FR3145450A1 - Dispositif de génération d’impulsions laser étirées à profil modulé - Google Patents

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Julien Didierjean
Amélie CHERVET
Julien Saby
Marc CASTAING
Guillaume Machinet
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Alphanov Centre Technologique Optique et Lasers
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Bloom Lasers
Alphanov Centre Technologique Optique et Lasers
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Abstract

Dispositif lumineux (6) émettant une impulsion laser comportant : un oscillateur laser (1) émettant une impulsion laser, dit impulsion initiale ;un composant de séparation (2) de ladite impulsion initiale en deux ou plusieurs impulsions secondaires, ledit composant de séparation étant agencé pour transmettre chacune desdites impulsions secondaires vers un canal de propagation (41, 42, 43, 44) dédié, chaque canal de propagation (41, 42, 43, 44) étant agencé pour décaler temporellement l’impulsion secondaire qui s’y propage d’une quantité de temps donnée, notamment distincte de celles des autres canaux ;un composant de modulation de puissance (31, 32, 33, 34, 301, 302, 303, 304) agencé pour ajuster la puissance d’au moins l’une desdites impulsions secondaires selon une consigne prédéterminée ;un composant de regroupement (5, 501, 502) d’impulsions agencé pour composer additivement lesdites impulsions secondaires décalées et modulées en une seule et même impulsion, dite impulsion terminale ; ladite impulsion terminale étant une impulsion laser de durée supérieure à la durée de l’impulsion initiale. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1.

Description

Dispositif de génération d’impulsions laser étirées à profil modulé Domaine technique.
L’invention se rapporte au domaine technique des dispositifs lasers délivrant des impulsions courtes ou ultra-courtes, et plus particulièrement des impulsions de spectre fin inférieur au nanomètre et de durée d’impulsion à partir de 100 picosecondes et jusqu’à des durées de l’ordre de la nanoseconde.
L’invention a pour objet un dispositif de génération d’impulsions laser de durée comprise entre 100 picosecondes jusqu’à des durées de l’ordre de la nanoseconde, capable d’ajuster le profil desdites impulsions ; permettant ainsi de disposer d'une source laser impulsionnelle flexible et adaptable en fonction des besoins concrets des domaines d’application.
État de la technique.
La génération d'impulsions laser dans la gamme de 100 picosecondes à 500 picosecondes de durée et présentant un profil ajustable est un défi technologique majeur. En effet, d’une part il est difficile d'obtenir, à partir des méthodes de génération d’impulsions couramment mises en œuvre, des impulsions laser de cette durée, tout en parvenant à régler de manière fine le profil temporel des impulsions, ; notamment celles ayant recours à des lasers déclenchés, des lasers à modulation externe ou encore des lasers à semi-conducteurs modulés en courant. Dès lors, ces méthodes de génération d’impulsions laser ne permettent pas d'atteindre cette gamme de durée d'impulsions ni de contrôler précisément la forme temporelle desdites impulsions.
La technique dite de « verrouillage des modes en phase » permet, au travers d’un système d’étirement, de générer des impulsions dans la gamme d’intérêt, à savoir, de plus de 100 picosecondes et jusqu’à des valeurs de l’ordre de la nanoseconde ; mais ne permet pas contrôler le profil temporel des impulsions. De plus, cette technique nécessite un système d’étirement complexe et ne fonctionne qu’avec des impulsions de spectre relativement large, rendant ainsi incompatible l’étirement d’impulsions à spectre fin, notamment de l’ordre de 100 picomètres.
La génération d'impulsions par commutation de gain d’une diode laser tend généralement à produire des impulsions plus courtes mais il est difficile de concevoir une diode laser spécifiquement pour obtenir des impulsions aussi longues ; de plus, le phénomène physique de commutation du gain ne permet pas de contrôler la forme temporelle des impulsions ni les phases desdites impulsions.
En outre, certaines applications nécessitant des impulsions laser dans cette gamme de durée requièrent également une longueur d’onde laser dans le spectre visible ou dans le spectre ultraviolet. Ces longueurs d’onde sont généralement atteintes en partant d’une impulsion laser infrarouge, notamment de longueur d’onde autour de 1 micromètre, et en utilisant des cristaux non-linéaires pour effectuer une conversion de la longueur d'onde. Cependant, les accords de phase réalisés dans ces cristaux non-linéaires pour ces conversions ont une acceptance spectrale limitée, ce qui peut être problématique lorsque le spectre de la source laser est trop large. Dès lors, il est souvent nécessaire de disposer d'une source laser à spectre fin, typiquement inférieure à 100 picomètres de largeur spectrale à mi-hauteur, pour pouvoir utiliser efficacement des cristaux non-linéaires pour la génération d'impulsions de l'ordre de 100 picosecondes à 500 picosecondes.
Il est connu que le profil d’une impulsion laser peut avoir un impact important sur son interaction avec la matière, déterminant ainsi les applications pour lesquelles l’impulsion pourra être utilisée. Il existe de nombreux types de profils d’impulsions lasers, tels que les impulsions de profil temporel carré, gaussien, ou plus complexe avec des fronts de montée et de descente lents ou rapides.
Il est possible de générer des impulsions lasers très courtes présentant un profil carré par des modulateurs électrooptiques, néanmoins ce type de dispositif ont des coût très élevés et ne permettent pas d’ajuster la forme de l’impulsion.
On peut noter à titre d’exemple que la génération d'impulsions carrées est particulièrement utile pour maximiser l'efficacité des conversions non linéaires.
L’invention se place donc dans ce contexte et cherche à résoudre l’ensemble des inconvénients précités. Ainsi, l’invention cherche à proposer un dispositif permettant de générer, à partir d’une source laser délivrant des impulsions courtes, des impulsions laser de durée supérieure à la durée des impulsions délivrées par la source, notamment ayant une durée supérieure à 50 picosecondes, voire supérieure à 100 picosecondes, voire supérieure à 10 nanosecondes; avec un contrôle sur le profil temporel desdites impulsions et avec un spectre potentiellement fin.
Présentation de l’invention.
A ces fins, l’invention a pour objet un dispositif lumineux émettant une impulsion laser comportant :
  • un oscillateur laser émettant une impulsion laser, dit impulsion initiale ;
  • un composant de séparation de ladite impulsion initiale en deux ou plusieurs impulsions secondaires, ledit composant de séparation étant agencé pour transmettre chacune desdites impulsions secondaires vers un canal de propagation dédié, chaque canal de propagation étant agencé pour décaler temporellement l’impulsion secondaire qui s’y propage d’une quantité de temps donnée, notamment distincte de celles des autres canaux ;
  • un composant de modulation de puissance agencé pour ajuster la puissance d’au moins l’une desdites impulsions secondaires selon une consigne prédéterminée ;
  • un composant de regroupement d’impulsions agencé pour composer additivement lesdites impulsions secondaires décalées et modulées en une seule et même impulsion, dite impulsion terminale ; ladite impulsion terminale étant une impulsion de durée supérieure à la durée de l’impulsion initiale.
L’invention propose ainsi de générer, à partir d’une impulsion initiale de durée D1, une impulsion de durée D2 supérieure à la durée de l’impulsion initiale D1 en combinant un ensemble d’impulsions secondaires décalées dans le temps et modulées en puissance de sorte que les effets de décalage et de modulation de chacune des impulsions secondaires se combinent lors du regroupement des impulsions secondaires décalées et modulées, notamment en puissance et/ou en caractéristiques spectrales, afin d’obtenir une impulsion terminale présentant un profil prédéfini, ainsi qu’une durée supérieure à celle de l’impulsion initiale.
Dans la présente invention, on entend par « impulsion laser » une brève période de lumière, notamment monochromatique et cohérente, produite par un laser.
Dans la présente invention, on entend par « spectre » d’une impulsion laser la distribution de l’énergie de l’impulsion en fonction de la fréquence, ou de manière équivalente, la distribution de l’énergie de l’impulsion en fonction de la longueur d’onde.
Dans la présente invention, on entend par « dérive de fréquence » d’une impulsion laser une modification de la fréquence de lumière au cours du temps au sein de ladite impulsion. Une telle dérive de fréquence peut être positive, négative ou nulle.
Dans la présente invention, on entend par « profil » d’une impulsion laser le graphe de l’intensité, ou une fonction de cette dernière, de ladite impulsion laser au cours du temps.
Dans la présente invention, on entend par « puissance crête » d’une impulsion laser, la puissance optique maximale qui se produit. La puissance optique d’un laser étant la quantité d’énergie émise par le laser par unité de temps.
Dans la présente invention, on entend par « largeur à mi-hauteur » d’une impulsion laser la durée au cours de laquelle sa puissance optique est supérieure à la moitié de sa puissance crête.
Dans la présente invention, on entend par « bruit d’interférence » une ou plusieurs interférences non souhaitées venant perturber le profil temporel de l’impulsion terminale au regard du profil souhaité.
Avantageusement, le décalage des impulsions secondaires peut être réalisé au moyen de fibres optiques de longueur distinctes. En effet, le temps de parcours de la longueur d’une fibre optique est directement proportionnel à la longueur de ladite fibre.
Avantageusement encore, les différents canaux de propagation pourront être réalisés avec des matériaux distincts présentant des indices de réfractions propres, de sorte que le temps de propagation d’une impulsion secondaire dépende du matériau constituant le canal de propagation où ladite impulsion secondaire s’y propage, permettant ainsi de décaler convenablement les impulsions secondaires.
De préférence, les canaux de propagation pourront être des fibres optiques réalisées en verre, plastique ou silice.
Avantageusement, le composant de séparation, les canaux de propagation, le composant de modulation et le composant de regroupement sont agencés pour que les polarisations de l’impulsion terminale et des impulsions secondaires soient identiques à la polarisation de l’impulsion initiale, préférentiellement linéaire. En d’autres termes, le dispositif selon l’invention est agencé pour conserver la polarisation de l’impulsion initiale jusqu’à la composition de l’impulsion terminale.
Si on le souhaite, une ou plusieurs des impulsions secondaires pourront être identiques à l’impulsion initiale. On comprend alors que le composant de séparation n’est pas limité au seul fractionnement de l’impulsion initiale, mais est apte à générer également des répliques de ladite impulsion initiale.
Avantageusement, le composant de séparation est agencé pour séparer l’impulsion initiale en plusieurs impulsions secondaires de manière à conserver le spectre de l’impulsion initiale dans chacune des impulsions secondaires.
Avantageusement, le composant de regroupement pourra comporter des miroirs de réflexion plans ou concaves, des lentilles convergentes ou divergentes, des lames séparatrices, des fibres optiques, des composants à base de fibres optiques tels que des coupleurs fibrés.
Avantageusement, la durée de l’impulsion initiale est comprise entre 30 picosecondes et 70 picosecondes et la durée de l’impulsion terminale est supérieure à la longueur de l’impulsion initiale, notamment comprise entre 100 picosecondes et 500 picosecondes.
Avantageusement, la durée de l’impulsion initiale est comprise entre 10 nanosecondes et 20 nanosecondes et la durée de l’impulsion terminale est supérieure à la longueur de l’impulsion initiale, notamment comprise entre 50 nanosecondes et 500 nanosecondes.
Avantageusement, le spectre de l’impulsion terminale a une largeur à mi-hauteur inférieure à 100 picomètres. En procédant ainsi, la conversion des longueurs d’onde dans des cristaux non-linéaires est réalisée efficacement.
Si on le souhaite, en partant d’une source laser à spectre large, notamment un oscillateur à mode verrouillé en phase, émettant des impulsions de l’ordre de 1 picoseconde et dont le spectre à une largeur de plusieurs nanomètres, il est possible d’étirer ladite impulsion par dérive de fréquence pour arriver à des durées d’impulsions de quelques centaines de picosecondes, l’invention permet dans ce cas de partir de cette impulsion étirée pour générer une impulsion de l’ordre de la nanoseconde, voire de l’ordre de la dizaine de nanoseconde avec une forme contrôlée, et ainsi de supprimer notamment des effets indésirables tels que l’effet Brillouin dans les fibres optiques.
Modes de réalisation de l’invention
Dans un mode de réalisation de l’invention, l’oscillateur laser comprend une diode laser à rétroaction répartie.
Avantageusement, ce type de diode permet de générer une impulsion laser monomode transverse et d’obtenir une puissance de sortie de l’ordre du mW ce type de diode a recours à une rétroaction optique permettant de maintenir une largeur de bande spectrale étroite.
Dans un mode de réalisation alternatif de l’invention, l’oscillateur laser comprend une source d’impulsions laser à verrouillage de mode.
Avantageusement, ce type de source d’impulsions permet de générer des impulsions de très courte durée, notamment de l’ordre de la picoseconde, et de forte intensité.
Dans un mode de réalisation de l’invention, l’oscillateur laser est agencé de sorte que l’impulsion laser présente un spectre dont la largeur à mi-hauteur est inférieure à 1 nanomètre, notamment inférieur à 100 picomètres.
Dans un mode de réalisation de l’invention, alternatif ou cumulatif, l’oscillateur laser est agencé de sorte que l’impulsion laser émise par ledit oscillateur présente une longueur d’onde sensiblement de 1,5 micromètres, notamment de 1550 nanomètres, ou de 2 micromètres, notamment de 2100 nanomètres.
Dans un autre mode de réalisation de l’invention, alternatif ou cumulatif, l’oscillateur laser est agencé de sorte que l’impulsion laser émise par ledit oscillateur présente une longueur d’onde sensiblement de 1030 nanomètres ou 1064 nanomètres.
Avantageusement, les impulsions laser à ces longueurs d’onde peuvent être converties efficacement, grâce à des processus non-linéaires, de sorte à générer des impulsions de longueurs d’onde dans le spectre visible, dans le spectre infrarouge ou dans le spectre ultraviolet, étant ainsi appropriés pour leur utilisation dans des procédés de micro-usinage, en particulier le micro-usinage du verre et du silicium. Par ailleurs, les longueurs d’onde de 1030 nanomètres et de 1064 nanomètres correspondent à des raies d’excitation du néodyme et de l’ytterbium, particulièrement utiles pour le micro-usinage par des impulsions laser de ces longueurs d’onde.
Avantageusement, les impulsions lasers dont la longueur d’onde est dans le spectre visible, dans le proche infrarouge ou le moyen infrarouge sont particulièrement avantageuses pour le micro-usinage du plastique.
Dans un mode de réalisation de l’invention, alternatif ou cumulatif, l’oscillateur laser est agencé de sorte que l’impulsion laser émise par ledit oscillateur présente une longueur d’onde dans le spectre visible.
Avantageusement, les impulsions lasers dont la longueur d’onde est dans le spectre visible sont particulièrement avantageuses pour le micro-usinage du plastique.
Avantageusement encore, les impulsions laser de longueur d’onde de 1030 nanomètres et celles de 1064 nanomètres possèdent la propriété d’être faiblement atténuées dans les fibres optiques ce qui rend ces longueurs d’onde particulièrement intéressantes pour préserver la puissance le long du parcours de l’impulsion au sein du dispositif, notamment le long des canaux de propagation. Avantageusement encore, les longueurs d’onde de 1030 nanomètres et 1064 nanomètres sont particulièrement souhaitables pour le micro-usinage, notamment la découpe et la modification de matériaux tels que le verre, le métal, et le plastique.
Dans un mode de réalisation de l’invention, alternatif ou cumulatif, le dispositif lumineux comporte un contrôleur de l’oscillateur laser, agencé pour générer un signal de contrôle dudit oscillateur laser, ledit signal de contrôle étant une instruction de génération de ladite impulsion initiale.
Avantageusement, le contrôleur de l’oscillateur permet de gouverner la génération des impulsions, notamment la cadence de génération des impulsions et leur intensité, et permet d’assurer le maintien de la stabilité et de la précision de la fréquence des impulsions.
Dans un mode de réalisation alternatif de l’invention, le contrôleur est agencé pour générer un signal de contrôle définissant un profil temporel de l’impulsion initiale tel que la composition additive, effectuée par le composant de regroupement, des impulsions secondaires décalées et modulées soit dépourvue de bruit d’interférence.
Avantageusement, la suppression du bruit d’interférence permet d’améliorer le profil et la stabilité de l’impulsion terminale.
Dans un mode de réalisation de l’invention, alternatif ou cumulatif, l’oscillateur laser est agencé pour générer un signal de contrôle comportant une première composante continue, notamment constante, et une deuxième composante périodique et discontinue.
Avantageusement, la combinaison des composantes continue et périodique discontinue permet de séparer des effets à long et à court terme permettant d’optimiser les paramètres de fonctionnement de l’oscillateur laser et les performances de ce dernier, notamment en ajustant la fréquence et l’amplitude de la composante périodique.
Avantageusement encore, la combinaison des composantes continue et périodique discontinue permet de synchroniser l’oscillateur laser avec d’autres systèmes en utilisant la composante périodique comme référence de synchronisation.
Dans un mode de réalisation de l’invention, alternatif ou cumulatif, les canaux de propagation et les composants de séparation et de regroupement sont agencés de sorte que les profils des impulsions décalées et modulées se recouvrent d’au moins 10 % de leur largeur à mi-hauteur.
Il est connu que lorsque deux impulsions laser se recouvrent, leur superposition peut produire des interférences qui peuvent affecter la qualité de l’impulsion résultante. Avantageusement, en ayant des impulsions laser qui se recouvrent d’au moins 10% de leur largeur à mi-hauteur, on assure que leur superposition est suffisamment faible pour minimiser ces effets indésirables.
Dans un mode de réalisation de l’invention, alternatif ou cumulatif, l’oscillateur laser est agencé de sorte que l’impulsion initiale comporte une dérive de fréquence pendant la durée de cette impulsion. Le cas échéant, le dispositif peut comprendre au moins un composant optique agencé pour modifier la dérive de fréquence d’une impulsion secondaire se propageant dans l’un des canaux de propagation.
Avantageusement, la modification de la dérive de fréquence d’une impulsion secondaire offre un moyen supplémentaire de modulation de l’impulsion terminale, résultant du regroupement de l’ensemble des impulsions secondaires décalées et modulées.
Avantageusement, la modification de la dérive de fréquence d’une impulsion secondaire pourra notamment être obtenue en employant des réseaux de diffraction, des prismes, des fibres dispersives ou de réseaux de Bragg à pas variable.
Dans un mode de réalisation de l’invention, alternatif ou cumulatif, chaque canal de transmission comporte au moins une fibre optique.
Avantageusement, les fibres optiques engendrent une très faible perte de puissance et une faible dégradation de l’impulsion laser qui s’y propage, ce qui permet de transmettre efficacement lesdites impulsions laser sur des longues distances. Ainsi, dans le cas où le décalage des impulsions est obtenu en utilisant des canaux de longueur différente, le recours à des canaux de propagations réalisés en fibres optiques permet de préserver la qualité et la puissance des impulsions secondaires jusqu’au moment où ces dernières seront regroupées par le composant de regroupement.
Avantageusement encore, l’utilisation des fibres optiques permet de tirer parti de leur finesse et légèreté ainsi que de leur flexibilité permettant d’obtenir des canaux de propagation de formes variées.
Dans un mode de réalisation de l’invention, alternatif ou cumulatif, le composant de modulation est agencé pour ajuster la puissance d’au moins l’une desdites impulsions secondaires selon un gain ou une perte de puissance choisi de sorte que l’impulsion terminale présente un profil prédéterminé.
En procédant ainsi, l'invention vise à utiliser la modulation en puissance des impulsions secondaires qui se propagent dans les canaux de propagation pour contrôler la forme du profil temporel de l'impulsion terminale obtenue lors de la composition additive de ces impulsions secondaires. On comprend, alors que l’invention propose de contrôler précisément les caractéristiques temporelles de l'impulsion terminale en modulant la puissance des impulsions secondaires qui se propagent dans les différents canaux de propagation, cela est obtenu en modulant chaque impulsion secondaire selon une pondération établie par le composant de modulation.
Dans un mode de réalisation de l’invention, alternatif ou cumulatif, le composant de modulation et le composant de séparation forment un même élément optique agencé pour séparer l’impulsion initiale en deux ou plusieurs impulsions secondaires présentant chacune une puissance distincte prédéterminée et agencé pour transmettre chacune desdites impulsions secondaires vers un canal de propagation dédié.
Avantageusement, ce mode de réalisation permet de réduire l’encombrement du dispositif en combinant les composant de séparation et modulation précédemment évoquées en un seul et même composant.
Dans un mode de réalisation de l’invention, alternatif ou cumulatif, au moins l’un des canaux de propagation comporte un composant de modulation en puissance propre à ajuster la puissance de l’impulsion secondaire qui s’y propage.
Avantageusement, le fait d’introduire le composant de modulation au sein d’un des canaux de propagation permet de réaliser la modulation sur une localisation quelconque du canal, notamment en début de canal, en milieu de canal ou en fin de canal.
Avantageusement, le composant de modulation de puissance pourra notamment être agencé pour augmenter ou diminuer la puissance de l’impulsion secondaire sur laquelle il agit.
Avantageusement encore, le canal de propagation comporte plusieurs composants de modulation le long du canal de propagation.
Avantageusement encore, le composant de modulation de puissance pourra notamment être un composant optique passif comme un miroir partiellement réfléchissant, un tronçon de fibre optique soumis à une perturbation mécanique, un réseau de Bragg partiellement réfléchissant, un assemblage optique passif comme un ensemble « lame d’onde L/2 + polariseur » ou un composant actif comme un modulateur à cristaux liquide, un modulateur électro-optique, un modulateur acousto-optique ou encore un modulateur à semi-conducteurs.
Dans un mode de réalisation de l’invention, alternatif ou cumulatif, au moins l’un des canaux de propagation comporte un filtre d’intensité de l’impulsion secondaire qui s’y propage.
Avantageusement encore, le filtre d’intensité pourra être un absorbant saturable, permettant un filtrage progressif de l’impulsion secondaire et notamment apte à filtrer les intensités basses des impulsions et laissant passer les intensités hautes.
Avantageusement, les filtres d’intensité pourront notamment être fabriqués en verre, en céramique ou encore en nanomatériaux en couches minces ou sous forme de nanoparticules à ase de semiconducteurs, dopés ou non, ou encore des logement remplis de substances chimiques, notamment de gaz.
Dans un mode de réalisation de l’invention, alternatif ou cumulatif, au moins l’un des canaux de propagation comporte un filtre spectral.
Avantageusement, un canal de propagation comportant un filtre spectral permet de sélectionner une plage de longueurs d’onde précise de l’impulsion secondaire qui s’y propage, notamment adaptée pour contrôler finement le spectre de l’impulsion finale résultant du regroupement des impulsions secondaires décalées et modulées.
Dans un mode de réalisation de l’invention, alternatif ou cumulatif, le composant de séparation, les canaux de propagation, le composant de modulation et le composant de regroupement forment un premier étage optique du dispositif, de sorte qu’un deuxième étage optique comporte : un composant de séparation, des canaux de propagation, un composant de modulation et un composant de regroupement , le deuxième étage optique étant connecté en série avec le premier étage optique de sorte que le composant de séparation du deuxième étage optique reçoive l’impulsion terminale composée par le composant de regroupement du premier étage optique.
Avantageusement, la première impulsion terminale obtenue par le premier composant de regroupement peut être séparée par le deuxième composant de séparation en plusieurs impulsions secondaires qui seront modulées par le deuxième composant de modulation avant d’être regroupées par le deuxième composant de regroupement du deuxième étage optique pour génère ainsi une deuxième impulsion terminale.
Avantageusement encore, l’invention peut comporter un nombre N d’étages optiques connectés en réseau et de sorte qu’une impulsion terminale d’un étage donné serve comme impulsion initiale d’un autre étage. Les N étages pourront être disposés selon une configuration de réseau quelconque, comportant tout ou partie du réseau en connexion en série et/ou en parallèle.
Dans un mode de réalisation de l’invention, alternatif ou cumulatif, le dispositif permet de moduler en phase et/ou en amplitude les impulsions secondaires au travers d’au moins un élément perturbateur des canaux de propagation, notamment dans le cas des canaux de propagation réalisés en fibres optiques. Cela peut être réalisé en utilisant un élément perturbant qui agit localement sur la température, notamment un dispositif à effet Peltier, et/ou qui modifie localement la fibre optique mécaniquement, notamment un moyen de pression. Cette capacité à moduler les impulsions secondaires permet une flexibilité accrue dans les applications où ces impulsions sont utilisées.
Dans un mode de réalisation de l’invention, alternatif ou cumulatif, le dispositif comporte une enceinte isolante apte à isoler thermiquement et/ou mécaniquement un ou plusieurs éléments parmi : le composant de séparation, les canaux de propagation, le composant de modulation et le composant de regroupement.
La propagation des impulsions secondaires dans différents canaux de propagation se fait avec des variations de phase légèrement différentes, ces variations peuvent être amplifiées par des perturbations, notamment thermiques, ce qui peut causer des interférences et des modifications importantes de l'impulsion terminale.
Avantageusement, l’enceinte isolante permet de réduire les effets de bruitage de l’impulsion terminale dus aux perturbations mécaniques, notamment sismiques, et/ou thermiques externes, notamment radiatives et/ou convectives. Par ailleurs, l’isolation thermique permet d’améliorer la qualité de l’impulsion terminale en évitant d’amplifier des effets d’interférence intrinsèques au dispositif.
Avantageusement encore, l’enceinte isolante pourra notamment être réalisée en matériaux résistants à la chaleur, notamment des feuilles ou des plaques en aluminium et/ou en cuivre, des céramiques telles que l’alumine et le carbure de silicium ou encore des matériaux composites, notamment à base des fibres de carbone. Avantageusement encore, l’enceinte isolante pourra notamment être réalisée en matériaux résistants à la pression et pourra être conçue pour minimiser les vibrations et les chocs extérieurs, notamment en caoutchouc et/ou en mousse, par exemple, sous forme de coussinets ou de patins.
L’invention a également pour objet un système optique, comportant un dispositif selon l’invention et au moins un amplificateur optique et/ou un système de conversion non-linéaire, apte à recevoir l’impulsion terminale composée par le dispositif.
Avantageusement, le système de conversion non-linéaire permet de modifier la longueur d’onde de l’impulsion terminale, y compris dans le cas où l’impulsion a été amplifiée. Ledit système de conversion non-linéaire permettant de modifier la longueur d’onde de l’impulsion terminale pourra notamment réaliser un doublage de fréquence.
La description qui précède explique clairement comment l'invention permet d'atteindre les objectifs qu'elle s'est fixée, à savoir produire une impulsion laser de longueur comprise entre 100 picosecondes et 500 picosecondes avec un contrôle sur le profil des impulsions et sans limitation du spectre.
Brève description des figures.
D’autres avantages et caractéristiques de la présente invention sont maintenant décrits à l’aide d’exemples uniquement illustratifs et nullement limitatifs de la portée de l’invention, et à partir des dessins annexés, dessins sur lesquels les différentes figures représentent :
représente, schématiquement et partiellement, un dispositif lumineux délivrant une impulsion laser selon un mode de réalisation de l’invention.
représente, schématiquement et partiellement, un graphique temporel décrivant le profil type de l’impulsion laser initiale, selon un mode de réalisation de l’invention.
représente, schématiquement et partiellement, un graphique temporel décrivant le profil type de l’impulsion laser terminale, selon un mode de réalisation de l’invention.
représente, schématiquement et partiellement, un dispositif lumineux émettant une impulsion laser et comportant deux étages optiques selon un mode de réalisation de l’invention.
Dans la description qui suit, les éléments identiques, par structure ou par fonction, apparaissant sur différentes figures conservent, sauf précision contraire, les mêmes références.
Description des modes de réalisation.
On a représenté en , selon un mode de réalisation de l’invention, un dispositif lumineux 6 émettant une impulsion laser comportant :
un oscillateur laser 1 émettant une impulsion initiale ;
un composant de séparation 2 de l’impulsion initiale en quatre impulsions secondaires ; chacune desdites impulsions secondaires est transmise vers un canal de propagation dédié 41, 42, 43, 44 ; chacun desdits canaux de propagation est agencé pour décaler temporellement l’impulsion secondaire qui s’y propage pendant une quantité de temps donnée ;
quatre composants de modulation de puissance 31, 32, 33, 34 agencés pour ajuster la puissance des impulsions secondaires selon une consigne prédéterminée ;
un composant de regroupement 5 agencé pour composer additivement lesdites impulsions secondaires décalées et modulées en une seule et même impulsion terminale ; ladite impulsion terminale étant une impulsion laser de durée supérieure à la durée de l’impulsion initiale.
Cet exemple est donné à titre non limitatif ; on pourra concevoir d’autres configurations géométriques sans sortir du cadre de la présente invention. On pourra notamment faire varier le nombre de canaux de propagation ainsi que le nombre de composants de modulation de puissance, leur agencement au regard du composant de séparation et/ou du composant de regroupement.
Dans l’exemple décrit, l’oscillateur laser 1 comporte une diode laser à rétroaction répartie.
Sans restriction de la portée de l’invention, l’oscillateur laser 1 pourra comporter alternativement une source d’impulsions laser à verrouillage de mode.
L’oscillateur laser 1 est agencé de sorte à émettre une impulsion laser d’une longueur d’onde sensiblement égale à 1030 nm. Alternativement, la longueur d’onde d’émission pourra être sensiblement égale à 1064 nm.
Le dispositif lumineux 6 comporte un contrôleur de l’oscillateur laser 1 (non représenté) agencé pour générer un signal de contrôle dudit oscillateur laser 1, ledit signal de contrôle étant une instruction de génération de l’impulsion initiale.
Le contrôleur de l’oscillateur laser (non représenté) est agencé pour générer un signal de contrôle définissant un profil de l’impulsion initiale tel que la composition additive, par le composant de regroupement 5, des impulsions secondaires décalées et modulées soit dépourvue de bruit d’interférence.
Le contrôleur de l’oscillateur laser (non représenté) est également agencé pour générer un signal de contrôle comportant une première composante continue, notamment constante, et une deuxième composante périodique et discontinue.
Les canaux de propagation 41, 42, 43, 44 et les composants de séparation 2 et de regroupement 5 sont agencés de sorte que les profils des impulsions décalées et modulées se recouvrent d’au moins 10 % de leur largeur à mi-hauteur.
L’oscillateur laser 1 est agencé de sorte que l’impulsion initiale comporte une dérive de fréquence pendant la durée de cette impulsion.
Le dispositif 6 comprend au moins un composant optique (non représenté) agencé pour modifier la dérive de fréquence d’une impulsion secondaire se propageant dans l’un des canaux de propagation 41, 42, 43, 44.
Chaque canal de transmission 41, 42, 43, 44 comporte au moins une fibre optique.
Les composants de modulation 31, 32, 33, 34 sont agencés pour ajuster la puissance d’au moins l’une des impulsions secondaires selon un gain ou une perte de puissance choisi de sorte que l’impulsion terminale présente un profil prédéterminé.
Les canaux de propagation 41, 42, 43, 44 comportent un filtre d’intensité (non représentée) de l’impulsion secondaire qui s’y propage.
Les canaux de propagation 41, 42, 43, 44 comportent un filtre spectral (non représenté) de l’impulsion secondaire qui s’y propage.
Le dispositif comporte une enceinte isolante (non représenté) apte à isoler thermiquement et/ou mécaniquement les composants de séparation 2, de modulation 31, 32, 33, 34 et de regroupement 5.
On a représenté en le graphique temporel décrivant le profil type de l’impulsion laser initiale, selon un mode de réalisation de l’invention. Le profil de l’impulsion peut notamment prendre la forme d’une distribution gaussienne, d’une sécante hyperbolique, ou plus généralement d’une distribution de Gumbel ou de Weibull.
Le profil de l’impulsion initiale possède une durée à mi-hauteur d’approximativement de 50 picosecondes et présente un front montant de pente sensiblement plus faible à celle du front descendant.
Ce profil type correspond au profil d’une impulsion laser émise par l’oscillateur laser 1 et présente une longueur d’onde sensiblement de 1030 nanomètres selon un mode de réalisation de l’invention ou de 1064 nanomètres selon un autre mode de réalisation.
On a représenté en le graphique temporel décrivant le profil type de l’impulsion laser terminale, selon un mode de réalisation de l’invention.
Le profil de l’impulsion terminale de la est obtenu après regroupement, par le composant de regroupement 5, 501, 502, des impulsions secondaires décalées et modulées par le composant de séparation 2, 201, 202 et le composant de modulation 31, 32, 33, 34, 301, 302, 303, 304. Il est notable que le profil de l’impulsion terminale de la ne comporte pas de bruit d’interférence et est de forme sensiblement similaire à une impulsion carrée de 180 picosecondes de durée, durée notamment supérieure à la durée de l’impulsion initiale représentée en .
Le profil de l’impulsion terminale de la résultant de la composition additive par le composant de regroupement 5, 501, 502 des impulsions secondaires décalées et modulées est dépourvue de bruit d’interférence du fait que, d’une part, le contrôleur de l’oscillateur laser (non représenté) est agencé à cet effet, et d’autre part l’impulsion initiale présente une dérive de fréquence qui limite la cohérence des impulsions secondaires décalées dans le temps.
On a représenté en , un dispositif lumineux émettant une impulsion laser et comportant deux étages optiques selon un mode de réalisation de l’invention.
Le composant de séparation 201, les canaux de propagation (non représentés), les composants de modulation 301, 302 et le composant de regroupement 501 forment un premier étage optique du dispositif, de sorte qu’un deuxième étage optique comporte un composant de séparation 202, des canaux de propagation (non représentés), deux composants de modulation 303, 304 et un composant de regroupement 502, le deuxième étage optique étant connecté en série avec le premier étage optique de sorte que le composant de séparation 202 du deuxième étage optique reçoive l’impulsion terminale composée par le composant de regroupement 501 du premier étage optique.
Le dispositif lumineux de la comporte également un récepteur 600 de l’impulsion terminale.
Les caractéristiques optionnelles du dispositif de la précédemment décrites sont également applicables au dispositif de la .
Le dispositif comporte une enceinte isolante (non représentée) apte à isoler thermiquement et/ou mécaniquement les composants de séparation 201, 202, de modulation 301, 302, 303, 304 et de regroupement 501, 502.
En tout état de cause, l'invention ne saurait se limiter aux modes de réalisation spécifiquement décrits dans ce document, et s'étend en particulier à tous moyens équivalents et à toute combinaison techniquement opérante de ces moyens. On pourra en particulier envisager d’autres dispositions géométriques des composants du dispositif, ainsi que d’autres sources d’émission laser et d’autres matériaux pour réaliser les canaux de propagation.

Claims (10)

  1. Dispositif lumineux (6) émettant une impulsion laser comportant :
    1. un oscillateur laser (1) émettant une impulsion laser, dite impulsion initiale ;
    2. un composant de séparation (2) de ladite impulsion initiale en deux ou plusieurs impulsions secondaires, ledit composant de séparation (2) étant agencé pour transmettre chacune desdites impulsions secondaires vers un canal de propagation (41, 42, 43, 44) dédié, chaque canal de propagation (41, 42, 43, 44) étant agencé pour décaler temporellement l’impulsion secondaire qui s’y propage d’une quantité de temps donnée, notamment distincte de celles des autres canaux de propagation (41, 42, 43, 44) ;
    3. un composant de modulation de puissance (31, 32 33, 34, 301, 302, 303, 304) agencé pour ajuster la puissance d’au moins l’une desdites impulsions secondaires selon une consigne prédéterminée ;
    4. un composant de regroupement d’impulsions (5) agencé pour composer additivement lesdites impulsions secondaires décalées et modulées en une seule et même impulsion, dite impulsion terminale ; ladite impulsion terminale étant une impulsion laser de durée supérieure à la durée de l’impulsion initiale.
  2. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’oscillateur laser (1) est agencé de sorte que l’impulsion laser présente un spectre dont la largeur à mi-hauteur est inférieure à 1 nm.
  3. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’oscillateur laser (1) est agencé de sorte que l’impulsion laser présente une longueur d’onde sensiblement de 1,5 micromètres ou de 2 micromètres ou de 1030 nanomètres ou 1064 nm.
  4. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’oscillateur laser (1) comprend une diode laser à rétroaction répartie.
  5. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque canal de propagation (41, 42, 43, 44) comporte au moins une fibre optique.
  6. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les canaux de propagation (41, 42, 43, 44) et les composants de séparation (2, 201, 202) et de regroupement (5, 501, 502), sont agencés de sorte que les profils des impulsions décalées et modulées se recouvrent d’au moins 10 % de leur largeur à mi-hauteur.
  7. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’oscillateur laser (1) est agencé de sorte que l’impulsion initiale comporte une dérive de fréquence pendant la durée de cette impulsion et en ce qu’il comprend au moins un composant optique agencé pour modifier la dérive de fréquence d’une impulsion secondaire se propageant dans l’un des canaux de propagation (41, 42, 43, 44).
  8. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que au moins l’un des canaux de propagation (41, 42, 43, 44) comporte un composant de modulation en puissance (31, 32, 33, 34, 301, 302, 303, 304) apte à ajuster la puissance de l’impulsion secondaire qui s’y propage.
  9. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le composant de séparation (2, 201, 202), les canaux de propagation (41, 42, 43, 44), le composant de modulation (31, 32, 33, 34, 301, 302, 303, 304) et le composant de regroupement (5, 501, 502) forment un premier étage optique du dispositif, en ce qu’il comprend un deuxième étage optique comportant un composant de séparation (202), des canaux de propagation (41, 42, 43, 44), un composant de modulation (303, 304) et un composant de regroupement (502), le deuxième étage optique étant connecté en série avec le premier étage optique de sorte que le composant de séparation (202) du deuxième étage optique reçoive l’impulsion terminale composée par le composant de regroupement (501) du premier étage optique.
  10. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte une enceinte isolante apte à isoler thermiquement et/ou mécaniquement les composants de séparation (2, 201, 202), de modulation (31, 32, 33, 34, 301, 302, 303, 304) et de regroupement (5, 501, 502).
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