WO1998027628A1 - Microlaser a frequence d'emission modulee a l'aide d'un element piezoelectrique ou electro-optique - Google Patents

Microlaser a frequence d'emission modulee a l'aide d'un element piezoelectrique ou electro-optique Download PDF

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Abstract

L'invention a pour objet une cavité microlaser comportant: un milieu actif solide (2) ayant des propriétés piézoélectriques ou électro-optiques, un miroir d'entrée (4), un miroir de sortie (6), des moyens (8, 10) pour appliquer au milieu actif solide un champ électrique longitudinal. Selon un autre mode de réalisation, la cavité microlaser comporte un milieu actif solide ainsi qu'un élément en un matériau piézoélectrique ou électro-optique, des moyens étant prévus pour appliquer à cet élément un champ électrique longitudinal.

Description

MICROLASER A FREQUENCE D'EMISSION MODULEE A L'AIDE D'UN ELEMENT PIEZOELECTRIQUE OU ELECTRO-OPTIQUE
DESCRIPTION Domaine technique
L'invention se rapporte au domaine des microlasers solides.
Un microlaser présente une structure qui consiste en un empilement de multicouches . Le milieu actif laser est constitué par un matériau de faible épaisseur (comprise par exemple entre 150 et 1000 μm) , et de petite dimension (section de l'ordre de quelques mm2) , sur lequel des miroirs diélectriques de cavité sont directement déposés. Ce milieu actif peut être pompé par une diode laser III-V qui est soit directement hybridee sur le microlaser, soit couplée à ce dernier par fibre optique.
Les microlasers ont de nombreuses applications, dans des domaines aussi variés que l'industrie automobile, l'environnement, l'instrumentation scientifique ou la télémétrie.
Pour une longueur suffisamment courte de la cavité Fabry-Pérot du microlaser, il est possible d'obtenir une seule raie d'émission laser, alors que la structure transverse du faisceau est proche du mode théorique TEMoo (le faisceau est circulaire et gaussien) .
Les microlasers à fréquence d'émission modulée trouvent des applications dans le domaine de l'analyse chimique de constituants gazeux, de l'analyse des champs de vitesse, de la métrologie sans contact, de l'imagerie laser, ou de l'instrumentation médicale. On connaît diverses techniques pour accorder, ou moduler, la longueur d'onde d'émission laser.
Selon une première technique, décrite par exemple dans l'article J.J Zayhowski intitulé "Microchip Lasers", paru dans The Lincoln Laboratory Journal, vol. 3, n°3, page 427 et suivantes, 1990, un élément piézoélectrique permet d'appliquer une force transversale sur la structure du microlaser, ce qui engendre une modulation de la fréquence optique de quelques MHz, pour une récurrence de modulation allant du continu à 40 ns . La tension appliquée aux bornes de l'élément piézoélectrique est comprise entre -1000 V et + 1000 V, ce qui pose des problèmes de compatibilité électromagnétique. Ceci impose également de trouver une électronique sophistiquée incompatible avec la simplicité et le faible coût de production des microlasers .
Une autre technique consiste à introduire dans la cavité microlaser un élément électro-optique : une telle technique est décrite par exemple dans l'article J.J. Zayhowski et al. Intitulé : "Diode pumped composite cavity electro-optically tuned microchip Laser", paru dans IEEE Photonics Technology Letters, vol. 5, n°10, pp. 1153, Octobre 1993. La structure décrite dans ce document nécessite le collage d'un matériau électro-optique sur le milieu actif laser. Des électrodes sont disposées en vis-à-vis selon la direction de l'axe cristallographique C du milieu électro-optique. Une excursion de la fréquence optique de 30 GHz a été observée en appliquant une tension variant de -1000 V à +1000 V sur le cristal électrooptique. Ce type de dispositif présente des difficultés de mise en oeuvre. Il est difficile de faire cohabiter tous les éléments, pour des problèmes de compatibilité électromagnétique. De plus, la valeur importante de variation de tension nécessaire au fonctionnement du dispositif nécessite une électronique sophistiquée incompatible avec la simplicité et le bas coût de production du microlaser.
D'autres techniques ont été proposées pour obtenir une modulation de fréquence. Par exemple, une modulation de la fréquence optique peut être obtenue en modulant la puissance du faisceau de pompage : cette technique est décrite dans l'article de J.J. Zayhowski et al. intitulé "Frequency tuning of microchip lasers using pump-power modulation" paru dans IEEE J. Of Quantum Electronics, vol. 28, n° 4, p. 1118, Avril 1992. Le principal inconvénient de ce procédé de modulation provient du fait qu'une modulation d'amplitude accompagne la modulation de fréquence. Cette modulation d'amplitude est indésirable dans la plupart des applications. De plus, l'amplitude du balayage en fréquence est faible, car limitée par la variation de température du cristal amplificateur créée par les variations de la puissance de pompe.
Le document DE-4 125 720 décrit un microlaser qui comporte une électrode métallique de forme annulaire. Ce type d'électrode provoque un gradient de champ, ce qui nuit à l'homogénéité du champ électrique à l'intérieur de la cavité microlaser.
Exposé de 1 ' invention L'invention a pour objet une structure de microlaser comportant des moyens de modulation en fréquence, et présentant une efficacité de modulation élevée . L'invention a pour objet une cavité microlaser comportant :
- un milieu actif solide ayant des propriétés piézoélectriques ou électro-optiques, - un miroir d'entrée,
- un miroir de sortie,
- une première et une deuxième électrodes disposées à l'entrée et à la sortie de la cavité microlaser, pour appliquer au milieu actif solide un champ électrique longitudinal, ces première et deuxième électrodes comportant chacune une couche de matériau conducteur, formée sur une des faces de la cavité microlaser, cette couche ayant des propriétés optiques de transparence et de réflectivité adaptées à la face de la cavité sur laquelle elle est déposée.
Une telle structure permet d'obtenir un champ électrique longitudinal et homogène. Les première et deuxième électrodes ayant les propriétés définies ci- dessus sont, en effet, des électrodes pleines, déposées sur des faces de la cavité microlaser. Le caractère homogène du champ résulte bien de la forme des électrodes .
L'obtention d'un champ homogène conduit à une efficacité de modulation supérieure et permet d'éliminer la biréfringence dans le canal d'oscillation laser .
Dans une telle structure, qui est à la fois monolithique et de faibles dimensions, le chemin optique dans la cavité laser est modifié par application, au milieu actif solide, du champ électrique longitudinal. Ce dernier permet de modifier les propriétés piézoélectriques ou électro-optiques de ce milieu actif. On entend par champ longitudinal un champ dirigé suivant l'axe de pompage et d'émission de la cavité microlaser.
Une telle structure permet d'obtenir une efficacité de modulation plus importante que dans les dispositifs connus selon l'art antérieur. En particulier, pour les structures du type piézoélectrique, fonctionnant à la résonance, la résonance mécanique peut être obtenue avec de faibles tensions de commande (de 1 à 100 volts) . A la résonance, des déformations longitudinales de la cavité de plusieurs centaines de nanomètres sont possibles. Ceci entraîne une variation de fréquence de plusieurs dizaines de Gigahertz (typiquement de 1 à 100 GHz) . En outre, l'application d'un champ électrique longitudinal n'affecte pas la structure transverse du faisceau laser. Au contraire, la plupart des dispositifs utilisant l'effet électro-optique mettent en oeuvre l'effet électro-optique transverse ; c'est le cas, par exemple du dispositif décrit dans l'article de Zayhowski et al. intitulé "Diode pumped composite cavity electro-optically tuned microchip laser", IEEE Photonics Technology Letters, vol. 5, n° 10, p. 1153, Oct . 1993. Dans ce type de structure certains problèmes ont été observés : en particulier il existe un effet piézoélectrique résiduel, difficile à éliminer, qui altère la pureté du mode laser TEM0o- Il y a apparition de modes transverses parasites. Cet effet, qui entraîne une instabilité de puissance du laser et diminue par ailleurs la longueur de cohérence du laser, n'apparaît pas dans un dispositif selon l'invention.
Dans le microlaser selon l'invention, on peut travailler avec de faibles tensions de commande pour moduler la fréquence d'émission du laser : ce dispositif se compare donc favorablement du point de vue de la compatibilité électromagnétique, avec les dispositifs de l'art antérieur. Par exemple, dans le cas piézoélectrique, à la résonance, les tensions de commande s'échelonnent de 1 à 100 volts.
Enfin, dans un tel dispositif, il n'y a pas de changement de polarisation du faisceau laser pour un fonctionnement dynamique. Classiquement, lorsque le
—> champ est appliqué selon l'ace C du cristal, supposé uniaxe, l'onde se propage dans un milieu dont la biréfringence s'écrit, pour un cristal de symétrie
3 m :
Figure imgf000008_0001
C'est le cas du LiTa03 et du LiNb03. La modulation de la biréfringence peut induire un basculement de polarisation Si le champ E est trop important .
Dans l'invention, au contraire, ceci n'est théoriquement pas possible puisque l'application du champ E ne modifie pas l'état de biréfringence du
—> cristal, à condition de placer l'axe C du cristal
-> selon le sens de propagation de la lumière, le champ E
-> étant lui-même appliqué selon l'axe C . Le matériau constitutif des couches conductrices formant les électrodes peut être de l'ITO, ou de l'oxyde d'indium, ou de l'oxyde d'étain dopé à l'antimoine ou au fluor, ou de l'oxyde de zinc dopé à l'aluminium, au gallium ou à l'indium. Au moins une des deux couches de matériau conducteur peuvent être déposées entre un des deux miroirs d'entrée et de sortie de la cavité microlaser, et le milieu actif laser. Des contacts métalliques peuvent être formés sur chaque électrode : ceci permet de renforcer et de favoriser une répartition homogène du potentiel et permet d'obtenir une déformation symétrique de la structure . Le milieu actif laser peut être du
(Laι-xNdx) 3Ga5SiOi4 et, par exemple, du La3Ga5SiOι4, qui présentent des propriétés piézoélectriques.
Ce peut être aussi du Nd: LiTa03 : MgO, qui présente des propriétés électro-optiques.
Selon un autre mode de réalisation, une cavité microlaser selon 1 ' invention comporte :
- un milieu actif solide,
- un miroir d'entrée, - un miroir de sortie,
- un élément en un matériau piézoélectrique ou électrooptique,
- des moyens pour appliquer à l'élément piézoélectrique ou électro-optique un champ électrique longitudinal. Ce second mode de réalisation présente les mêmes avantages que le premier : par rapport aux dispositifs connus, l'efficacité de modulation est plus importante et les tensions de commande à appliquer sont plus faibles. En outre, cette structure n'affecte pas la structure transverse du microlaser et il n'y a pas de changement de polarisation du faisceau en fonctionnement dynamique. Là encore, on entend par champ longitudinal un champ dirigé suivant l'axe de pompage et /ou d'émission de la cavité microlaser.
Dans ce second mode de réalisation, les moyens pour appliquer à l'élément piézoélectrique ou électrooptique un champ électrique longitudinal peuvent comporter une première et une deuxième électrodes disposées de part et d'autre dudit élément.
Ainsi, la première électrode peut être située entre le milieu actif laser et l'élément électrooptique ou piézoélectrique, et comporte une couche de matériau conducteur transparente à la longueur d'onde du faisceau laser. Cette électrode peut être par exemple en ITO. Avantageusement, on peut disposer entre le milieu actif laser et l'élément piézoélectrique, ou électro-optique, un film de colle d'indice sensiblement égal à 2 et d'épaisseur sensiblement égale à un multiple de λ/4, où λ désigne la longueur d'onde d'émission du microlaser : ces conditions permettent d'obtenir des réflectivités parasites négligeables à l'interface entre le milieu actif solide et l'élément piézoélectrique ou électro-optique dans le cas du YAG: Nd/LiTa03. Une deuxième électrode peut être disposée sur une face extérieure de la cavité microlaser, et être munie d'un trou pour laisser passer le faisceau laser.
Brève description des figures De toute façon, les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre. Cette description porte sur les exemples de réalisation, donnés à titre explicatif et non limitatif, en se référant à des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 représente un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 représente une variante du premier mode de réalisation de l'invention,
- les figures 3A à 3D illustrent des étapes d'un procédé de réalisation d'un dispositif selon 1 ' invention, - les figures 4 et 5 représentent un autre mode de réalisation de l'invention.
Description détaillée de modes de réalisation de 1 ' invention Un premier mode de réalisation de l'invention va être décrit en liaison avec la figure 1. Sur cette figure, la référence 2 désigne un milieu actif laser qui forme, avec des miroirs d'entrée et de sortie 4, 6 une cavité microlaser. Ce milieu présente des propriétés piézoélectriques ou électro-optiques. Diverses matrices laser peuvent présenter de tels effets et sont disponibles sur le marché. Par exemple, le La Ga5SiOι4 présente un effet piézoélectrique, tandis que le Nd:MgO:LiNb03 peut être utilisé pour exploiter l'effet électro-optique. Par ailleurs, toutes les matrices piézo-électriques ou électro-optiques peuvent recevoir un ion actif laser et être utilisées comme milieu actif laser . Des électrodes 8, 10 sont disposées de part et d'autre de la cavité microlaser. Ces électrodes sont réalisées sous la forme de couches, par exemple de couches minces, sur les miroirs d'entrée et de sortie 4, 6 de la cavité microlaser. Ces électrodes permettent d'appliquer un champ électrique homogène et longitudinal E à l'intérieur de la cavité microlaser.
Un champ homogène dans le résonateur permet d'une part, d'obtenir des efficacités de modulation supérieures à celles obtenues par les dispositifs connus ; d'autre part ceci permet de ne pas faire apparaître de biréfringence dans le canal d'oscillation laser. Une telle biréfringence peut altérer l'état de polarisation du faisceau laser, et induire des instabilités de la puissance lumineuse.
Le champ électrique E est dirigé sensiblement suivant l'axe de la cavité, c'est-à-dire suivant l'axe de propagation d'un faisceau de pompage 14 du milieu actif laser et du faisceau laser 16 émis par le microlaser. Les électrodes 8, 10 sont reliées, par l'intermédiaire de contacts 18, 20 à des moyens pour fournir une tension appropriée. Ces moyens ne sont pas représentés sur les figures. L'application du champ électrique E permet d'utiliser les propriétés électrooptiques ou piézoélectriques du milieu actif laser 2.
Sur la figure 1, la référence 12 désigne une diode de pompage du milieu actif laser.
Les couches 8, 10 présentent des propriétés optiques adaptées aux faces du microlaser sur lesquelles elles sont déposées. Ainsi, si la couche 8 est déposée du côté du microlaser par lequel rentre le faisceau de pompage 14, cette couche sera transparente, c'est-à-dire présentera un certain degré de transparence au faisceau de pompage. En outre, elle peut être transparente à la longueur d'onde du laser. Pour la couche 10, déposée de l'autre côté, celle-ci est au moins transparente, c'est-à-dire présente un certain degré de transparence, à la longueur d'onde d'émission du faisceau laser 16.
Les matériaux susceptibles de remplir ces conditions sont pour la majorité des oxydes, dont les plus courants sont l'oxyde d'indium, l'oxyde d'indium dopé à l'étain (ITO), l'oxyde d'étain dopé à l'antimoine ou au fluor, l'oxyde de zinc dopé à l'aluminium, ou au gallium, ou à l'indium.
Les électrodes permettant d'appliquer le champ dans le résonateur sont déposées en forme de couche, et occupent de préférence toute la surface du substrat constitué par le matériau laser ou des miroirs diélectriques. Chaque électrode forme ainsi un ensemble géométrique simplement connexe (par exemple rectangulaire ou triangulaire ou sous forme de disque) .
Les contacts métalliques 18, 20 sont de préférence déposés sur chaque électrode 8, 10 pour favoriser une répartition homogène du potentiel dans l'électrode. Ceci permet d'obtenir une déformation symétrique de la structure
La figure 2 représente une variante de ce premier mode de réalisation : des références numériques identiques à celles de la figure 1 y désignent des éléments identiques ou correspondants. Sur la figure 2, les électrodes de commande du champ électrique à l'intérieur du milieu actif laser ou de la cavité microlaser sont déposées directement en contact avec le milieu actif laser, et les miroirs 4, 6 sont déposés sur ces couches d'électrodes 8, 10. Les propriétés de transparence et/ou de réflectivité des couches 8, 10 sont les mêmes que celles énoncées ci-dessus, suivant le côté (entrée ou sortie de la cavité microlaser) sur lesquels elles sont situées.
Le mode de réalisation expliqué ci-dessus, dans ces deux variantes, présente l'avantage d'une structure compacte par rapport au dispositif mettant en oeuvre d'une part un milieu actif laser et d'autre part un élément électro-optique ou piézoélectrique. En outre, une telle structure est compatible avec une production collective d'un microlaser, ce qui n'est pas le cas des structures piézoélectriques décrites par exemple dans l'article de J.J Zayhowski intitulé "Microchip laser" déjà cité ci-dessus. En effet, dans cette structure de l'art antérieur, l'assemblage des deux composants du microlaser entraîne un coût de fabrication élevé et, par ailleurs, la reproductibilité des performances n'est pas assurée d'un microlaser à l'autre.
Au contraire, le dispositif selon l'invention à un coût de fabrication faible et la mise en oeuvre d'un procédé de fabrication collectif assure la reproductibilité des performances.
Un procédé de réalisation d'un microlaser selon l'invention va maintenant être décrit, en liaison avec les figures 3A à 3D. Une première étape (figure 3A) consiste à choisir le matériau actif laser, à l'orienter et à le découper en lames 30, d'épaisseur comprise entre par exemple quelques centaines de micromètres et quelques millimètres. Ces lames sont ensuite rodées et polies. Si on a affaire à un matériau piézo-électrique celui-ci est de préférence orienté de telle sorte que
des ondes longitudinales parallèles à l'axe C (axe de la cavité laser, soient excitées. Si on a affaire à un matériau électro-optique (variation de l'indice de réfraction), on orientera aussi de préférence l'axe
cristallographique C selon l'axe de la cavité laser, ceci pour éviter notamment les basculements de polarisation. Mais ce n'est pas un impératif et d'autres configurations peuvent être imaginées en fonction de la nature exacte du matériau utilisé.
On dépose ensuite les couches 32, 34 de miroirs d'entrée et de sortie. Il s'agit par exemple de miroirs dichroïques, obtenus par un dépôt de multicouches diélectriques .
Ensuite (figure 3B) on dépose sur les couches
32 et 34, des couches d'un matériau conducteur. Puis, par masquage mécanique et gravure par "lift-off", on grave ces couches de façon à déterminer des zones 36,
38, 40, 42 adaptées à des microlasers individuels.
Pour la réalisation d'une structure du type de celle de la figure 2, l'ordre de dépôt des couches de miroir et des couches d'électrodes est inversé.
Dans une troisième étape (figure 3C) on réalise des prises de contact 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58 pour chaque couche conductrice 36, 38, 40, 42.
La dernière étape (figure 3D) est une étape de découpe des cavités microlasers individuelles. Chaque cavité comporte alors un milieu actif laser, ses miroirs d'entrée et de sortie, ses couches conductrices et ses plots de contact.
L'ensemble peut ensuite être couplé à une diode de pompage directement hybridee sur la cavité microlaser ou reliée à celle-ci par une fibre optique. Un autre mode de réalisation de l'invention va être décrit en liaison avec les figures 4 et 5.
Sur ces figures, la référence 62 désigne le milieu actif du microlaser. La cavité microlaser est limitée d'une part par un miroir d'entrée 64 et d'autre part par un miroir d'entrée de sortie 66. Elle comporte en outre un élément 68 présentant des propriétés piézoélectriques ou électro-optiques. Les propriétés de ce matériau sont commandées avec des électrodes 70, 72 (comportant chacune, de préférence, une couche de matériau conducteur) qui permettent d'y établir un champ électrique homogène et longitudinal, avec les mêmes avantages que ceux déjà expliqués ci-dessus en liaison avec les figures 1 et 2 : les lignes de champ longitudinal sont représentées, à l'intérieur du milieu 68, sur la figure 5. Le champ est donc orienté suivant un axe parallèle à la direction du faisceau laser 86 émis par le microlaser et/ou suivant la direction du faisceau de pompage du microlaser. Par des contacts 71, 73 les électrodes 70, 72 sont reliées à des moyens de commande de la tension. L'ensemble de la structure est pompé à l'aide d'une diode laser 80 qui émet un faisceau de pompage 82. Ce faisceau est collimaté et focalisé à l'aide de moyens 84 de collimation et de focalisation dans le milieu amplificateur 62.
Selon le mode de réalisation représenté, l'électrode 70 se situe entre le milieu actif laser 62 et le milieu 68. Elle est constituée essentiellement d'une couche de matériau conducteur qui est transparente à la longueur d'onde du faisceau laser. Elle n'est pas nécessairement transparente à la longueur d'onde de pompage du milieu actif : elle peut absorber ou réfléchir la puissance de pompage. La réflexion est toutefois favorable. Dans un mode particulier de réalisation, on peut utiliser de l'ITO. Un tel matériau présente l'avantage d'avoir une résistivité faible, de l'ordre de 2.10"3 à 5.10"3 Ωm : de plus, un autre avantage de ce matériau, au cas où le milieu actif 62 est du YAG : Nd, est d'avoir un indice de réfraction proche de celui du matériau amplificateur. En effet, typiquement, on a : - nITO=l,80, - nYAG=l,82.
Ainsi, avec de tels indices, la différence nITO-nγAGΞθ, 02 est faible, ce qui permet de réaliser une bonne adaptation d'impédance entre les deux milieux. De plus, toujours dans le cas de l'ITO, l'absorption spécifique de l'électrode 70 est faible, car la partie imaginaire K de l'indice de réfraction est de l'ordre de 10~2 à 1,064 μm, où K est tel que : n=nIT0-iκ.
Ceci permet de garder un seuil raisonnable de fonctionnement pour le microlaser. Quant à l'électrode 72, elle peut être par exemple réalisée en un matériau conducteur tel que du cuivre, et être munie d'un trou 73 en son centre, ce qui permet de laisser passer le faisceau laser 86 émis par la cavité microlaser. On peut par exemple imposer à l'électrode 70 un potentiel V(t), tandis que l'électrode 72 est maintenue à un potentiel nul.
Sur la figure 5, sont représentées, à l'intérieur du milieu 68, quelques lignes du champ longitudinal appliqué. L'association des électrodes 70,
72 forme en quelque sorte un condensateur dans lequel est logé le matériau piézoélectrique ou électro-optique 68 (par exemple en LiNb03 ou en LiTa03) .
Sur ces figures 4 et 5, le milieu actif laser 62 constitue un premier élément, le matériau électro- optique ou piézo-électrique 68 constituant un deuxième élément, distinct du premier.
Le matériau constitutif du milieu actif laser 62 peut être dopé au néodyme (Nd) pour une émission laser autour de 1,06 μm. Ce matériau peut être choisi, par exemple, parmi l'un des matériaux suivants : YAG (Y3AI5O12), LMA (LaMgAluO g) , YVO4 , YSO (Y2Si05), YLF (YLiF4) ou GdV04, etc.
Pour des émissions à d'autres longueurs d'ondes on choisira des matériaux et des dopants différents. En général, les ions actifs sont choisis parmi :
- Nd pour une émission autour de 1,06 μm,
- Er ou un codopage erbium-ytterbium Er+Yb pour une émission autour de 1,5 μm,
- Tm ou Ho ou un codopage de thulium et d'holmium pour une émission autour de 2 μm.
Par ailleurs, de l'épaisseur e du milieu actif dépendent certaines caractéristiques du microlaser :
- d'une part, l'absorption du faisceau pompe est d'autant plus forte que l'épaisseur e est grande ; en effet, si I0 est l'intensité de la pompe incidente sur la face d'entrée, et "a" le coefficient d'absorption, l'intensité absorbée sur l'épaisseur e_ sera donnée par :
I absorbée = Io(l-e~ae), - d'autre part, le nombre de modes longitudinaux d'une cavité Fabry-Pérot augmente avec l'épaisseur et, si on veut réaliser un laser monomode longitudinal, cette épaisseur doit être de préférence faible. En effet, dans une cavité Fabry-Pérot plan-plan d'épaisseur e, l'intervalle spectral libre dv entre deux modes Fabry-Pérot est donné par : dv=c/2e avec c : vitesse de la lumière.
Si dg est la largeur de la bande de gain (d'émission laser) du matériau, le nombre de modes N sera donné par : N = dg/dv
On voit que, pour un matériau donné (a et dg donnés), quand e augmente, l'absorption de la pompe augmente mais N augmente également. Pour un laser monofréquence, on choisit en général l'épaisseur minimum pour N=l. Les épaisseurs typiques pour obtenir un seul mode sont :
- YAG L = 750 μm,
- YV04 L = 500 μm,
- LMA L = 150 μm. Les miroirs d'entrée et de sortie 64, 66 de la cavité microlaser sont du type multicouche. Le miroir d'entrée 64 présente par exemple une réflectivité maximale (r>0,99) pour λ=l,064 μm dans le cas d'un milieu actif YAG: Nd. Dans le cas d'un autre milieu actif, le miroir 64 a une réflectivité r>0,99 à λL, où λL .est la transition de fluorescence du milieu actif laser, et une transmission maximale (t>0,20%) à la longueur d'onde de pompage λp. Dans le cas du YAG: Nd, on a de préférence λp___0,810 μm. Le miroir de sortie 66 présente typiquement une réflectivité r>0,99 à la longueur d'onde de pompage λp, et une transmission à peu près égale à 0,05 à λ (pour du YAG: Nd, λp≡0,810 μm et λL=l,064 μm) .
Le dispositif selon l'invention peut en outre comporter une couche 74 qui est un film de colle dont l'indice de réfraction est choisi de façon à minimiser la réflectivité de l'interface entre le milieu actif laser 62 et l'élément 68. Par exemple, dans un cristal Nd:YAG en introduisant un film de colle d'indice égal à, ou sensiblement égal à 2 et d'épaisseur égale à, ou sensiblement égale à un multiple entier de λ__/4, on obtient des réflectivités parasites rp<l,5.10~4, ce qui est négligeable. On peut aussi utiliser un film de colle ayant un indice de réfraction différent de 2 (typiquement, proche de 1,5) . Dans ce cas, il est préférable de rajouter à l'interface 62-68 une couche complémentaire réalisant l'adaptation d'impédance optique, afin de minimiser la réflectivité à cette interface .
La fréquence d'émission du microlaser dont la structure vient d'être décrite est donné par la formule :
où q est un entier, c est la vitesse de la lumière dans le vide et ni est le chemin optique équivalent dans la cavité laser.
Pour une faible variation du chemin optique équivalent dans la cavité on a :
Figure imgf000020_0001
Si par exemple, on utilise l'effet piézoélectrique longitudinal du niobate de lithium (LιNb03) , l'effet électro-optique longitudinal est négligeable par rapport à l'effet piézoélectrique lorsque la structure est excitée sur un mode proche d'un mode résonnant. On peut alors négliger, dans l'équation (2), le terme n par rapport à nΔl :
ΔvL = vLy Ai = ^ r-. A u (3)
Selon un exemple numérique, pour =10"3 m, c=3.108 m/s et λ=l,064.10"6 m (cas du YAG:Nd), on a une sensibilité δ = -~ = ^ ≈ 28,2 MHz / nm . Cet exemple explique l'intérêt d'avoir une modulation de type piézoélectrique : pour une variation de la longueur de cavité d'environ 10 nm on a une variation de fréquence d'environ 2,82 GHz.
Un procédé de réalisation d'un microlaser tel qu'illustre sur les figures 4 et 5 peut comporter les étapes suivantes :
- choix, découpe et polissage d'une lame de matériau laser,
- dépôt d'une couche de miroir d'entrée (par exemple : miroir dichroique, obtenu par dépôt de multicouches diélectriques) ,
- dépôt d'une couche de matériau pour former l'électrode intermédiaire 70,
- collage d'une plaque de matériau électro-optique pu piézoélectrique,
- dépôt d'une couche de miroir de sortie (miroir dichroique, par exemple) ,
- découpe et montage d'une électrode de sortie pour chaque microlaser individuel, - couplage avec une diode de pompage.

Claims

REVENDICATIONS
1. Cavité microlaser comportant :
- un milieu actif solide (2) ayant des propriétés piézoélectriques ou électro-optiques, - un miroir d'entrée (6),
- une première (8) et une deuxième (10) électrodes disposées à l'entrée et à la sortie de la cavité microlaser, pour appliquer au milieu actif solide un champ électrique longitudinal, ces première et deuxième électrodes comportant chacune une couche de matériau conducteur, formée sur une des faces de la cavité microlaser, cette couche ayant des propriétés optiques de transparence et de réflectivité adaptées à la face de la cavité sur laquelle elle est déposée.
2. Cavité microlaser comportant :
- un milieu actif solide (2) ayant des propriétés piézoélectriques ou électro-optiques,
- un miroir d'entrée (6),
- une première (8) et une deuxième (10) électrodes disposées à l'entrée et à la sortie de la cavité microlaser, pour appliquer au milieu actif solide un champ électrique longitudinal, ces première et deuxième électrodes comportant chacune une couche de matériau conducteur, formée sur une des faces de la cavité microlaser, cette couche ayant des propriétés optiques de transparence et de réflectivité adaptées à la face de la cavité sur laquelle elle est déposée,
- des contacts métalliques (18, 20) étant formés sur chaque électrode.
3. Cavité microlaser selon l'une des revendications 1 ou 2, le matériau conducteur étant de l'ITO ou de l'oxyde d'indium ou de l'oxyde d'étain dopé à l'antimoine ou au fluor, ou de l'oxyde de zinc dopé aluminium gallium ou indium.
4. Cavité microlaser selon l'une des revendication 1 à 3, au moins une des deux couches de matériau conducteur étant déposée entre un des deux miroirs d'entrée et de sortie de la cavité microlaser et le milieu actif laser.
5. Cavité microlaser selon l'une des revendications précédentes, le milieu actif laser étant de formule générale (Laι_xNdx) 3Ga5SiOι4, par exemple du La3Ga3SiOi4 ou du Nd: LiTa03 :MgO.
6. Cavité microlaser, comportant :
- un premier élément, constituant un milieu actif solide ( 62) , - un miroir d'entrée (64),
- un miroir de sortie (66),
- un second élément, en un matériau piézo-électrique ou électro-optique (68),
- des moyens (70, 72) pour appliquer au second élément en matériau piézo-électrique ou électro-optique un champ électrique longitudinal.
7. Cavité microlaser selon la revendication 6, les moyens pour appliquer à l'élément piézo-électrique ou électro-optique un champ électrique longitudinal comportant une première et une deuxième électrodes (70, 72) disposées de part et d'autre dudit second élément.
8. Cavité microlaser selon la revendication 7, la première électrode étant située entre le milieu actif laser (62) et l'élément en matériau électro- optique ou piézo-électrique (68), et comportant une couche de matériau conducteur transparent à une longueur d'onde du faisceau laser.
9. Cavité microlaser selon la revendication 8, l'électrode (70) située entre le milieu actif laser (62) et l'élément en matériau piézo-électrique (68) étant en ITO.
10. Cavité microlaser selon la revendication 9, le milieu actif laser (62) étant du YAG dopé avec des ions néodyme Nd3+.
11. Cavité microlaser selon l'une des revendications 8 à 10, la deuxième électrode (72) étant disposée sur une face extérieure de la cavité microlaser et étant munie d'un trou (73) pour laisser passer le faisceau laser.
12. Cavité microlaser selon l'une des revendications 6 à 11, le milieu actif solide (62) étant dopé avec des ions néodyme, ou erbium, ou avec un codopage erbium-ytterbium, ou avec des ions thulium ou holmium ou avec un codopage thulium-holmium.
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