78, de préférence encore de 1,73 à 1,77, de préférence encore de 1,74 à
1.77. Il est particulièrement préférable que l'indice de réfraction extraordinaire du saphir dopé pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 650 nm à 950 nm soit d'environ 1,75. Par conséquent, selon la présente invention, l'indice de réfraction extraordinaire du verre de gainage pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 650 nm à 950 nm est de préférence de 1,65 à 1,85, de préférence encore de 1,67 à 1,83, de préférence encore de 1,68 à 1,82, de préférence encore de 1,69 à 1,82, de préférence encore de 1,70 à 1,80, de préférence encore de 1,72 à 1,78, de préférence encore de 1,73 à 1,77, de préférence encore de 1,74 à
1.77, de préférence encore de 1,750 à 1,765, de préférence encore de
1,750 à 1,760. Il est particulièrement préférable que l'indice de réfraction du verre de gainage pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 650 nm à 950 nm soit d'environ 1,755.
De préférence, l'indice de réfraction extraordinaire du saphir dopé pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 600 nm à 1000 nm est de 1,70 à 1,80, de préférence encore de 1,72 à 1,78, de préférence encore de 1,73 à 1,77, de préférence encore de 1,74 à
1.77. Il est particulièrement préférable que l'indice de réfraction extraordinaire du saphir dopé pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 600 nm à 1000 nm soit d'environ 1,75. Par conséquent, selon la présente invention, l'indice de réfraction extraordinaire du verre de gainage pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 600 nm à 1000 nm est de préférence de 1,65 à 1,85, de préférence encore de 1,67 à 1,83, de préférence encore de 1,68 à 1,82, de préférence encore de 1,69 à 1,82, de préférence encore de 1,70 à 1,80, de préférence encore de 1,72 à 1,78, de préférence encore de 1,73 à 1,77, de préférence encore de 1,74 à
1.77, de préférence encore de 1,750 à 1,765, de préférence encore de
1,750 à 1,760. Il est particulièrement préférable que l'indice de réfraction du verre de gainage pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 600 nm à 1000 nm soit d'environ 1,755.
De préférence, l'indice de réfraction extraordinaire du saphir dopé pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 600 nm à 1100 nm est de 1,70 à 1,80, de préférence encore de 1,72 à 1,78, de préférence encore de 1,73 à 1,77, de préférence encore de 1,74 à
1.77, Il est particulièrement préférable que l'indice de réfraction extraordinaire du saphir dopé pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 600 nm à 1100 nm soit d'environ 1,75. Par conséquent, selon la présente invention, l'indice de réfraction extraordinaire du verre de gainage pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 600 nm à 1100 nm est de préférence de 1,65 à 1,85, de préférence encore de 1,67 à 1,83, de préférence encore de 1,68 à 1,82, de préférence encore de 1,69 à 1,82, de préférence encore de 1,70 à 1,80, de préférence encore de 1,72 à 1,78, de préférence encore de 1,73 à 1,77, de préférence encore de 1,74 à
1.77, de préférence encore de 1,750 à 1,765, de préférence encore de
1,750 à 1,760. Il est particulièrement préférable que l'indice de réfraction du verre de gainage pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 600 nm à 1100 nm soit d'environ 1,755.
Dans des formes de réalisation particulières, la différence entre l'indice de réfraction du verre de gainage et la valeur moyenne des indices de réfraction ordinaire et extraordinaire du saphir dopé pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 750 nm à 850 nm est d'un maximum de 0,05, de préférence d'un maximum de 0,04, de préférence encore d'un maximum de 0,03, de préférence encore d'un maximum de 0,02, de préférence encore d'un maximum de 0,01, de préférence encore d'un maximum de 0,005, de préférence encore d'un maximum de 0,002, de préférence encore d'un maximum de 0,001, de préférence encore d'un maximum de 0,0005.
Dans des formes de réalisation particulières, la différence entre l'indice de réfraction du verre de gainage et la valeur moyenne des indices de réfraction ordinaire et extraordinaire du saphir dopé pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 700 nm à 900 nm est d'un maximum de 0,05, de préférence d'un maximum de 0,04, de préférence encore d'un maximum de 0,03, de préférence encore d'un maximum de 0,02, de préférence encore d'un maximum de 0,01, de préférence encore d'un maximum de 0,005, de préférence encore d'un maximum de 0,002, de préférence encore d'un maximum de 0,0015.
Dans des formes de réalisation particulières, la différence entre l'indice de réfraction du verre de gainage et la valeur moyenne des indices de réfraction ordinaire et extraordinaire du saphir dopé pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 650 nm à 950 nm est d'un maximum de 0,05, de préférence d'un maximum de 0,04, de préférence encore d'un maximum de 0,03, de préférence encore d'un maximum de 0,02, de préférence encore d'un maximum de 0,01, de préférence encore d'un maximum de 0,005, de préférence encore d'un maximum de 0,002, de préférence encore d'un maximum de 0,0025.
Dans des formes de réalisation particulières, la différence entre l'indice de réfraction du verre de gainage et la valeur moyenne des indices de réfraction ordinaire et extraordinaire du saphir dopé pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 600 nm à 1000 nm est d'un maximum de 0,05, de préférence encore d'un maximum de 0,04, de préférence encore d'un maximum de 0,03, de préférence encore d'un maximum de 0,02, de préférence encore d'un maximum de 0,01, de préférence encore d'un maximum de 0,005, de préférence encore d'un maximum de 0,002, de préférence encore d'un maximum de 0,0035.
Dans des formes de réalisation particulières, la différence entre l'indice de réfraction du verre de gainage et la valeur moyenne des indices de réfraction ordinaire et extraordinaire du saphir dopé pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 600 nm à 1100 nm est d'un maximum de 0,05, de préférence encore d'un maximum de 0,04, de préférence encore d'un maximum de 0,03, de préférence encore d'un maximum de 0,02, de préférence encore d'un maximum de 0,01, de préférence encore d'un maximum de 0,005, de préférence encore d'un maximum de 0,002, de préférence encore d'un maximum de 0,0035.
De préférence, la différence entre l'indice de réfraction du verre de gainage et la valeur moyenne des indices de réfraction ordinaire et extraordinaire du saphir dopé pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 750 nm à 850 nm, de préférence encore de 700 nm à 900 nm, de préférence encore de 650 nm à 950 nm, de préférence encore de 600 nm à 1000 nm, de préférence encore de 600 nm à 1100 nm, est d'un maximum de 0,01. De préférence, la différence est de 0,008 à 0,009. Par conséquent, la différence entre la valeur moyenne des indices de réfraction ordinaire et extraordinaire du saphir dopé et l'indice de réfraction extraordinaire du saphir dopé est de préférence d'un maximum de 0,005.
De préférence, l'indice de réfraction dans l'intervalle de longueurs d'onde de 600 nm à 1100 nm est déterminé à l'aide d'un coupleur à prisme. Selon une autre possibilité, l'indice de réfraction peut également être déterminé à des longueurs d'onde plus basses à l'aide d'un réfractomètre à bloc en V et l'indice de réfraction dans l'intervalle de longueurs d'onde de 600 nm à 1100 nm peut être extrapolé à l'aide des formules de dispersion de Sellmeier et/ou Hartmann. Dans le cas d'un dopage au CuO en fonction de son intensité, d'autres procédés peuvent aussi être utilisés pour déterminer l'indice de réfraction.
Le verre de gainage est placé sur le cœur. Pour supprimer efficacement la lumière laser parasite, il est avantageux que le verre de gainage soit au moins disposé sur de grandes parties des proportions de la surface du saphir dopé au niveau desquelles la lumière laser parasite risque potentiellement de sortir du saphir dopé. Ici, en particulier, on entend par proportions de surface du saphir dopé le vecteur normal globalement parallèle à la direction de propagation de la lumière laser parasite. La lumière laser parasite se propage dans toutes les directions, mais l'amplification de cette lumière parasite est particulièrement grande surtout dans une direction orthogonale à l'axe cristallographique c. Deux directions opposées satisfont ces conditions. Il est par conséquent avantageux que le verre de gainage soit disposé à la surface du saphir dopé de telle sorte qu'il soit à même de faciliter la sortie de la lumière laser parasite du saphir dopé des deux côtés, ledit premier côté ainsi que ledit côté opposé du saphir dopé. En revanche, la présence de verre de gainage n'est pas nécessaire du côté où la lumière laser présentant l'orientation préférée peut sortir du saphir dopé, car à cet endroit une sortie non perturbée de la lumière laser est souhaitable. Sur les autres zones latérales du saphir dopé où moins de lumière laser parasite risque de sortir du cristal, du verre de gainage peut être disposé sur le saphir dopé. Cependant, cela n'apporte qu'un avantage bien moindre et entraîne normalement des surcoûts, aussi est-il préférable qu'il n'y ait pas de verre de gainage sur ces côtés du saphir dopé.
La Figure 2 représente schématiquement et à titre d'exemple une mise en place préférable de verre de gainage sur des côtés opposés d'un cristal de saphir dopé.
Sur la figure 2a) est représentée une vue schématique en 3 dimensions d'un cristal de saphir dopé 3 avec du verre de gainage 2 disposé sur des côtés opposés du cristal 3. Le verre de gainage 2 est disposé sur la surface du saphir dopé 3 apte à faciliter la sortie de la lumière laser parasite 5 du cristal de saphir sur les deux côtés, ledit premier côté ainsi que ledit côté opposé du saphir dopé 3. En revanche, il n'y a pas de verre de gainage 2 sur le côté où la lumière laser présentant l'orientation préférée 4 peut sortir du saphir dopé 3, de telle sorte qu'à cet endroit puisse se produire une sortie non perturbée de la lumière laser 4 depuis le cristal de saphir 3. Pour la lumière laser présentant la direction préférée 4, tout comme pour la lumière laser parasite 5, sont représentées les directions de l'amplification la plus forte, orthogonales à l'axe cristallographique c (repère 1) du cristal de saphir. Sur la Figure 2a) est en outre représenté un plan de coupe virtuel. Sur les figures 2b) et 2c) est représentée une vue de ce plan de coupe virtuel.
Sur la Figure 2b) est représentée la propagation de la lumière laser présentant la direction préférée 4 et de la lumière laser parasite 5, orthogonale à l'axe cristallographique c 1 du cristal de saphir.
La Figure 2c) représente une vue agrandie de la surface servant de limite entre le verre de gainage (à gauche) et le saphir dopé (à droite). Des parties de la lumière laser parasite 5 issue du saphir pénètrent dans le verre de gainage. Sur la Figure 2c), ces proportions sont désignées par le repère 6. Par l'absorption de ces proportions 6 de la lumière laser parasite 5 dans le verre de gainage, la lumière laser parasite peut être efficacement supprimée, aussi la puissance du laser peut-être être accrue.
Puisque le verre de gainage est présent sur le saphir dopé, des tensions peuvent survenir en cas de changements de température si le verre de gainage et le saphir dopé sont caractérisés par un comportement de dilatation thermique extrêmement différent. De telles tensions peuvent avoir pour effet un décollement, voire une cassure, du verre de gainage. Il est donc avantageux que le coefficient de dilatation thermique linéaire du verre de gainage soit ajusté au coefficient de dilatation thermique linéaire du saphir dopé.
Le coefficient de dilatation thermique longitudinale linéaire est défini sous la forme : a(T) = (l/L)*(ô/L/ôT), où L est la longueur de l'échantillon à mesurer et T est la température.
Dans ce document, le coefficient moyen de dilatation thermique longitudinale linéaire dans un certain intervalle de températures, p.ex. [Το; Το+ΔΤ], est défini sous la forme suivante : <α>[το;το+ΔΤ] = l/(AT)jToTO+ATa(T)dT)
Dans un but de simplification dans la suite du présent texte, les valeurs de mesure <a> désignent le coefficient moyen de dilatation thermique longitudinale linéaire dans l'intervalle [-30 ; 70]°C.
Cependant, dans le cas présent, il faut tenir compte de ce que le saphir, du fait de son anisotropie cristallographique, est caractérisé par deux coefficients de dilatation thermique longitudinale linéaire, l'un étant défini pour les directions préférentielles parallèles à l'axe cristallographique c (<asaphir>//c) et l'autre étant défini pour les directions préférentielles orthogonales à l'axe cristallographique c ( ''O-sa pli i E -J- c ) · <etsaphir>//c = coefficient moyen de dilatation thermique longitudinale linéaire du saphir pour les directions préférentielles parallèles à l'axe cristallographique c <(tsaphir>-L-c = coefficient moyen de dilatation thermique longitudinale linéaire du saphir pour les directions préférentielles orthogonales à l'axe cristallographique c <asaphir> valeur moyenne du coefficient moyen de dilatation thermique longitudinale linéaire du saphir pour les directions préférentielles parallèles à l'axe cristallographique c et du coefficient moyen de dilatation thermique longitudinale linéaire du saphir pour les directions préférentielles orthogonales à l'axe cristallographique c.
Il Se vérifie que <Clsaphir> — (<CLaphir>//c “f <Ctsaphir^->-c)/2
Les deux valeurs <asaphir>-i-c et <asaphir>//c sont différentes. Comme le verre de gainage est préférentiellement présent sur une proportion prédominante des proportions de surface du saphir dopé dont le vecteur normal est parallèle à la direction de propagation de la lumière laser parasite, les différences entre le coefficient de dilatation thermique longitudinale linéaire du verre de gainage <averre> et le coefficient <asaphir>//c, tout comme les différences entre le coefficient<averre> et le coefficient<asaphir>-i-c<asaphir>-i-c), contribuent aux tensions induites par la température entre le saphir dopé et le verre de gainage présent sur ce dernier. Il est par conséquent avantageux que la différence entre la valeur <averre> et la valeur moyenne des valeurs < d- sa p h i À/c et <'O.Sapliir'>-1-c (autrement dit ''U-saphir-'* — ( U Cl sa p h i r>//c + <etsaphir>-L-c)/2 soit faible.
<aVerre> constitue une mesure avantageuse pour la dilatation thermique linéaire du verre de gainage. Par conséquent, de préférence, la différence entre <ayerre>//c et <asaphir> = (<a saphir>//c + <a-sapliir'>-L- c)/2 est au maximum de 0,5*106Κ_1, de préférence encore au maximum de
0,3*106Κ_1, de préférence encore au maximum de 0,2*106Κ_1, de préférence encore au maximum de 0,1*106Κ_1.
Dans un intervalle de températures de -30°C à 70°C, la valeur <asaphir> est d'environ 5,8*106Κ_1. Par conséquent, dans un intervalle de températures de -30°C à 70°C, la valeur <averre> est de préférence d'environ 4,5*106Κ_1 à environ 7,0*106Κ_1, de préférence encore de 5,0*106Κ_1 à 6,5*106Κ_1, de préférence encore de 5,2*106Κ_1 à 6,4*106Κ_1, de préférence encore de 5,5*106Κ_1 à 6,0*106Κ_1, de préférence encore de 5,7*106Κ_1 à 5,9*106Κ_1. Il est particulièrement préférable que, dans un intervalle de températures de -30°C à 70°C, la valeur <averre> soit d'environ 5,8*10'6K'1.
Les inventeurs ont constaté que du verre borosilicaté contenant du CuO convient particulièrement bien comme verre de gainage pour du saphir dopé. Le verre borosilicaté se distingue en ce qu'il contient à la fois du S1O2 et du B2O3 comme agents de formation de réseaux. Il a été démontré que du verre au borosilicaté de lanthane convient particulièrement.
De préférence, le verre de gainage contient du La2Û3 dans une proportion de 30 à 60 % en poids. Le La2Û3 sert à accroître l'indice de réfraction. De préférence, la proportion de La2Û3 est au moins de 35 % en poids, de préférence encore d'au moins 40 % en poids, mais le risque de cristallisation augmente si la proportion de La2Û3 est trop élevée. Par conséquent, la proportion de La2Û3 est de préférence d'un maximum de 55 % en poids.
Le B2O3 est un agent de formation de réseaux et, de préférence, est présent dans le verre de gainage à raison de 15 à 45 % en poids. Cependant, dans certaines circonstances, il peut arriver que du B2O3 s'échappe pendant l'étape de fusion, aussi des compositions de verre à très forte teneur en B2O3, et donc également les propriétés physicochimiques du verre en fonction des conditions du processus subissent-elles des fluctuations indésirables quant à la composition exacte (p.ex. sous l'effet de l'évaporation pendant la fusion). Une trop grande proportion de B2O3 risque de rendre le verre plus sujet à de la corrosion aqueuse. En outre, une trop grande proportion de B2O3 raccourcit le verre (un terme technique de verrerie), c'est-à-dire que dans un très petit intervalle de température la viscosité change beaucoup, au préjudice de l'étalonnage du processus. Par ailleurs, de fortes proportions de B2O3 s'accompagnent d'une baisse de l'indice de réfraction, ce qui, selon la présente invention, n'est pas souhaitable. Par conséquent, de préférence, la proportion de B2O3 dans le verre de gainage est d'un maximum de 40 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 35 % en poids, cependant la proportion de B2O3 dans le verre de gainage ne doit pas non plus être trop faible, car autrement la tendance à la cristallisation augmente. De préférence, la proportion de B2O3 dans le verre de gainage est d'au moins 20 % en poids, de préférence encore d'au moins 25 % en poids.
Le S1O2 est un agent de formation de réseaux et est préférentiellement présent dans le verre de gainage à raison de 1 à 15 % en poids. Si on utilise du S1O2 en trop grandes quantités, la solubilité du lanthane dans la matrice diminue, ce qui risque d'occasionner une cristallisation. De préférence, la proportion de S1O2 dans le verre de gainage est d'un maximum de 12 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 10 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 7 % en poids. Cependant, le S1O2 contribue à l'amélioration de la stabilité chimique des verres de gainage. De plus, le S1O2 rallonge le verre, c'est-à-dire que la viscosité du verre ne change pas beaucoup en fonction de la température, ce qui est avantageux pour l'étalonnage du processus de fabrication. Par conséquent, la proportion de S1O2 dans le verre de gainage est préférentiellement d'au moins 2 % en poids, de préférence encore d'au moins 3 % en poids.
De préférence, la somme des proportions de S1O2 et de B2O3 dans le verre de gainage est d'un maximum de 60 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 50 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 45 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 40 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 35 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 34 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 33 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 30 % en poids; Comme ces deux agents de formation de réseaux contribuent à la baisse de l'indice de réfraction, la somme de ces deux constituants ne doit pas être trop élevée, car cela risque de nuire aux ajustements des propriétés optiques du verre.
Pour obtenir un indice de réfraction optimal et une solubilité optimale du lanthane dans la matrice, il est avantageux que la teneur en La2O3 et en B2O3 soit choisie afin que le rapport du poids de La2O3 au poids de B2O3 ait une valeur de 0,66 à 4. Il est encore préférable de parvenir à un rapport de 0,8 à 3, encore plus préférentiellement de 1 à 2,5, encore plus préférentiellement de 1,5 à 2.
Des considérations similaires ont conduit à choisir préférentiellement un rapport en poids de La2O3 à la somme des oxydes SiO2 et B2O3 afin que soient obtenues des valeurs de 0,5 à 3,75, de préférence encore de 0,7 à 2,5, de préférence encore de 0,8 à 2, de préférence encore de 1 à 1,5.
Du ZrO2 est préférentiellement contenu dans le verre de gainage, dans une proportion de 0 à 15 % en poids. Le ZrO2 permet d'ajuster la position optique du verre (sur le diagramme d'Abbe), autrement dit le ZrO2 permet l'ajustement de l'indice de réfraction et du nombre d'Abbe. De plus, le ZrO2 accroît la stabilité chimique du verre face pour empêcher la corrosion aqueuse. Par conséquent, le verre de gainage contient du ZrO2 préférentiellement dans une proportion d'au moins 1 % en poids, de préférence encore d'au moins 2 % en poids, de préférence encore d'au moins 3 % en poids, de préférence encore d'au moins 5 % en poids, mais la proportion de ZrO2 ne doit pas non être très forte, car le ZrO2 accentue la tendance à la cristallisation du verre. Le ZrO2 cristallise relativement vite et forme facilement des phases stœchiométriques. En outre, le ZrO2 fond difficilement et il suffit de peu de cristaux résiduels pour renforcer la tendance à la cristallisation du verre, en particulier lors du refroidissement. Par conséquent, la proportion de ZrO2 est préférentiellement d'un maximum de 15 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 12 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 10 % en poids.
De préférence, les verres de gainage contiennent de ΓΥ2Ο3 dans une proportion de 0 à 15 % en poids. De préférence, la proportion d'Y2O3 est d'au moins 0,25 % en poids, de préférence encore d'au moins 0,5 % en poids. De préférence la proportion d'Y2O3 est d'un maximum de 12 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 10 % en poids. De fortes proportions d'Y2O3 s'accompagnent d'une tendance accrue à la cristallisation du verre.
Le constituant Nb2Os est préférentiellement contenu dans le verre de gainage dans une proportion de 0 à 5 % en poids. De préférence, la proportion de Nb2Os est d'au moins 0,1 % en poids, de préférence encore d'au moins 0,2 % en poids. De préférence la proportion de Nb2Os est d'un maximum de 3 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 2 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 1,7 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 1,5 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 1 % en poids. De fortes proportions de Nb2Os s'accompagnent d'une tendance accrue à la cristallisation du verre.
L'Y2O3 et le Nb2Os servent à l'ajustement d'un indice de réfraction élevé. En outre, ces deux constituants, en raison de leurs effets différents sur le nombre d'Abbe, peuvent être combinés pour parvenir à un nombre d'Abbe maximal. Cependant, il faut tenir compte de ce que les quantités en lesquelles sont utilisés ces constituants doivent être limitée, car de trop grandes quantités risquent d'aboutir à une tendance accrue à la cristallisation du verre. Il a été démontré que ΓΥ2Ο3 et le Nb2Os sont préférentiellement utilisés en combinaison à raison de 0 à 20 % en poids, de préférence encore de 0,1 à 18 % en poids, de préférence encore de 0,5 à 15 % en poids, de préférence encore de 1 à 12 % en poids et de préférence encore de 1,5 à 10 % en poids, Il faut également tenir compte de ce que ces constituants cités ici coûtent très cher, et c'est aussi pour cette raison que la quantité utilisée doit être limitée.
De préférence, la somme des proportions des constituants
La2O3, ZrO2, Nb2Os et Y2O3 dans le verre de gainage est d'au moins 30 % en poids, de préférence encore d'au moins 40 % en poids, de préférence encore d'au moins 45 % en poids, de préférence encore d'au moins 47 % en poids, de préférence encore d'au moins 50 % en poids, de préférence encore d'au moins 55 % en poids pour obtenir un indice de réfraction élevé.
De préférence, la somme des proportions des constituants Li2O, Na2O et K2O dans le verre de gainage est d'un maximum de 5 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 2 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 1 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 0,1 % en poids. Les oxydes alcalins réduisent la résistance chimique des verres. De plus, ils abaissent l'indice de réfraction, aussi de plus grandes proportions d'oxydes de terres rares sont-elles nécessaires pour compenser cet effet. Ainsi, de fortes proportions d'oxydes alcalins constituent un inconvénient pour les verres selon l'invention. Par conséquent, il est particulièrement préférable que les verres de gainage soient même dépourvus de Li2O, Na2O et K2O.
Les verres de gainage selon la présente invention peuvent contenir du BaO. De préférence, les proportions de BaO dans les verres de gainage sont de 0 à 5 % en poids. Le BaO accroît l'indice de réfraction des verres et sert pour l'ajustement de la dépendance de la viscosité à la température. De préférence, la proportion de BaO dans le verre de gainage est d'au moins 0,1 % en poids ; cependant la viscosité est trop forte si on utilise beaucoup de BaO. Par conséquent, de préférence, la proportion de BaO dans le verre de gainage est d'un maximum de 3 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 2 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 1 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 0,5 % en poids.
De préférence, la somme des proportions des constituants MgO, CaO, SrO et BaO dans le verre de gainage est d'un maximum de 10 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 8 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 5 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 2 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 1 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 0,5 % en poids. En particulier, le MgO et le CaO accentuent énormément la tendance à la cristallisation du verre. Par conséquent, les verres de gainage sont de préférence dépourvus de MgO, CaO et SrO.
Selon certaines autres formes de réalisation possibles, du SrO est contenu dans le verre de gainage selon la présente invention dans une proportion d'au moins 5 % en poids, de préférence encore d'au moins 0,75 % en poids, de préférence encore d'au moins 1 % en poids. Cependant, de préférence, le verre de gainage contient un maximum de 2 % en poids, de préférence encore un maximum de 1,5 % en poids de SrO. Dans des formes de réalisation plus préférables, le verre contient même un maximum de 1 % en poids, de préférence encore un maximum de 0,5 % en poids, de préférence encore un maximum de 0,1 % en poids de SrO. Il est particulièrement préférable que le verre de gainage soit même dépourvu de SrO.
De plus, selon certaines autres formes de réalisation possibles, le verre de gainage contient préférentiellement du CaO dans une proportion d'au moins 2 % en poids, de préférence encore d'au moins 5 % en poids, de préférence encore d'au moins 7 % en poids. De préférence, le verre contient du CaO dans une proportion d'un maximum de 10 % en poids. Dans des formes de réalisation particulièrement préférables, le verre de gainage contient même un maximum de 1 % en poids, de préférence encore un maximum de 0,5 % en poids, de préférence encore un maximum de 0,1 % en poids de CaO. Il est particulièrement préférable que le verre de gainage soit même dépourvu de CaO.
Les métaux alcalino-terreux permettent une fusion du verre à basse température par la formation d'eutectiques. Cependant, ces constituants contribuent à la formation de phases stœchiométriques et donc à la tendance à la cristallisation du verre. Par conséquent, de préférence, le rapport de la somme des proportions en poids des constituants MgO, CaO, SrO etr BaO à la proportion en poids de S1O2 dans le verre de gainage est d'un maximum de 0,5, de préférence encore d'un maximum de 0,2, de préférence encore d'un maximum de
0,1.
Le verre de gainage contient préférentiellement du ZnO dans une proportion de 0 à 30 % en poids. Le ZnO sert pour l'ajustement de la viscosité du verre et pour la réduction de la tendance à la cristallisation. Par conséquent, de préférence, le verre de gainage contient du ZnO dans une proportion d'au moins 0,5 % en poids, de préférence encore d'au moins 1 % en poids, de préférence encore d'au moins 2 % en poids. Cependant, si on utilise trop de ZnO, la viscosité varie très fortement en fonction des changements de température. En outre, en cas de trop forte concentration du ZnO, l'indice de réfraction baisse. Par conséquent, de préférence, la teneur en ZnO est d'un maximum de 27 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 25 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 20 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 15 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 9 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 8,5 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 7 % en poids, et de préférence encore plus d'un maximum de 5 % en poids.
Le verre selon la présente invention peut contenir du TiO2 à raison de 0 à 5 % en poids. La proportion de TiO2 dans le verre est de préférence d'un maximum de 4 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 3 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 2 % en poids. De préférence, la teneur en TiO2 est même d'un maximum de 1 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 0,1 % en poids. Dans certaines formes de réalisation, il est même préférable qu'il soit dépourvu de TiO2. Selon certaines autres formes de réalisation possibles, le verre contient préférentiellement du TiO2 dans une proportion d'au moins 0,5 % en poids, de préférence encore d'au moins 1 % en poids, de préférence encore d'au moins 1,5 % en poids.
Le P2O5 compromet la résistance du verre à l'eau à tel point que l'utilisation d'un liquide de refroidissement à la surface du verre de gainage devient plus compliquée, voire devient totalement impossible. De plus, le P2Os abaisse l'indice de réfraction et provoque une hausse du coefficient de dilatation thermique. Par conséquent, de préférence, le verre de gainage contient du P2Os dans une proportion d'un maximum de 5 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 2 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 1 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 0,5 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 0,2 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 0,1 % en poids. Dans des formes de réalisation particulièrement préférables, le verre est même dépourvu de P2O5.
Le PbO est un constituant moins apprécié, car le PbO est préjudiciable aux écosystèmes et dangereux pour la santé. De plus, le PbO provoque la formation de stries et compromet ainsi l'homogénéité du verre. Le PbO est également capable d'attaquer des creusets en platine au point que ceux-ci soient inutilisables pour la fabrication du verre si la proportion de PbO est trop forte. De préférence, le verre de gainage contient du PbO dans une proportion d'un maximum de 5 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 2 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 1 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 0,5 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 0,2 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 0,1 % en poids. Dans des formes de réalisation particulièrement préférables, le verre est même dépourvu de PbO.
De préférence, le verre selon la présente invention contient, à raison de 0,1 à 10 % en poids, un ou plusieurs constituant(s) à fonction d'absorption. De préférence, la proportion totale dudit/desdits constituant(s) à fonction d'absorption est de 0,2 à 7 % en poids, de préférence encore de 0,3 à 5 % en poids, de préférence encore de 0,5 à 3 % en poids, de préférence encore de 1 à 1,5 % en poids.
Ledit/lesdits constituant(s) à fonction d'absorption servent pour l'absorption de la lumière laser parasite ayant pénétré dans le verre de gainage. De préférence, les constituants à fonction d'absorption sont choisis dans le groupe comprenant le CuO, le CoO, le NiO, le CrO et le SeCL, de préférence encore dans le groupe comprenant le CuO, le CoO, le NiO et le CrO, de préférence encore dans le groupe comprenant le CuO, le CoO et le NiO. Le constituant CuO à fonction d'absorption est particulièrement préférable.
De préférence, le verre de gainage contient du CuO dans une proportion de 0 à 10 % en poids. Il a été démontré que le CuO est particulièrement avantageux pour réaliser une absorption efficace de la lumière laser parasite ayant pénétré dans le verre de gainage. Par conséquent, de préférence, la proportion de CuO dans le verre de gainage est d'au moins 0,1 % en poids, de préférence encore d'au moins 0,2 % en poids, de préférence encore d'au moins 0,3 % en poids, de préférence encore d'au moins 0,5 % en poids, de préférence encore d'au moins 0,7 % en poids, de préférence encore d'au moins 1 % en poids. Cependant, la proportion de CuO ne doit pas être extrêmement forte, car autrement il se peut que le CuO soit réduit en Cu métal et il se peut ainsi que le verre contienne des particules de colloïdes. Ces particules risquent de provoquer une forte absorption dans le spectre large, ce qui constitue un inconvénient pour la gestion de la qualité, la détection de défauts et la dissolution par la chaleur. En outre, de fortes proportions de CuO accentuent aussi la tendance à la cristallisation du verre. Par conséquent, de préférence, la proportion de CuO dans le verre de gainage est d'un maximum de 10 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 7 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 5 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 3 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 2 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 1,5 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 1,2 % en poids.
Globalement, le verre selon la présente invention convient comme verre de gainage. Par le choix des constituants à fonction d'absorption, le verre peut être ajusté en fonction de la longueur d'onde de la lumière laser parasite. Comme décrit plus haut, du CuO est préférentiellement utilisé pour réaliser une absorption efficace de la lumière laser parasite ayant pénétré dans le verre de gainage. A la place ou en plus du CuO, cependant, on peut utiliser d'autres constituants à fonction d'absorption, comme décrit plus haut. Ces constituants utilisables préférentiellement à la place ou en plus du CuO sont, selon la présente invention, le CoO, le NiO, le CrO et le
SeO2. Le CoO, le NiO et le CrO sont particulièrement préférables, le CoO et le NiO étant les plus préférables.
De préférence, le verre de gainage peut contenir un ou plusieurs des constituants ci-dessus, à savoir le CoO, le NiO, le CrO et le SeÜ2, dans une proportion totale de 0 à 10 % en poids. Dans certaines formes de réalisation, la proportion totale de CoO, de NiO, de CrO et/ou de SeÜ2 dans le verre de gainage est même d'au moins 0,1 % en poids, de préférence encore d'au moins 0,2 % en poids, de préférence encore d'au moins 0,5 % en poids, de préférence encore d'au moins 0,7 % en poids. Cependant, la proportion de CoO, de NiO, de CrO et/ou de SeÜ2 ne doit pas non plus être extrêmement forte, car autrement il se peut que le CoO, le NiO, le CrO et/ou le SeÜ2 soit/soient réduit(s) en métal/métaux correspondant(s) et il se peut donc que le verre contienne des particules de colloïdes. Ces particules risquent de provoquer une forte absorption dans le spectre large, ce qui constitue un inconvénient pour la gestion de la qualité, la détection de défauts et la dissolution par la chaleur. En outre, de fortes proportions de CoO, de NiO, de CrO et de SeÜ2 accentuent aussi la tendance à la cristallisation du verre. Par conséquent, de préférence, la proportion totale de CoO, de NiO, de CrO et de SeÜ2 dans le verre de gainage est d'un maximum de 10 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 7 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 5 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 3 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 2 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 1,5 % en poids. Dans des formes de réalisation préférables, la proportion totale de CoO, de NiO, de CrO et de SeÜ2 dans le verre est même d'un maximum de 1 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 0,5 % en poids, de préférence encore d'un maximum de 0,1 % en poids. Il est particulièrement préférable que le verre soit même dépourvu de CoO, de NiO, de CrO et de SeO2.
De l'As2O3 et/ou du Sb2Û3 peut/peuvent même servir d'agents d'affinage préférés. De préférence, la proportion d'As2O3 ou de Sb2Û3 est de 0 à 1 % en poids, de préférence encore de 0,1 à 0,5 % en poids.
De plus, PAS2O3 et/ou le Sb2Û3 réabsorbe(nt) le gaz et/ou l'oxygène non dissous dans le verre. Cette réaction peut servir pour l'ajustement de l'état redox du verre. Celui-ci influence aussi indirectement le spectre d'absorption des métaux de transition (par exemple le CuO) de telle sorte qu'en recourant à PAS2O3 et/ou au Sb2Û3 on puisse maîtriser d'une manière voulue l'efficacité d'absorption du CuO utilisé.
Pour des raisons de compatibilité écologique, les verres sont de préférence dépourvus de constituants particulièrement préjudiciables aux écosystèmes, en particulier ils sont dépourvus de PbO, de B12O3, d'As2O3 et de Sb2O3.
Un verre de gainage particulièrement préférable comporte les constituants suivants (en % de poids) :
| Constituant | Proportion (% en poids) |
| SiO2 | 1 à 15 |
| B2O3 | 15 à 45 |
| BaO | 0 à 5 |
| CaO | 0 à 10 |
| SrO | 0 à 2 |
| ZnO | 0 à 30 |
| La2Û3 | 30 à 60 |
| ZrO2 | 0 à 15 |
| Nb2O5 | 0 à 5 |
| Y2O3 | 0 à 15 |
| CuO | 0 à 10 |
| AS2O3 | 0 à 1 |
| Sb2O3 | 0 à 1 |
Dans encore d'autres formes de réalisation préférables, le verre de gainage comporte les constituants suivants (en % de poids) :
| Constituant | Proportion (% en poids) |
| SiO2 | 3 à 7 |
| B2O3 | 25 à 35 |
| BaO | 0.1 à 0 |
| ZnO | 2 à 5 |
| La2O3 | 40 à 55 |
| ZrO2 | 5 à 10 |
| Nb2O5 | 0,2 à 1 |
| Y2O3 | 0,5 à 10 |
| CuO | 0,7 à 2 |
| AS2O3 | 0 à 0,5 |
| Sb2O3 | 0 à 0,5 |
Dans d'autres formes de réalisation possibles, le verre de gainage comporte les constituants suivants (en % de poids) :
| Constituant | Proportion (% en poids) |
| SiO2 | 2 à 10 |
| B2O3 | 20 à 30 |
| BaO | 0 à 1 |
| ZnO | 0,5 à 5 |
| La2O3 | 40 à 50 |
| ZrO2 | 1 à 10 |
| Nb2O5 | 0,1 à 1 |
| Y2O3 | 1 à 10 |
| CuO | 0,5 à 1,5 |
| AS2O3 | 0,1 à 0,5 |
| Sb2O3 | 0,1 à 0,5 |
Quand, dans la présente description, il est indiqué que les verres de gainage sont dépourvus d'un ou de plusieurs constituant(s) ou qu'ils ne contiennent pas un ou plusieurs constituants, cela doit signifier que ces constituants n'ont pas été ajoutés volontairement dans le verre, mais qu'ils peuvent être présents seulement sous la forme d'impuretés dans des proportions en poids d'un maximum de 500 ppm, de préférence encore d'un maximum de 200 ppm, de préférence encore d'un maximum de 100 ppm.
Le verre de gainage doit être suffisamment épais pour garantir une absorption suffisante de la lumière laser parasite. En revanche, le verre de gainage ne doit pas être conçu avec une épaisseur très supérieure à celle nécessaire pour une absorption suffisante de la lumière laser parasite, car une conception avec une plus grande épaisseur entraîne normalement des surcoûts et, de plus, les dimensions du composant laser augmentent de ce fait, ce qui, considérant les progrès de la miniaturisation, est perçu comme un inconvénient. En outre, l'absorption de la lumière laser parasite provoque, dans le verre de gainage, une production de chaleur et donc une dilatation. Cela signifie que le verre de gainage doit être refroidi efficacement pour être à même d'empêcher des problèmes thermomécaniques. De la sorte, l'épaisseur du verre doit être relativement faible. Cependant, en principe, un très large éventail d'épaisseurs du gainage est envisageable si cela est avantageux pour la réalisation technique. Ainsi, par exemple, de petits composants laser peuvent être retenus et fixés à l'aide du gainage. Le verre de gainage a, de préférence, une épaisseur de 0,05 à 100 mm. De préférence encore, le verre de gainage a une épaisseur de 0,5 à 20 mm, de préférence encore davantage de 1 à 15 mm, de préférence encore d'un maximum de 1 à 5 mm. De préférence encore, l'épaisseur du verre de gainage est même d'au moins 1,5 mm, de préférence encore d'au moins 2,0 mm. De préférence, l'épaisseur du verre de gainage est d'un maximum de 10 mm, de préférence encore d'un maximum de 5 mm, de préférence encore d'un maximum de 3 mm. Il est particulièrement préférable que l'épaisseur du verre de gainage soit de 2,4 à 2,6 mm, tout spécialement de préférence d'environ 2,5 mm. Dans d'autres formes de réalisation possibles, l'épaisseur du verre est, de préférence, de 3 à 10 mm. L'épaisseur du verre de gainage, selon la présente invention, signifie sa dimension perpendiculairement à la surface du noyau présente sous le verre de gainage et/ou parallèlement au vecteur normal de cette surface. Une faible épaisseur contribue à simplifier l'ajustement du gainage à la forme du corps en saphir dopé. Ainsi, des barreaux laser ronds peuvent être gainés.
De préférence, le composant laser selon l'invention comporte exactement un seul verre de gainage.
Dans certaines formes de réalisation, le verre de gainage peut comporter un revêtement. De préférence, le revêtement est présent sur la surface du verre de gainage non en regard du cœur. Dans ce cas, ordinairement, la surface du verre de gainage est polie et donc lisse. De préférence, dans de telles formes de réalisation, la moyenne quadratique de la rugosité superficielle du verre de gainage est de 0,05 nm à 20 nm, de préférence encore de 0,5 nm à 3 nm, de préférence encore de 1 nm à 2 nm. La rugosité nanométrique et subnanométrique est de préférence mesurée optiquement, tout spécialement préférablement à l'aide d'un interféromètre à lumière blanche ou par microscopie à force atomique (AFM).
Un système anti-réflexion en couche(s) constitue un revêtement préférable sur la surface du verre de gainage non regard du cœur est. Ordinairement, un tel système en couche(s) consiste en une couche de diélectrique à bas indice de réfraction ou en une série de couches de diélectrique à indices de réfraction différents.
Selon une autre possibilité, la surface non en regard du cœur peut aussi être dépolie par grattage pour empêcher des réflexions directionnelles. Dans ce cas, la face extérieure est de préférence caractérisée par une moyenne quadratique de la rugosité superficielle de 0,1 pm à 100 pm, de préférence encore de 0,5 pm à 50 pm, de préférence en particulier de 1 pm à 10 pm. La rugosité micrométrique est de préférence mesurée de manière tactile ou, de préférence en particulier, à l'aide d'un interféromètre à lumière blanche. De préférence, la surface dépolie du verre de gainage n'est pas située en regard du cœur. Un revêtement absorbant peut aussi être appliqué sur la surface dépolie.
Un autre revêtement réalisable à la place ou en plus des mesures anti-réflexion ci-dessus consiste en une couche protectrice servant de protection du verre de gainage contre la corrosion. Normalement, du fait de l'échauffement produit par l'absorption de la lumière laser parasite, il est nécessaire de refroidir le verre. A cette fin, il est judicieux de mettre le verre de gainage au contact d'un agent de refroidissement. De préférence, l'agent de refroidissement est un liquide de refroidissement, Il se peut que le liquide de refroidissement attaque le verre de gainage et provoque une corrosion susceptible d'amener des ions à être extraits du verre par lessivage. C'est ce qui arrive, en particulier, si on utilise des verres contenant du bore, car ils ont une stabilité chimique relativement faible à la corrosion aqueuse. De la sorte, il est préférable qu'une couche protectrice protégeant contre la corrosion soit appliquée sur la surface du verre de gainage non en regard du cœur, mais en regard de l'agent de refroidissement. De telles couches peuvent, par exemple, être des vernis organiques.
Dans une autre forme de réalisation préférable, à la place ou en plus des revêtements ci-dessus est réalisée une couche d'étanchéité qui isole hermétiquement de l'extérieur la surface servant de limite entre le verre de gainage et le cœur. Cela offre l'avantage d'empêcher la pénétration d'air ou d'agent de refroidissement qui risquerait d'amener le verre de gainage à se détacher du cœur. Pour empêcher efficacement la pénétration d'air ou d'agent de refroidissement dans la surface servant de limite entre le verre de gainage et le cœur, la couche d'étanchéité doit être appliquée de manière à couvrir de l'extérieur, aussi complètement que possible, la surface correspondante servant de limite. De préférence, la couche d'étanchéité comprend au moins une résine.
Selon la présente invention, des couches protectrices peuvent être appliquées, par exemple, par un procédé de DCV (dépôt par voie chimique en phase vapeur), notamment par dépôt de couches atomiques (DCA). Elles peuvent idéalement épouser la forme et la rugosité superficielle. De préférence, on utilise par exemple, pour de telles couches barrières, du SiCU, de ΙΆΙ2Ο3, du T1O2 ou des mélanges de ces matériaux. Les revêtements appliqués à l'extérieur peuvent également présenter plusieurs propriétés avantageuses. Ainsi, par exemple, on peut choisir un revêtement qui, d'une part, absorbe de la lumière résiduelle du laser et, d'autre part, protège aussi le verre de gainage. Selon une autre possibilité, différents revêtements peuvent être combinés, par exemple en appliquant encore une couche protectrice sur une couche complètement absorbante.
De préférence, le composant laser selon la présente invention comporte un verre de gainage comprenant un revêtement et/ou dépoli sur au moins une zone latérale.
La présente invention propose aussi un procédé pour fabriquer un composant laser selon au moins une des caractéristiques exposées plus haut, comportant les étapes suivantes :
a) réalisation du saphir dopé,
b) réalisation du verre de gainage, et
c) mise en place du verre de gainage sur le saphir dopé.
La réalisation du verre de gainage selon l'étape b) du procédé comporte de préférence les étapes de bl) réalisation d'une composition de verre appropriée, b2) fusion de la composition réalisée, et b3) refroidissement de la masse fondue jusqu'à l'obtention de verre
L'étape b3) de refroidissement de la masse fondue selon le procédé peut être exécutée avec différentes vitesses de refroidissement. De préférence, la vitesse de refroidissement moyenne, dans le cas d'un refroidissement depuis une température Tl au moins supérieure à la température de transition vitreuse Tg du verre jusqu'à une température T2 d'environ 20°C, est de 0,l°K par heure à 50°K par heure, de préférence encore de 0,5°K par heure à 40°K par heure, de préférence encore de 1°K par heure à 30°K par heure, de préférence encore de 2°K par heure à 7°K par heure, de préférence encore de 5°K par heure. En revanche, dans une autre forme de réalisation préférée possible, la vitesse de refroidissement moyenne, dans le cas d'un refroidissement depuis une température Tl au moins supérieure à la température de transition vitreuse Tg du verre jusqu'à une température T2 d'environ 20°C, est au maximum de 15°K par heure, de préférence encore d'un maximum de 10°K par heure, de préférence encore d'un maximum de 5°K par heure. De la sorte, l'indice de réfraction du verre peut être accru pour permettre l'utilisation de compositions de verre à teneur réduite en constituants très réfringents, en particulier à teneur réduite en Y2O3. Dans des formes de réalisation particulières, la vitesse de refroidissement, dans le cas d'un refroidissement depuis une température Tl au moins supérieure à la température de transition vitreuse Tg du verre jusqu'à une température T2 d'environ 20°C, est sensiblement constante. “Sensiblement constante” signifie que la différence entre la vitesse maximale de refroidissement et la vitesse minimale de refroidissement est au maximum de 10°K par heure, de préférence encore au d'un maximum de 7°K par heure, de préférence encore d'un maximum de 5°K par heure, de préférence encore d'un maximum de 3°K par heure.
En outre, à l'aide de la vitesse de refroidissement, les propriétés optiques du verre de gainage peuvent être ajustées en fonction de l'indice de réfraction du cristal de saphir dopé qui, pour sa part, dépend d'une part du lot respectif et, d'autre part, du site au sein du cristal de saphir dopé. En effet, les ions de dopants, en particulier les ions Ti, ne sont pas répartis d'une façon homogène dans le cristal de saphir, en particulier dans le cas de cristaux qui ont été produits par le procédé de tirage Czochralski ou le procédé Bridgman-Stockbarger. Ces hétérogénéités résultent de phénomènes de macroségrégation. De la sorte, ces variations locales de la concentration de Ti dans le monocristal de Ti:Sa provoquent des variations locales des indices de réfraction du Ti:Sa. Les valeurs du cristal de Ti:Sa à activité laser dépendent donc de la position du point d'intersection dans le monocristal de Ti:Sa. Par conséquent, il convient que les verres de gainage déjà fabriqués prennent aussi en compte de telles variations de l'indice de réfraction, ce qui peut être obtenu par un procédé de refroidissement ajusté.
Ainsi, l'indice de réfraction du cristal de Ti:Sa n'est pas seulement caractérisé par des fluctuations entre différents lots, mais encore à l'intérieur d'un même cristal. Pour un fabricant de verre, il n'est guère possible d'ajuster l'indice de réfraction du verre de gainage, respectivement par un changement dans la composition du verre, en fonction de l'indice de réfraction variable du cristal de Ti:Sa. Il est donc avantageux qu'il soit possible, par la vitesse de refroidissement, d'ajuster en souplesse l'indice de réfraction des verres selon l'invention.
Une faible vitesse de refroidissement est avantageuse, car on obtient ainsi des verres à moindres tensions internes. De tels verres ont une grande homogénéité, si bien qu'il se produit moins de double réfraction. De plus, de tels verres peuvent excellemment être traités.
De préférence, le procédé comporte l'étape supplémentaire 4) de polissage du verre de gainage visant à réaliser de préférence un verre de gainage poli.
De préférence, le verre de gainage selon la présente invention est caractérisé par une faible moyenne quadratique de rugosité superficielle. De préférence, la rugosité superficielle (moyenne quadratique) est de 0,05 nm à 20 nm, de préférence encore de 0,1 nm à 10 nm, de préférence encore de 0,3 nm à 5 nm, de préférence encore de 0,5 nm à 3 nm, de préférence encore de 1 nm à 2 nm. C'est particulièrement important pour la surface du verre de gainage en regard du cœur. On peut ainsi obtenir une adhérence particulièrement bonne entre le verre de gainage et le cœur. En outre, une faible rugosité est également avantageuse pour la raison que la diffusion de chaleur peut ainsi être améliorée et donc que la chaleur qui, par exemple, est générée par l'absorption de la lumière laser parasite peut mieux être dissipée depuis le verre. Sur la surface du verre de gainage non en regard du cœur, une faible rugosité superficielle peut être avantageuse pour l'application d'un revêtement telle qu'elle est décrite plus haut. De préférence, la rugosité nanométrique et subnanométrique est mesurée de manière optique, en particulier de préférence à l'aide d'un interféromètre à lumière blanche.
Le procédé peut éventuellement comporter l'étape supplémentaire b5) d'application d'un revêtement sur le verre de gainage. De préférence, le revêtement est appliqué à l'aide d'un dépôt par voie physique en phase vapeur (DPV). C'est particulièrement important pour des revêtements extérieurs qui, sur la première face, sont au contact du verre de gainage et, sur l'autre face, sont au contact de l'environnement, en particulier au contact de l'air.
Le verre de gainage selon la présente invention ne se cantonne pas à certaines géométries. La section transversale du cristal de saphir dopé peut aussi ne pas forcément avoir une forme carrée ou rectangulaire ; elle peut aussi avoir une forme circulaire (incluant également des parties planes) ou polygonale.
Selon la présente invention, il est également proposé un verre ayant un indice de réfraction d'au moins 1,70 comportant les constituants suivants (en % de poids) :
| Constituant | Proportion (% en poids) |
| SiO2 | 1 à 15 |
| B2O3 | 15 à 45 |
| BaO | 0 à 5 |
| CaO | 0 à 10 |
| SrO | 0 à 2 |
| ZnO | 0 à 30 |
| La2O3 | 30 à 60 |
| ZrO2 | 0 à 15 |
| Constituant | Proportion (% en poids) |
| Nb2O5 | 0 à 5 |
| Y2O3 | 0 à 15 |
| CuO | 0 à 10 |
| AS2O3 | Oà 1 |
| Sb2O3 | Oà 1 |
De préférence, le verre est dans un régime de refroidissement qui correspond à un refroidissement régulier depuis une température Tl jusqu'à une température T2 avec une vitesse moyenne de refroidissement de 0,5°K par heure à 40°K par heure, la température Tl étant au moins supérieure à la température de transition vitreuse Tg et la température T2 étant de 20°C. Ici, on qualifie de “régulier” un processus de refroidissement continu de Tl à T2 sans maintien du verre à certains niveaux de température. En particulier, on entend de la sorte un processus de refroidissement à vitesse de refroidissement sensiblement constante.
De préférence, le verre comporte les constituants suivants (en % de poids) :
| Constituant | Proportion (% en poids) |
| SiO2 | 3 à 7 |
| B2O3 | 25 à 35 |
| BaO | 0.1 à 0,5 |
| Constituant | Proportion (% en poids) |
| ZnO | 2à5 |
| La2O3 | 40 à 55 |
| ZrO2 | 5 à 10 |
| Nb2O5 | 0.2 à 1 |
| Y2O3 | 0.5 à 10 |
| CuO | 0.7 à 2 |
| As2O3 | 0 à 0,5 |
| Sb2O3 | 0 à 0,5 |
De préférence, l'indice de réfraction du verre est de 1,70 à 1,80, de préférence encore de 1,72 à 1,78, de préférence encore de 1,73 à 1,77, de préférence encore de 1,73 à 1,77, de préférence encore de 1,74 à 1,77, de préférence encore de 1,750 à 1,765, de préférence encore de 1,750 à 1,760.
De préférence, le nombre d'Abbe du verre est d'au moins 35, de préférence encore d'au moins 40, de préférence encore d'au moins 45, de préférence encore d'au moins 47, de préférence encore d'au moins
48. De préférence, le nombre d'Abbe du verre n'est pas supérieur à 55, de préférence encore pas supérieur à 52.
De préférence le coefficient moyen de dilatation thermique longitudinale linéaire <a> du verre dans un intervalle de températures de -30°C à 70°C est de 4,5*10'6 °Κ_1 à 7,0*10'6 °Κ_1, de préférence encore de 5,0*10'6 °Κ_1 à 6,5*10'6 °Κ_1, de préférence encore de 5,2*10'6 °Κ_1 à 6,4*10'6 °Κ_1, de préférence encore de 5,5*10'6 °Κ_1 à 6,0*10'6 °Κ_1, de préférence encore de 5,7*10'6 °Κ_1 à 5,9*10'6 °K'1.
Le régime de refroidissement d'un verre peut aussi être déterminé sur un verre donné sans aucune connaissance des conditions de fabrication. Quand on dispose d'un échantillon P de verre, on détermine d'abord son indice de réfraction ηχ (pour une longueur d'onde donnée λ) et/ou sa masse volumique p. Ensuite, de préférence, l'échantillon est divisé en plusieurs échantillons individuels PI, P2, P3, etc. Chaque échantillon est chauffé jusqu'à la température Tl, Tl étant au moins supérieure à la température de transition vitreuse Tg, puis est refroidi jusqu'à la température T2 à différentes vitesses de refroidissement Ql, Q2, Q3, etc. Après le refroidissement jusqu'à la température T2 et, de préférence un refroidissement poussé jusqu'à la température ambiante, l'indice de réfraction ηχ et/ou la masse volumique p est/sont à nouveau déterminé(s) de façon qu'une vitesse de refroidissement puisse être attribuée à l'une quelconque des valeurs. Ensuite, les paires de valeurs obtenues peuvent être reportées sur un système de coordonnées logarithmiques à l'aide d'une interpolation linéaire, l'ordonnée servant aux valeurs de masse volumique et l'abscisse servant aux valeurs logarithmiques de la vitesse de refroidissement. Sur la base de la courbe de refroidissement ainsi obtenue, des conclusions peuvent maintenant être tirées de la densité de l'échantillon P de verre quant à son régime de refroidissement. Il se vérifie que n^(Q) = n^(Qi)+mnz log(Q/Qi), où mnz et n^(Qi) sont les paramètres de régression déterminés à l'aide des analyses expérimentales. La valeur n^(Qi) est la valeur de l'indice de réfraction mesurée à la longueur d'onde λ d'un verre que l'on refroidit à la vitesse de refroidissement Qi. La dépendance de l'indice de réfraction à la vitesse de refroidissement est illustrée sur la Figure 3. Un exemple expérimental est présenté dans le chapitre relatif aux exemples.
A l'aide de cette dépendance de l'indice de réfraction à la vitesse de refroidissement, le verre de gainage peut être ajusté d'une façon optimale, par un refroidissement secondaire, en fonction du matériau constitué par du saphir dopé, de façon que la réflexion puisse être fortement réduite sur la surface entre le saphir dopé et le verre de gainage.
Ainsi, le régime de refroidissement d'un verre est une mesure pour les conditions pendant le processus de refroidissement du verre. Un verre “trempé” d'une manière classique qui a été refroidi très rapidement après la fusion (p.ex. » 300°K/h) a un régime de grand refroidissement. Dans un tel verre, les atomes sont “gelés” dans un état relativement désordonné. Ainsi, par un refroidissement rapide de la masse fondue, le verre sera quasiment “gelé” à un haut niveau d'énergie. Le passage par les plages de haute température dans lesquelles était encore possible une approche spatiale des constituants du cristal du fait de la faible viscosité s'est effectué rapidement. Ainsi, un verre refroidi rapidement ayant un régime de grand refroidissement a une densité ou un indice de réfraction relativement faible. Les différences de l'indice de réfraction d'un verre en fonction de son régime de refroidissement sont relativement faibles. Néanmoins, comme ces propriétés peuvent être mesurées d'une manière fiable jusqu'à la sixième décimale, ce procédé convient pour fournir un résultat de mesure fiable.
La mise en place du verre de gainage sur le verre de gainage sur le matériau laser actif doit être exécutée de telle sorte que ne surviennent pas de réflexions perturbantes de la lumière laser parasite sur la surface servant de limite, avant que cette lumière ne soit avantageusement absorbée dans le verre de gainage et donc annihilée. S'il y a des adhésifs à indices de réflexion dans l'intervalle de l'indice de réfraction des deux composants, les indices de réflexion de ceux-ci pouvant être ajustés avec précision (p.ex. en mélangeant dans les proportions adéquates au moins deux adhésifs à indices de réfraction différents), les oscillations parasites peuvent donc aussi être supprimées par un gainage fixé par collage par adhésif. Cependant, dans le cas de matériaux laser à très forte amplification (très fort gain), la réflectivité des surfaces servant de limites doit être très faible et l'ajustement de l'indice de réfraction doit donc être très précis. Pour fixer des verres laser, il est possible de fixer le verre de gainage par collage par adhésif. Au maximum, les indices de réfraction sont de 1,5 à 1,55 et l'amplification de la lumière parasite réfléchie n'est pas trop forte.
En cas de lasers au titane/saphir, le collage de l'un à l'autre est plus difficile. L'amplification est si forte que la réflectivité de la surface servant de limite doit être très faible et que l'ajustement de l'indice de réfraction doit donc être très précis, tandis que l'indice de réfraction est relativement élevé. En principe, le gainage du titane/cristal de saphir par fixation du verre de gainage par collage par adhésif est possible, mais des adhérences de matières organiques, outre les difficultés évoquées, s'accompagnent d'autres inconvénients, comme par exemple une faible résistance thermique et une transformation chimique avec le temps.
Une solution préférable proposée selon la présente invention utilise comme technique de collage ce qu'on appelle le collage optique par contact. Ainsi, de préférence, la mise en place du verre de gainage sur le saphir dopé est réalisée par collage optique par contact. Lorsque deux surfaces conformables (dans le cas le plus simple, deux faces planes) s'approchent à environ 1 nm ou moins, des liaisons intermoléculaires se forment (p.ex. des liaisons covalentes). Souvent, il suffit d'un commencement dans une petite zone d'une surface plus grande. Ensuite, dans les zones adjacentes, cela rapproche de plus en plus les deux surfaces et le processus de collage optique par contact se déploie sur de plus grandes zones des surfaces. Pour cela, il est avantageux que les corps à coller par collage optique par contact soient caractérisés par une certaine élasticité minimale, mais il faut néanmoins une bonne précision de forme. Un tel collage optique par contact peut être exécuté avec différents matériaux, p.ex. des métaux, des métaux semiconducteurs, des verres, des cristaux. Ici, des matériaux différents peuvent aussi être utilisés ensemble pour le collage optique par contact, p.ex. des verres différents ou un verre et un cristal. Si un tel processus de collage a eu lieu, les deux corps ne peuvent pas être séparés l'un de l'autre sans être au moins partiellement endommagés, voire détruits. Pour des composants optiques, le processus de collage optique par contact est utilisé depuis longtemps comme processus de collage, p.ex. pour des faces planes, p.ex. dans le cas de prismes et de séparateurs de faisceaux, et aussi p.ex. pour des faces courbes, p.ex. dans le cas de systèmes de lentilles. Ici, les surfaces doivent être deux, elles doivent s'ajuster parfaitement et elles doivent aussi être exemptes de toute salissure (p.ex. de graisse ou de poussières). Bien que des couches de salissures, p.ex. de la graisse, empêchent la formation de liaisons intermoléculaires entre les deux corps, les poussières et autres particules provoquent un piégeage d'air qui réfléchit la lumière sur la surface.
Si au moins un des deux corps est suffisamment élastique, la précision de l'ajustement des zones à coller ne doit évidemment pas être de 1 nm. En fonction d'autres paramètres tels que l'épaisseur et l'élasticité, il est avantageux que l'écart de forme entre le cristal de saphir dopé et le verre de gainage soit de moins de 1000 nm, des écarts particulièrement avantageux étant de moins de 200 nm et des écarts spécialement avantageux étant de moins de 50 nm. Une mesure préférable pour l'écart de forme est la distance “sommet-vallée” entre les deux surfaces.
Le verre est apte à supporter d'énormes tensions de compression et se fissure surtout sous l'effet de contraintes de traction, des microfissures traversant le verre et provoquant la rupture du verre. Si on souhaite stabiliser du verre ou des composites de verre, il est avantageux d'accroître les tensions superficielles de compression, car elles doivent tout d'abord être supprimées par une fissure. C'est précisément ce fait qui est à la base de techniques de revenu thermique ou chimique. De la sorte, il est en outre également avantageux que l'écart des deux zones à coller par collage optique par contact présente une forme concave, c'est-à-dire que les zones théoriquement au centre soient peu éloignées, que les bords soient au contact l'un de l'autre et que les deux corps ne puissent pas de déformer par élasticité. Lorsque, ensuite, les zones se sont rapprochées de plus en plus du fait du processus de propagation du collage optique par contact, les deux bords sont soumis à des tensions de compression et le composite se caractérise par une plus grande durabilité. Evidemment, le site où la surface servant de limite des deux matériaux est adjacente à la surface sur le côté reste un point de rupture sensible. La durabilité du composite peut être encore accrue si ce site est rendu étanche sur la surface, p.ex. avec un vernis ou un adhésif.
La solution selon la présente invention au problème de l'absorption de la lumière laser parasite à l'aide d'un verre de gainage selon la présente invention offre de nombreux avantages en comparaison de l'utilisation d'un liquide absorbant selon la technique antérieure. Les liquides selon la technique antérieure sont à l'origine d'un processus de vieillissement et doivent par conséquent être remplacés régulièrement. Par ailleurs, l'absorption du liquide doit être ajustée par l'apport d'une solution colorante. Il s'agit là d'une tâche compliquée, car l'indice de réfraction doit être étalonné avec une grande précision. De plus, les liquides utilisés sont toxiques, aussi leur manipulation devient-elle en outre encore plus difficile. Un inconvénient particulièrement grand de l'utilisation d'un liquide absorbant pour l'absorption de la lumière laser parasite consiste en ce que la dispersion des liquides selon la technique antérieure diffère beaucoup de la dispersion du saphir, aussi l'ajustement de l'indice de réfraction du liquide en fonction de l'indice de réfraction du saphir ne peut-il donner des résultats satisfaisants que dans un très petit intervalle de longueurs d'onde.
Les avantages du verre selon la présente invention, en comparaison d'un liquide absorbant quant à l'ajustement de l'indice de réfraction en fonction de l'indice de réfraction du saphir sur un intervalle de longueurs d'onde relativement grand, peuvent aussi apparaître d'après la présentation faite sur la Figure 4. Un tel ajustement sur un grand intervalle de longueurs d'onde est particulièrement avantageux, car la lumière laser parasite est normalement aussi caractérisée par des longueurs d'onde sur un grand intervalle. Tel est le cas, en particulier, quand on utilise des lasers caractérisés par de courtes impulsions comme, par exemple, des lasers femtoseconde, pour lesquels, du fait de la relation d'incertitude due à la brièveté de l'impulsion, il résulte un large intervalle de longueurs d'onde.
Exemples
Exemples de verres
Différents verres de gainage ont été fabriqués. Les exemples de verres 1 à 3 sont des verres au borosilicate de lanthane contenant du CuO. Les verres comparatifs A à C ne contiennent pas de CuO. L'exemple de verre 3 a été refroidi à une vitesse de refroidissement de
5°K par minute. Les autres verres ont été refroidis à une vitesse de refroidissement de 40°K par minute.
| Constituant | Exemple de verre 1 (% en poids) | Exemple de verre 2 (% en poids) | Exemple de verre 3 (% en poids) | Exemple comparatif A (% en poids) | Exemple comparatif B (% en poids) | Exemple comparatif C (% en poids) |
| SiO2 | 5 | 6 | 6 | 5 | 5 | 5 |
| B2O3 | 28 | 30 | 30 | 28 | 28 | 28 |
| BaO | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 |
| ZnO | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| La2O3 | 46 | 49 | 50 | 47 | 46 | 46 |
| ZrO2 | 7,7 | 7,7 | 7,7 | 7,7 | 7,7 | 7,7 |
| Nb2O5 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 1,6 |
| Y2O3 | 8 | 2 | 1 | 8 | 9 | 8 |
| CuO | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| As2o3 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 |
| Sb2O3 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 |
| Transmissio n interne à 800 nm pour un échantillon d'une épaisseur de 1 mm | 0,06 | 0,06 | 0,06 | 0,99 | 0,99 | 0,99 |
| Indice de réfraction à 800 nm | 1,7634 | 1,7521 | 1,7522 | 1,7609 | 1,7625 | 1,7645 |
| Nombre d'Abbe | 48,06 | 48,61 | 48,77 | 49,39 | 49,06 | 48,33 |
| δη(λ)/δλ [nm'1] pour λ= 800 [nm] | -0,03639 | -0,03574 | -0,03557 | -0,03559 | -0,03589 | -0,03643 |
| a [-30;70] xlO6 en °K4 | 5,86 | 5,56 | 5,50 | 5,89 | 5,94 | 5,88 |
Propriétés optiques
A titre de comparaison, l'indice de réfraction extraordinaire, ainsi que la valeur <asaphir>//c et la valeur <asaphir>-i-c, ont été déterminés pour un cristal de saphir dopé au Ti (Ti:Sa). L'indice de réfraction extraordinaire était de 1,75. Dans un intervalle de températures de 20°C à 50°C, la valeur <asaphir>//c était de 5,0* 10'6 °K' 1 et la valeur <asaphir>j-c était de 6,6* ΙΟ'6 °Κ_1, si bien que la valeur moyenne <asaphir> est de 5,8*10'6 °Κ_1
Les exemples de verres 1 à 3 ont tous une très faible transmission interne à une longueur d'onde de 800 nm. De plus, les différences entre l'indice de réfraction des exemples de verres et l'indice de réfraction extraordinaire du cristal de saphir dopé au Ti sont très faibles. La différence entre la valeur <averre> des verres de gainage et la valeur moyenne <asaphir> est très faible elle aussi. Ainsi, les exemples de verres 1 à 3 conviennent parfaitement comme verres de gainage pour le cristal de saphir dopé au Ti.
Les indices de réfraction et les nombres d'Abbe des verres comparatifs A à C sont semblables à ceux des exemples de verres 1 à
3. Cependant, les verres comparatifs A à C ont une forte transmission interne à une longueur d'onde de 800 nm, et par conséquent ces verres comparatifs ne doivent pas servir de verres de gainage pour réduire la lumière laser parasite.
Influence de la vitesse de refroidissement sur l'indice de réfraction
Deux échantillons à composition selon l'exemple comparatif A ont été refroidis à des vitesses de refroidissement différentes et les indices de réfraction des échantillons ont été examinés pour déterminer l'influence de la vitesse de refroidissement sur l'indice de réfraction. D'après la courbe de refroidissement, on peut tirer des conclusions de la densité de l'échantillon de verre quant à son régime de refroidissement. Il se vérifie que n^(Q) = n^(Qi)+mnz log(Q/Qi), où mnz et n^(Qi) sont les paramètres de régression déterminés à l'aide des analyses expérimentales. Dans ce cas, pour la régression, nous avons choisi Qi = 5 [°K/h] comme valeur de référence.
Les données sont présentées sur le tableau ci-dessous.
| Exemple comparatif A | ||
| Q [°K/h]: | 40 | 5 |
| log(Q) | 1,60205999 | 0,69897 |
| na | 1,77212 | 1,77360 |
| ne | 1,77585 | 1,77733 |
| ns | 1,79168 | 1,79316 |
| nF- | 1,78395 | 1,78543 |
| nF | 1,78305 | 1,78453 |
| ne | 1,77585 | 1,77733 |
| na | 1,77212 | 1,77360 |
| nc- | 1,76814 | 1,76962 |
| ne | 1,76740 | 1,76887 |
| nr | 1,76473 | 1,76621 |
| η(λ): | 1,76096 | 1,762437 |
| À[nm] : | 800 | 800 |
| n0 | 1,74165894 | 1,7432831 |
| A | l,16E-02 | l,15E-02 |
| λ 0 | l,60E-01 | l,58E-01 |
| C | l,13E+00 | l,14E+00 |
| m,-xoo|nm| : | -0,00163997 |
| n,.-X00|nm| : | 1,762437 |
Les valeurs expérimentales des indices de réfraction dépendent, pour leur part, de la vitesse de refroidissement. Pour l'exemple comparatif A, les coefficients de refroidissement pour l'indice de réfraction η(λ = 800 (nm]) ont été ajustés à l'aide des valeurs optiques pour 40 [°K/h] et 5[°K/h], Les valeurs de l'indice de réfraction η(λ) pour λ = 8°° [nm] ont été calculées à l'aide de l'équation de Hartmann, η(λ) = ηο+Α/(λ-λο)ε. Les coefficients n0, A, λ0, C de cette équation reposent sur les valeurs expérimentales na, ne, ng, nf, nc, nc, nr, qui ont été calculées pour Q = 40 [°K/h] et Q = 5 [°K/h], On constate qu'avec une vitesse de refroidissement plus basse, on peut obtenir un indice de réfraction plus élevé.
La dépendance de l'indice de réfraction à la vitesse de refroidissement est illustrée sur la Figure 3 pour l'exemple comparatif A.
Dépendance de l'indice de réfraction par rapport à la longueur d'onde
Sur la Figure 4, la dépendance de l'indice de réfraction à la longueur d'onde est illustrée pour un verre selon la présente invention, pour un liquide (Cargille Réfractive Index Matching Liquid, Sériés M), ainsi que pour les indices de réfraction ordinaire (ne) et extraordinaire (no) du saphir pour un intervalle de longueurs d'onde de 700 nm à 900 nm.
On constate que le verre selon la présente invention est parfaitement ajusté en fonction de l'indice de réfraction extraordinaire de saphir sur tout l'intervalle de longueurs d'onde. En revanche, les différences entre l'indice de réfraction du liquide et l'indice de refroidissement du saphir sont beaucoup plus grandes dans les plages supérieure et inférieure de l'intervalle de longueurs d'onde présenté. On constate que la dépendance de l'indice de réfraction à la longueur d'onde est beaucoup plus forte dans le cas du liquide que dans le cas du verre selon la présente invention ou dans le cas du saphir. Par conséquent, sur un large intervalle de longueurs d'onde, l'ajustement de l'indice de réfraction en fonction de l'indice de réfraction du saphir est possible dans une bien plus grande mesure dans le cas du verre selon la présente invention que dans le cas du liquide.
Liste des repères
Axe cristallographique c
Verre de gainage
3 Cristal de saphir dopé
Lumière laser à direction préférée
Lumière laser parasite
Proportions de la lumière laser parasite ayant pénétré dans le verre de gainage
Claims (15)
- REVENDICATIONS1. Composant laser, comportanta) un cœur comprenant du saphir dopé, etb) un verre de gainage placé sur ledit cœur et qui, dans le cas d'une épaisseur de 1 mm dans un intervalle de longueur d'onde de 750 nm à 850 nm, a une transmission interne d'un maximum de 0,8.dans lequel, pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 750 nm à 850 nm, l'indice de réfraction extraordinaire du saphir dopé et l'indice de réfraction du verre de gainage diffèrent l'un de l'autre d'un maximum de 0,05.
- 2. Composant laser selon la revendication 1, dans lequel le verre de gainage d'une épaisseur de 1 mm dans un intervalle de longueurs d'onde de 700 à 900 nm a une transmission interne d'un maximum de 0,8, et dans lequel, pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 700 à 900 nm, l'indice de réfraction extraordinaire du saphir dopé et l'indice de réfraction du verre de gainage diffèrent l'un de l'autre d'un maximum de 0,05.
- 3. Composant laser selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le saphir est dopé avec un dopant choisi dans le groupe comprenant des ions des éléments suivants : le titane, le chrome, le fer et le vanadium.
- 4. Composant laser selon au moins une des revendications précédentes, dans lequel le verre de gainage de 1 mm d'épaisseur, dans un intervalle de longueurs d'onde de 750 nm à 850 nm, a une transmission interne d'un maximum de 0,2.
- 5. Composant laser selon au moins une des revendications précédentes, dans lequel, pour un rayonnement dans l'intervalle de longueurs d'onde de 750 nm à 850 nm, l'indice de réfraction extraordinaire du saphir dopé et l'indice de réfraction du verre de gainage différent l'un de l'autre d'un maximum de 0,02.
- 6. Composant laser selon au moins une des revendications précédentes, dans lequel la différentiation de l'indice de réfraction (3η(λ)/3λ)|χ0) à la longueur d'onde λ0 = 800 [nm] est de -3,00xl0'5 à 4,00xl0'5 [nm’1].
- 7. Composant laser selon au moins une des revendications précédentes, dans lequel, dans un intervalle de température de -30°C à5 70°C, le coefficient moyen de dilatation thermique longitudinale linéaire a du verre de gainage diffère de la valeur moyenne du coefficient moyen de dilatation thermique longitudinale linéaire du saphir dopé, parallèlement à l'axe cristallographique c du saphir, et du coefficient moyen de dilatation thermique longitudinale linéaire du10 saphir dopé, perpendiculairement à l'axe cristallographique c du saphir, d'un maximum de 0,5*106Κ_1.
- 8. Composant laser selon au moins une des revendications précédentes, dans lequel le verre de gainage comprend les constituants suivants (en % de poids) :
Constituant Proportion (% en poids) SiO2 1 à 15 B2O3 15 à 45 BaO 0 à 5 CaO 0 à 10 SrO 0 à 2 ZnO 0 à 30 La2O3 30 à 60 ZrO2 0 à 15 Nb2O5 0 à 5 Y2O3 0 à 15 Constituant Proportion (% en poids) CuO 0 à 10 AS2O3 Oà 1 Sb2O3 Oà 1 - 9. Composant laser selon au moins une des revendications précédentes, dans lequel le verre de gainage a une épaisseur de 0,05 à 100 mm, de préférence de 1 à 5 mm.
- 10. Composant laser selon au moins une des revendications précédentes, dans lequel le verre de gainage comporte un revêtement et dans lequel le verre de gainage est dépoli sur au moins une zone latérale.
- 11. Procédé pour fabriquer un composant laser selon au moins une des revendications précédentes, comportant les étapes suivantes :a) réalisation du saphir dopé,b) réalisation du verre de gainage, etc) mise en place du verre de gainage sur le saphir dopé.
- 12. Procédé pour fabriquer un composant laser selon au moins une des revendications précédentes, dans lequel la mise en place du verre de gainage sur le saphir dopé est exécutée par collage optique par contact.
- 13. Verre ayant un indice de réfraction d'au moins 1,70, comportant les constituants suivants (en % de poids) :
Constituant Proportion (% en poids) SiO2 1 à 15 B2O3 15 à 45 BaO 0 à 5 Constituant Proportion (% en poids) CaO 0 à 10 SrO 0à2 ZnO 0 à 30 La2Û3 30 à 60 ZrO2 0 à 15 Nb2O5 0 à 5 Y2O3 0 à 15 CuO 0 à 10 AS2O3 Oà 1 Sb2O3 Oà 1 - 14. Verre selon la revendication 13, le verre étant caractérisé par un régime de refroidissement qui correspond à un refroidissement régulier depuis une température Tl jusqu'à une5 température T2 avec une vitesse moyenne de refroidissement de 0,5°K par heure à 40°K par heure, la température Tl étant au moins supérieure à la température de transition vitreuse Tg et la température T2 étant de 20°C.
- 15. Utilisation d'un verre selon la revendication 13 ou 1410 comme verre de gainage d'un laser à solide ayant un indice de réfraction d'au moins 1,6.1/2 transmission interne longueur d'onde /nm
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102016118364.4 | 2016-09-28 | ||
| DE102016118364.4A DE102016118364B3 (de) | 2016-09-28 | 2016-09-28 | Mantelglas für Festkörperlaser |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3056838A1 true FR3056838A1 (fr) | 2018-03-30 |
| FR3056838B1 FR3056838B1 (fr) | 2023-11-24 |
Family
ID=60244382
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR1758896A Active FR3056838B1 (fr) | 2016-09-28 | 2017-09-26 | Verre de gainage pour lasers à solides |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10389079B2 (fr) |
| CN (2) | CN113072299B (fr) |
| DE (1) | DE102016118364B3 (fr) |
| FR (1) | FR3056838B1 (fr) |
| GB (1) | GB2556987B (fr) |
| IL (1) | IL254579A0 (fr) |
| RU (1) | RU2752289C2 (fr) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017220652A (ja) * | 2016-06-10 | 2017-12-14 | 大学共同利用機関法人自然科学研究機構 | レーザ装置とその製造方法 |
| JP6856197B2 (ja) * | 2017-02-24 | 2021-04-07 | 国立大学法人東海国立大学機構 | レーザー装置およびその制御方法、質量分析装置 |
| JP7354224B2 (ja) * | 2018-07-06 | 2023-10-02 | ショット グラス テクノロジーズ （スゾウ） カンパニー リミテッド | 高屈折率の近赤外吸収フィルターガラス |
| EP3822233A4 (fr) * | 2019-01-10 | 2022-06-29 | JX Nippon Mining & Metals Corporation | Couche absorbant la lumière, et corps lié équipé de celle-ci |
| CN112250299B (zh) * | 2019-07-22 | 2024-03-08 | 肖特股份有限公司 | 用于固态激光器的包层玻璃 |
| WO2021157135A1 (fr) * | 2020-02-07 | 2021-08-12 | Ｊｘ金属株式会社 | Corps assemblé en céramique yag et son procédé de production |
Family Cites Families (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS553336A (en) | 1978-06-20 | 1980-01-11 | Hoya Corp | Low melting point glass for edge-cladding disc laser glass |
| DE3216451C2 (de) * | 1982-05-03 | 1984-04-19 | Schott Glaswerke, 6500 Mainz | Optisches Leichtgewichtglas mit einem Brechwert ≥ 1.70, einer Abbezahl ≥ 22 und einer Dichte ≦ 3,5 g/cm↑3↑ |
| US5508235A (en) * | 1994-07-06 | 1996-04-16 | Schott Glass Technologies, Inc. | Cladding glass ceramic for use in high powered lasers |
| US6160824A (en) * | 1998-11-02 | 2000-12-12 | Maxios Laser Corporation | Laser-pumped compound waveguide lasers and amplifiers |
| JP2004170741A (ja) * | 2002-11-21 | 2004-06-17 | Amada Co Ltd | レーザ光伝達用光ファイバーおよびレーザ光伝達装置 |
| US7141522B2 (en) * | 2003-09-18 | 2006-11-28 | 3M Innovative Properties Company | Ceramics comprising Al2O3, Y2O3, ZrO2 and/or HfO2, and Nb2O5 and/or Ta2O5 and methods of making the same |
| CN1985201A (zh) * | 2004-07-15 | 2007-06-20 | 旭硝子株式会社 | 玻璃光波导 |
| JP2006056768A (ja) * | 2004-07-23 | 2006-03-02 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 屈折率分布型ロッドレンズ用クラッドガラス組成物、およびそれを用いた屈折率分布型ロッドレンズ母ガラスロッド、ならびに屈折率分布型ロッドレンズ、およびその製造方法 |
| JP2006106324A (ja) * | 2004-10-05 | 2006-04-20 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 屈折率分布型ロッドレンズ、およびその製造方法 |
| ES1059402Y (es) * | 2005-01-18 | 2005-08-01 | Baglietto Julio Muro | Felpudo modular perfeccionado |
| RU2269848C1 (ru) * | 2005-04-14 | 2006-02-10 | Закрытое акционерное общество "Научное и технологическое оборудование" | Твердотельный лазер с зигзагообразным ходом лучей |
| US7266039B2 (en) * | 2005-07-08 | 2007-09-04 | Winbond Electronics Corp. | Circuitry and method for adjusting signal length |
| US7477674B2 (en) * | 2005-11-14 | 2009-01-13 | The Boeing Company | High-gain solid-state laser |
| US7572747B2 (en) * | 2007-09-27 | 2009-08-11 | Alfred University | Optical glass |
| CN102320739B (zh) * | 2007-09-29 | 2015-04-01 | 株式会社小原 | 光学玻璃 |
| JP5727691B2 (ja) * | 2008-04-30 | 2015-06-03 | 株式会社オハラ | 光学ガラス、光学素子及び光学機器 |
| CN101337768B (zh) * | 2008-08-28 | 2011-01-19 | 成都光明光电股份有限公司 | 高折射率光学玻璃 |
| DE102009010701B4 (de) * | 2009-02-27 | 2016-12-15 | Schott Ag | Optisches Glas |
| EP2261181A1 (fr) * | 2009-05-21 | 2010-12-15 | Silitec Fibers SA | Procédé de fabrication et de traitement d'une préforme, préforme et fibre optique |
| TWI528062B (zh) * | 2010-08-27 | 2016-04-01 | 國立臺灣大學 | 摻鈦藍寶石晶體光纖、其製作方法及其應用之寬頻光源 |
| CN102311229A (zh) * | 2011-09-07 | 2012-01-11 | 成都光明光电股份有限公司 | 光学玻璃及光学元件 |
| JP5854956B2 (ja) * | 2011-12-07 | 2016-02-09 | 株式会社オハラ | 光学ガラス、プリフォーム及び光学素子 |
| CN104092087A (zh) * | 2014-06-18 | 2014-10-08 | 华南理工大学 | 一种高能量短脉冲光纤激光放大器 |
| JP6603449B2 (ja) * | 2014-09-30 | 2019-11-06 | Ｈｏｙａ株式会社 | ガラス、プレス成形用ガラス素材、光学素子ブランク、および光学素子 |
-
2016
- 2016-09-28 DE DE102016118364.4A patent/DE102016118364B3/de active Active
-
2017
- 2017-09-18 IL IL254579A patent/IL254579A0/en active IP Right Grant
- 2017-09-26 FR FR1758896A patent/FR3056838B1/fr active Active
- 2017-09-27 RU RU2017133531A patent/RU2752289C2/ru active
- 2017-09-27 GB GB1715618.3A patent/GB2556987B/en active Active
- 2017-09-28 CN CN202110417656.3A patent/CN113072299B/zh active Active
- 2017-09-28 CN CN201710894137.XA patent/CN107867800B/zh active Active
- 2017-09-28 US US15/718,307 patent/US10389079B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107867800B (zh) | 2021-05-07 |
| GB2556987A8 (en) | 2018-07-04 |
| FR3056838B1 (fr) | 2023-11-24 |
| GB2556987A (en) | 2018-06-13 |
| IL254579A0 (en) | 2017-11-30 |
| DE102016118364B3 (de) | 2018-03-08 |
| GB2556987B (en) | 2022-08-17 |
| US10389079B2 (en) | 2019-08-20 |
| CN113072299B (zh) | 2023-08-15 |
| RU2752289C2 (ru) | 2021-07-26 |
| US20180090904A1 (en) | 2018-03-29 |
| RU2017133531A3 (fr) | 2021-02-05 |
| CN113072299A (zh) | 2021-07-06 |
| GB201715618D0 (en) | 2017-11-08 |
| CN107867800A (zh) | 2018-04-03 |
| RU2017133531A (ru) | 2019-03-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FR3056838A1 (fr) | Verre de gainage pour lasers a solides | |
| JP5902248B2 (ja) | 高エネルギー環境下で用いるための、光学特性が改善された光学部品 | |
| FR3058584A1 (fr) | Laser component | |
| EP2652844B1 (fr) | Module a gain laser et methode de fabrication d'un tel module | |
| US20140218795A1 (en) | Power scalable multi-pass faraday rotator | |
| US12057679B2 (en) | Cladding glass for solid-state lasers | |
| FR2936794A1 (fr) | Composition de verre pour echange ionique au thallium et substrat en verre obtenu | |
| Xiong et al. | Bridgman growth and characterization of birefringent crystal NaNO3 | |
| EP0547956B1 (fr) | Mini cavité laser pompée optiquement, son procédé de fabrication et laser utilisant cette cavité | |
| EP1966856B1 (fr) | Dispositif a guide optique destine a produire un signal optique par pompage optique et applications de ce dispositif | |
| FR2771107A1 (fr) | Procede de preparation par croissance par epitaxie en phase liquide de couches monocristallines d'aluminate de lanthane et de magnesium (lma) et composants optiques comprenant ces couches | |
| Alaverdyan et al. | Luminescence spectrum thermal properties of Rhodamine 6G doped polymethyl metacrylate film sandwiched between cholesteric liquid crystal layers | |
| FR2768143A1 (fr) | Verre de fluorophosphate dope a l'erbium et amplificateur optique comprenant ce verre | |
| Zinchenko et al. | Application of Sm 2 Ti 2 O 7 in technology of mirrors for He-Ne laser | |
| RU2516166C1 (ru) | Активный элемент из иттрий-алюминиевого граната, легированного неодимом, с периферийным поглощающим слоем | |
| US8995813B2 (en) | Optical waveguide attenuator for a polarized light source | |
| Matthäus et al. | Thermal effects vs. gain in femtosecond laser written waveguides in neodymium doped fused silica | |
| Siebenmorgen et al. | Fabrication of a stress-induced Nd: YAG channel waveguide laser using fs-Laser pulses | |
| Mackenzie et al. | Er-doped tellurite waveguides for power amplifier applications | |
| Mitchell et al. | Study of Tm-doped Aluminosilicate films for Integration of Lasers on a SOI Silicon Photonics Platform | |
| Mitchell et al. | Study of Tm-doped aluminosilicate for integration of lasers on a SOI silicon photonics platform | |
| Alombert-Goget et al. | Glass-ceramics coating of silica microspheres | |
| Bodnar et al. | Optical properties of undoped and Yb 3+-doped YAl 3 (BO 3) 4 crystals | |
| Chiasera et al. | Erbium/ytterbium-activated silica-titania planar and channel waveguides prepared by rf-sputtering | |
| FR2607833A1 (fr) | Renforcement epitaxial de cristaux |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 4 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 5 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20220826 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 6 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 7 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 8 |