WO2008065204A1 - Laser device with a filter-forming window, in particular a harmonic splitter - Google Patents

Laser device with a filter-forming window, in particular a harmonic splitter Download PDF

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WO2008065204A1
WO2008065204A1 PCT/EP2007/063139 EP2007063139W WO2008065204A1 WO 2008065204 A1 WO2008065204 A1 WO 2008065204A1 EP 2007063139 W EP2007063139 W EP 2007063139W WO 2008065204 A1 WO2008065204 A1 WO 2008065204A1
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window
coating
face
laser
faces
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Application number
PCT/EP2007/063139
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French (fr)
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Jean-Philippe Feve
Grégoire Souhaite
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Teem Photonics
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    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
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    • H01S3/0078—Frequency filtering

Definitions

  • the invention relates to the field of high power lasers, and in particular to the problem of filtering and separating harmonic wavelengths at the output of a laser. This problem arises especially for high power lasers operating in the field of ultraviolet.
  • Frequency conversion techniques, and harmonic generation in particular make it possible to generate laser beams at desired wavelengths. For certain applications, however, it is necessary to separate the harmonics generated from the fundamental wavelengths or other wavelengths. For example, when using the third harmonic of an Nd: YAG laser, in order to carry out fluorescence excitation in the ultraviolet range, it is necessary to perform a filtering of the second harmonic and the fundamental wavelength. which would otherwise interfere with the fluorescence signal.
  • the residual power of the second harmonic and the fundamental wavelength can cause thermal effects affecting the quality of the treated parts.
  • the most common approach to achieving harmonic separation is to use dispersive elements such as prisms, or to use dichroic mirrors with dielectric coatings.
  • high-power lasers require harmonic separators that meet certain constraints; dielectric coatings have limited resistance to high powers (whether peak power or average power).
  • Another limitation is the formation, on the optical surfaces, assisted by the laser beam itself, particles or pollutants that increase losses (by diffusion and / or absorption) and can lead to damage to these optical surfaces in a serious way, the makes thermal effects.
  • This is particularly problematic for ultraviolet lasers: the short wavelengths are indeed capable of photodissociating residual contaminants, for example organic molecules, located in the laser head. These contaminants will then be deposited on all optical surfaces in the path of the beam, downstream of the head, and this using the electric field of ultraviolet radiation itself.
  • US 6,798,813 discloses means by a closed loop purge system to remove any contaminant from the laser head.
  • this approach is complex, increases the size of the device, as well as the power consumption and operating cost of the laser system.
  • US 6,782,033 discloses a laser head with an output window rotatably mounted: a new optical surface can thus be selected after another surface has been damaged by the UV beam, which makes it possible to recover the initial performances. of this bundle.
  • all the optical elements, arranged inside the laser head, in particular those used for the separation of harmonics, are still degraded during use.
  • US 5,850,407 discloses an optical device in which the harmonic separation is performed by the output surface of a nonlinear crystal itself, which is cut at the Brewster angle. Due to the small angular separation between the different wavelengths at the crystal output, complete beam separation requires a long optical path, which increases the size and cost of the laser head. There is therefore the problem of producing an optical component enabling to separate harmonic beams with reduced exposure surfaces.
  • such a component is compatible with hermetic sealing of a laser head to ensure a better quality of operation.
  • the invention first relates to a spectral filtering device of an incident beam comprising a window each face of which comprises a zone without a coating and an area provided with a coating making it possible to reflect, in the window, a radiation at a length of wave, or at a wavelength range, predetermined predetermined (A 1 ), and at least partially transparent to at least one other wavelength, or wavelength range, unwanted and predetermined ( A 2 , ⁇ 3), the coating of one of the faces being located partially opposite the coating of the other face.
  • An incoming beam undergoes at least two reflections in the window, on the treated or coated areas, before forming an outgoing beam. The beam enters and exits the window through regions or untreated areas.
  • Reflections taking place inside the window the interaction of the beam with any contaminant that would be deposited on the faces or the treated areas of the window, in contact with the environment outside the window, is reduced.
  • no additional element or additional component is required between the output of the harmonic generation means and the output of the laser beam after passing through the window.
  • the reflection characteristics of the two areas with coatings may be the same or different from each other.
  • the window may be mounted in means for hermetically sealing the window in the path of a laser beam.
  • the window is held in the holding means by at least one O-ring, or glue, or solder on glass, or a metal weld.
  • the angle of incidence of the beam with the window is equal to the Brewster angle for the desired wavelength.
  • the untreated portion of at least one of the input and output faces defines a non-zero angle (6O) pan with the treated portion of this same face.
  • the window may be mounted in means making it possible to vary the recovery of the treated regions relative to the path of the incident beam.
  • these means may be means for mounting the window in rotation or in translation with respect to an optical axis.
  • the areas on which the coatings are made may have rectilinear or non-rectilinear boundaries.
  • the untreated portion of at least one of the input and output faces defining a pan may form a non-zero angle ( ⁇ o) with the treated portion of that same face.
  • the invention also relates to a laser device, comprising a laser active medium that can generate a laser beam, and filtering means as above.
  • the invention relates in particular to a laser device, comprising means for generating an ultraviolet laser beam, and filtering means as described above, mounted so as to form a sealed exit window of a laser beam.
  • the invention also relates to a microlaser device, or a device for generating a laser beam comprising a microlaser, with which filtering means according to the invention are associated.
  • a device according to the invention may further comprise means for generating harmonics of the beam.
  • This is for example a nonlinear crystal for the generation of harmonics.
  • the invention also relates to a method for separating harmonics from an incident beam at using a device according to the invention, in which process this incident beam enters the window by the uncoated zone of the entrance face of the window, undergoes at least two reflections on the areas provided with a coating , and out of the window by the uncoated area of the exit face.
  • FIGS. 1A, 1B and 1C show, in front view, side and rear, an embodiment of a laser window for harmonic separation, according to the invention.
  • FIG. 2 represents beam paths in a laser window according to the invention.
  • FIG. 3 represents the mounting of a harmonic separation window according to the invention, in a laser head.
  • FIG. 4 represents a window for harmonic separation, according to the invention, with angles of incidence and controlled reflection.
  • FIG. 5 represents the path of a laser beam in a laser window, according to the invention, with multiple reflection.
  • FIGS. 6 and 7 respectively represent a laser device and a microlaser device implementing filtering means according to the invention.
  • the separation of a harmonic beam, at the wavelength ⁇ lr from other undesired beams in the output beam, at wavelengths ⁇ 2l ⁇ 3 , ..., is obtained at 1 using an exit window of the laser head, designated by the reference 2.
  • the wavelengths A 2 , ⁇ 3 , ... are for example the fundamental wavelength, from which the harmonics are obtained, as well as the wavelengths of one or more other harmonics generated from the fundamental wavelength.
  • dielectric coatings 4, 8 which overlap partially between the input and output faces.
  • the other areas 14, 18 of the input and output faces are not treated with such coatings.
  • the treated areas are shown in these figures with a truncated circular shape, with a straight line 5, 7 between treated and untreated areas.
  • FIGS. 1A and 1B there can be seen a coating 4 which partially covers the entrance face 6 of the window 2.
  • a coating 8 partially covers the exit face 10 of the window 2.
  • these coatings may consist of dielectric multilayers (based on SiO 2 and / or TiO 2 and / or HfO 2 and / or Ta 2 O 5 and / or ZrO 2 for example) or monolayer of controlled thickness (MgF 2 for example) or any other usual treatment.
  • coatings 4 and 8 cover a common area 11 of window 2 (hatched area in this figure).
  • the degree of overlap (measured by the height h of the overlap zone in FIG. 1B) of the two coated parts depends on the desired reflections, as explained below.
  • the thickness e (see FIG. 1B) of the window is, for example, between 1 mm and 10 mm, while its diameter or its widest dimension (the window is not necessarily circular in shape) is, for example, between 5 mm and 50 mm.
  • the beam 20 of the laser comprising all the wavelengths generated by the active laser medium, and possibly by the various harmonic generation means used, meets the window 2 in an untreated portion 14 of the input face 6 from the window.
  • the beam 20 undergoes a path defined by the laws of refraction, and therefore a function of the index of the material of the window 2, this path being represented in FIG. 2 by the references 20 ', 20' ', 20 '' '.
  • the reference 22 designates the output beam that emerges from the exit face 10 of the window 2. This beam is parallel to the input beam 20.
  • these coatings are at least partially transparent for the wavelengths X 2 , X 3 ... (in fact: for all the wavelengths which one wishes to eliminate), and strongly reflecting for the wavelength ⁇ lr which is the length of wavelengths. desired wave of the output beam 22.
  • R 2 a reflection occurs again towards the exit point S of the beam 22.
  • the wavelengths A 2 , / 13 are, at least partially, transmitted to the outside of the window, by transmission through the output faces, at the point Ri, and input, at the point R 2 .
  • an angle of incidence ⁇ e (see FIG. 2) is used equal to the Brewster angle for the wavelength ⁇ 1 in order to minimize reflection losses, whether at the entrance or exit area.
  • This embodiment can be particularly advantageous in the case where the beams at different wavelengths X 1 , X 2 , / ⁇ 3, .... are associated with different polarizations.
  • the coefficient of reflection of the coatings depending on both the wavelength and the angle of incidence, the control of the angle ⁇ R through the choice of ⁇ 0 offers an additional degree of freedom in the coating design 4.8.
  • this output beam 22 is parallel to the input beam 20.
  • the number of reflections inside the window 2 can be greater than 2. This number can be controlled by adjusting the surfaces of the treated and untreated areas of the window faces, as well as the ratio or the overlap ratio of the treated sections on both sides (height h of FIG. 1B). The number of rounds of the beam in the window is chosen so as to achieve a desired level of elimination of certain harmonics, which also depends on the reflection characteristics of the coatings 4, 8 and the spectrum of the incident beam.
  • R2 still occurs reflection towards the exit face, where the beam 20 '''is reflected at the point R3.
  • Another path in the window leads to the point R 4 where the beam 20 (4) is reflected.
  • a last path leads the reflected beam 20 (5) to the exit point S of the beam 22.
  • the wavelengths X 2 , X 3 are, at least partially, transmitted to the outside of the window, by transmission through the exit faces, at the points Ri, R 3 , and input , at the points R 2 , R 4 .
  • the characteristics of the coatings 4, 8 are chosen so as to minimize the desired number of reflections inside the window 2, in order to limit the possible losses due to the propagation in the window, in particular in the case of ultraviolet radiation for which absorption by the material of the window can be important.
  • Other embodiments make it possible to control the number of reflections in the window, such as, for example, the existence of the non-parallel faces on which the treatments are made (as in FIG. 4).
  • the treated areas 4, 8 of a face, or on which the coatings 4, 8 are made may have, relative to the zones 14, 18 untreated (and not constituting the outer periphery of the window), limits 5, 7 ( Figure IA, IC) no rectilinear.
  • the window can be fixed.
  • a rotational or translational mounting of the window with respect to the optical axis of the laser head may be provided.
  • Means for such an arrangement are for example indicated in US 6,782,033.
  • the treated areas 4, 8 of the input and output faces may have the same characteristics in terms of reflection and transmission. But, alternatively, the coatings 4, 8 deposited on both sides of the window may have different reflection and transmission coefficients from one another.
  • the shape of the window is not limited to a circular shape, as in FIGS. 1A-1C, but can also be an elliptical or rectangular shape ....
  • the treated zone can also be surrounded by an untreated edge allowing the manipulation and fixing of the window, for example during the formation of the coatings 4, 8 on the faces of inputs and outputs.
  • FIG. 3 represents an example of mounting of a harmonic separation window, according to any of the embodiments described above, in a laser head: the window 2 is fixed between two holding pieces 30, 32 , assembled with two screws 34.
  • the window is held in a compartment 36 with O-rings 38, 40.
  • O-rings 38, 40 Such an assembly makes it possible to hermetically seal the laser head, in order to eliminate any contamination.
  • the two parts 30, 32 of the support are such that the beams transmitted at the wavelengths A 2 , ⁇ 3 , ... that would pass through the treated surfaces of the window 2 are absorbed or scattered and do not leave the head laser. Only the beam at the wavelength X 1 can leave this head, via the orifice 44. The other wavelengths are absorbed or diffused by the walls of the cavity 36.
  • Other means can be used to mount the window fixedly in its compartment: this window can be glued, for example with adhesive means such as an epoxy adhesive, or a glass solder can be used.
  • the window may have a peripheral metallization for its welding.
  • the window can also be maintained (this is the case of FIG. 3), by O-rings, the hermetic nature of the compartment being ensured by the tightening of the screws 34.
  • materials will preferably be used. with very low outgassing, so to minimize the risk of contamination of the laser head.
  • the invention offers, with respect to the devices described in the prior art, several advantages. It makes it possible in particular to achieve a hermetic seal that can ensure both reduced contamination and separation of harmonics, and therefore maximum compactness, minimum cost and a very simple assembly process; in addition, the number of surfaces to be treated that the laser beam must encounter on its path is reduced to a minimum since, in its most basic version, only two faces of a single window make it possible to filter or select desired harmonics.
  • the invention requires only reduced alignment: the output beam 22 is collinear or parallel to the incident beam 20, regardless of the angle of incidence.
  • the only effect of the latter is a slight increase in wavelength losses Ii (or, more generally, at the desired wavelength) when one deviates from the Brewster angle of incidence.
  • the device according to the invention is much more robust with respect to the misalignment, which could be induced by temperature variations and / or mechanical vibrations, and / or aging of the adhesives, than the the prior art.
  • a device according to the invention thus makes it possible to reach a minimum sensitivity to possible misalignments, which increases robustness and simplifies the assembly process.
  • a device according to the invention also makes it possible to produce a minimum number of interfaces, and thus to minimize the potentially contaminating surfaces.
  • the same device can be used for the separation of harmonics, as well as for hermetic sealing of the laser head, thus reducing the costs, the size and the number of interfaces processed.
  • the number of reflections in the window can also be easily controlled, which makes it possible to control the rejection rate of unwanted harmonics.
  • FIG. 6 represents a laser device implementing filtering means according to the invention. It comprises a laser active medium 50, for example a YAG bar, means 51 for generating harmonics, for example a frequency-doubling crystal, means 52, 54 for pumping this active medium, for example flash lamps, and input and exit mirrors 58 and 58 forming a laser cavity.
  • a window 2 according to the invention makes it possible to separate the harmonics according to the invention.
  • An output beam 22 therefore has the desired properties in terms of wavelengths and harmonics.
  • the window 2 is for example maintained by holding means of the type described above in connection with FIG. 3.
  • FIG. 7 represents a microlaser device 60 with which a crystal 62 is associated.
  • an output beam 22 has the desired properties in terms of wavelengths and harmonics and the window 2 is for example maintained by holding means of the type described above in connection with FIG.
  • the beam coming from either the laser cavity or the harmonic generation means does not encounter any optical element other than the exit window according to the invention, which also ensures the tightness in the whole device or the laser head.
  • any optical element other than the exit window according to the invention which also ensures the tightness in the whole device or the laser head.
  • there is a pressure in the laser head for example of dry air, of approximately 1.5 bar, and the window makes it possible to ensure a minimum of exchanges between the interior of the laser head and the atmosphere. outdoor.

Abstract

The invention relates to a spectral filter device for filtering an incident beam (20), the device having a window (2) each face of which has a region (4, 8) of a coating which reflects, in the window, radiation at a desired wavelength (?<SUB>1</SUB>) and is transparent to at least one other, undesired wavelength (?<SUB>2</SUB>, ?<SUB>3</SUB>), the coating on one of the faces being located partly opposite the coating on the other face.

Description

DISPOSITIF LASER AVEC FENETRE FORMANT FILTRE, ET NOTAMMENT SEPARATEUR D'HARMONIQUE LASER DEVICE WITH WINDOW FORMING FILTER, AND IN PARTICULAR SEPARATOR OF HARMONIC
DESCRIPTIONDESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEURTECHNICAL FIELD AND PRIOR ART
L' invention concerne le domaine des lasers à haute puissance, et en particulier le problème du filtrage et de la séparation de longueur d'ondes harmoniques à la sortie d'un laser. Ce problème se pose notamment pour des lasers de haute puissance fonctionnant dans le domaine de l'ultra-violet.The invention relates to the field of high power lasers, and in particular to the problem of filtering and separating harmonic wavelengths at the output of a laser. This problem arises especially for high power lasers operating in the field of ultraviolet.
Les techniques de conversion de fréquence, et de générations d'harmoniques en particulier, permettent de générer des faisceaux laser à des longueurs d'ondes souhaitées. Pour certaines applications, on a cependant besoin de séparer les harmoniques générées des longueurs d' ondes fondamentales ou d' autres longueurs d'ondes. Par exemple, lorsqu'on utilise la troisième harmonique d'un laser Nd : YAG, en vue de réaliser de l'excitation de fluorescence dans le domaine ultraviolet, on doit réaliser un filtrage de la deuxième harmonique et de la longueur d'onde fondamentale qui, sinon, interféreraient avec le signal de fluorescence.Frequency conversion techniques, and harmonic generation in particular, make it possible to generate laser beams at desired wavelengths. For certain applications, however, it is necessary to separate the harmonics generated from the fundamental wavelengths or other wavelengths. For example, when using the third harmonic of an Nd: YAG laser, in order to carry out fluorescence excitation in the ultraviolet range, it is necessary to perform a filtering of the second harmonic and the fundamental wavelength. which would otherwise interfere with the fluorescence signal.
De même, dans le domaine du traitement des matériaux, la puissance résiduelle du second harmonique et de la longueur d' onde fondamentale peut causer des effets thermiques affectant la qualité des pièces traitées . L'approche la plus usuelle, pour réaliser une séparation d'harmoniques, consiste à utiliser des éléments dispersifs tels que des prismes, ou à utiliser des miroirs dichroïques avec des revêtements diélectriques.Similarly, in the field of material processing, the residual power of the second harmonic and the fundamental wavelength can cause thermal effects affecting the quality of the treated parts. The most common approach to achieving harmonic separation is to use dispersive elements such as prisms, or to use dichroic mirrors with dielectric coatings.
Or les lasers à puissance élevée nécessitent des séparateurs d'harmoniques répondant à certaines contraintes ; les revêtements diélectriques ont des résistances limitées aux puissances élevées (qu'il s'agisse de la puissance crête ou de la puissance moyenne) . Une autre limitation est la formation, sur les surfaces optiques, assistée par le faisceau laser lui même, de particules ou de polluants qui accroissent les pertes (par diffusion et/ou absorption) et peuvent conduire à endommager ces surfaces optiques de manière grave, du fait des effets thermiques. Ceci est particulièrement problématique pour les lasers ultra-violets : les longueurs d' ondes courtes sont en effet susceptibles de photodissocier des contaminants résiduels, par exemple des molécules organiques, situés dans la tête du laser. Ces contaminants seront ensuite déposés sur toutes les surfaces optiques situées sur le trajet du faisceau, en aval de la tête, et ceci à l'aide du champ électrique du rayonnement ultra-violet lui-même.However, high-power lasers require harmonic separators that meet certain constraints; dielectric coatings have limited resistance to high powers (whether peak power or average power). Another limitation is the formation, on the optical surfaces, assisted by the laser beam itself, particles or pollutants that increase losses (by diffusion and / or absorption) and can lead to damage to these optical surfaces in a serious way, the makes thermal effects. This is particularly problematic for ultraviolet lasers: the short wavelengths are indeed capable of photodissociating residual contaminants, for example organic molecules, located in the laser head. These contaminants will then be deposited on all optical surfaces in the path of the beam, downstream of the head, and this using the electric field of ultraviolet radiation itself.
Pour résoudre ces problèmes, on connaît plusieurs techniques.To solve these problems, several techniques are known.
Selon une première technique, utilisée aujourd'hui dans l'industrie du laser, on réalise un assemblage dans un environnement propre, on n'utilise que des matériaux dont le dégazage est faible, et enfin la tête du laser est scellée de manière hermétique afin de prévenir toute contamination externe pendant sa durée de vie.According to a first technique, used today in the laser industry, an assembly is made in a clean environment, using only materials whose degassing is low, and finally the laser head is hermetically sealed to prevent external contamination during its life.
Cependant, il y a toujours une quantité résiduelle de contaminants, qui conduit à une dégradation, sur le long terme, du laser, en particulier en ce qui concerne les lasers à forte puissance .However, there is still a residual amount of contaminants which leads to long-term degradation of the laser, especially for high power lasers.
Le document US 6 798 813 décrit des moyens permettant, par un système de purge en boucle fermée, d'éliminer tout contaminant de la tête du laser. Cependant, cette approche est complexe, accroît la taille du dispositif, ainsi que la consommation de puissance et le coût de fonctionnement du système laser.US 6,798,813 discloses means by a closed loop purge system to remove any contaminant from the laser head. However, this approach is complex, increases the size of the device, as well as the power consumption and operating cost of the laser system.
Le document US 6 782 033 décrit une tête laser avec une fenêtre de sortie montée de manière rotative : on peut ainsi sélectionner une nouvelle surface optique après qu'une autre surface ait été endommagée par le faisceau UV, ce qui permet de retrouver les performances initiales de ce faisceaux. Cependant, tous les éléments optiques, disposés à l'intérieur de la tête laser, en particulier ceux utilisés pour la séparation d'harmoniques, subissent encore des dégradations en cours d'utilisation.US 6,782,033 discloses a laser head with an output window rotatably mounted: a new optical surface can thus be selected after another surface has been damaged by the UV beam, which makes it possible to recover the initial performances. of this bundle. However, all the optical elements, arranged inside the laser head, in particular those used for the separation of harmonics, are still degraded during use.
Une autre approche consiste à utiliser uniquement des surfaces sans revêtement, l'incidence sous angle de Brewster étant alors utilisée afin de limiter les pertes par réflexion. Le document US 6 980 358 met en oeuvre un prisme avec cette incidence sous angle de Brewster et réflexion interne totale afin d'effectuer une rotation à 90° d'un faisceau ultra-violet. Cependant, le dispositif décrit ne permet pas de réaliser la séparation de longueurs d'ondes harmoniques. Le document US 5 052 780 utilise un prisme de Fresnel sous incidence de Brewster : le faisceau harmonique souhaité est dévié en réflexion interne totale, ce qui n'est pas le cas des harmoniques indésirables. Cette approche présente plusieurs inconvénients : le positionnement angulaire du prisme est critique, du fait de la très faible différence d'angle de réflexion interne totale aux différentes longueurs d'ondes. Il en résulte qu'une sélection efficace en longueurs d'ondes nécessite plusieurs aller-retour dans le prisme, qui est alors encombrant. Une séparation supplémentaire en longueur d' onde peut être réalisée avec des éléments optiques supplémentaires, tels que des filtres absorbants ce qui, en fait, accroît encore le problème de 1' endommagement des surfaces optiques.Another approach is to use uncoated surfaces only, with Brewster angle incidence being used to limit reflection losses. US 6,980,358 uses a prism with this incidence under Brewster angle and internal reflection total to rotate 90 ° of an ultraviolet beam. However, the device described does not allow the separation of harmonic wavelengths. Document US Pat. No. 5,052,780 uses a Fresnel prism under Brewster incidence: the desired harmonic beam is deflected in total internal reflection, which is not the case for unwanted harmonics. This approach has several disadvantages: the angular positioning of the prism is critical, because of the very small difference in total internal reflection angle at different wavelengths. As a result, efficient selection in wavelengths requires several round trips in the prism, which is then cumbersome. Further wavelength separation can be achieved with additional optical elements, such as absorbent filters which, in fact, further increases the problem of damage to optical surfaces.
Le document US 5 850 407 décrit un dispositif optique dans lequel la séparation d'harmoniques est réalisée par la surface de sortie d'un cristal non-linéaire lui même, qui est taillé à l'angle de Brewster. Du fait de la faible séparation angulaire entre les différentes longueurs d'ondes à la sortie du cristal, une séparation complète des faisceaux nécessite un chemin optique long, ce qui accroît la taille et le coût de la tête du laser. II se pose donc le problème de la réalisation d'un composant optique permettant de séparer des faisceaux harmoniques avec des surfaces d'exposition réduite.US 5,850,407 discloses an optical device in which the harmonic separation is performed by the output surface of a nonlinear crystal itself, which is cut at the Brewster angle. Due to the small angular separation between the different wavelengths at the crystal output, complete beam separation requires a long optical path, which increases the size and cost of the laser head. There is therefore the problem of producing an optical component enabling to separate harmonic beams with reduced exposure surfaces.
De préférence, un tel composant est compatible avec un scellement hermétique d'une tête laser afin d'assurer une meilleure qualité de fonctionnement .Preferably, such a component is compatible with hermetic sealing of a laser head to ensure a better quality of operation.
EXPOSÉ DE L'INVENTIONSTATEMENT OF THE INVENTION
L'invention concerne d'abord un dispositif de filtrage spectral d'un faisceau incident comportant une fenêtre dont chaque face comporte une zone sans revêtement et une zone munie d'un revêtement permettant de réfléchir, dans la fenêtre, un rayonnement à une longueur d'onde, ou à une gamme de longueurs d'onde, souhaitée prédéterminée (A1), et au moins partiellement transparent à au moins une autre longueur d'onde, ou à une gamme de longueurs d'onde, non souhaitée et prédéterminée (A2, λ 3), le revêtement d'une des faces étant situé partiellement en regard du revêtement de l'autre face. Un faisceau entrant subit au moins deux réflexions dans la fenêtre, sur les zones traitées ou munies de revêtements, avant formation d'un faisceau sortant. Le faisceau entre et sort de la fenêtre par les régions ou les zones non traitées. Les réflexions ayant lieu à l'intérieur de la fenêtre, l'interaction du faisceau avec tout contaminant qui serait déposé sur les faces ou les zones traitées de la fenêtre, en contact avec le milieu extérieur à la fenêtre, est réduite. En outre, aucun élément supplémentaire ou composant additionnel n'est nécessaire entre la sortie des moyens de génération d'harmoniques et la sortie du faisceau laser après traversée de la fenêtre. Les caractéristiques de réflexion des deux zones munies de revêtements peuvent être identiques ou différentes l'une de l'autre.The invention first relates to a spectral filtering device of an incident beam comprising a window each face of which comprises a zone without a coating and an area provided with a coating making it possible to reflect, in the window, a radiation at a length of wave, or at a wavelength range, predetermined predetermined (A 1 ), and at least partially transparent to at least one other wavelength, or wavelength range, unwanted and predetermined ( A 2 , λ 3), the coating of one of the faces being located partially opposite the coating of the other face. An incoming beam undergoes at least two reflections in the window, on the treated or coated areas, before forming an outgoing beam. The beam enters and exits the window through regions or untreated areas. Reflections taking place inside the window, the interaction of the beam with any contaminant that would be deposited on the faces or the treated areas of the window, in contact with the environment outside the window, is reduced. In addition, no additional element or additional component is required between the output of the harmonic generation means and the output of the laser beam after passing through the window. The reflection characteristics of the two areas with coatings may be the same or different from each other.
La fenêtre peut être montée dans des moyens de maintien hermétique de la fenêtre sur le trajet d'un faisceau laser. Par exemple, la fenêtre est maintenue dans les moyens de maintien par au moins un joint torique, ou une colle, ou une soudure sur verre, ou une soudure métallique.The window may be mounted in means for hermetically sealing the window in the path of a laser beam. For example, the window is held in the holding means by at least one O-ring, or glue, or solder on glass, or a metal weld.
Selon un mode de réalisation préféré, l'angle d'incidence du faisceau avec la fenêtre est égal à l'angle de Brewster pour la longueur d'onde souhaitée .According to a preferred embodiment, the angle of incidence of the beam with the window is equal to the Brewster angle for the desired wavelength.
Selon encore un autre mode de réalisation la partie non traitée d'au moins une des faces d'entrée et de sortie définissent un pan formant un angle (6O) non nul avec la partie traitée de cette même face.According to yet another embodiment, the untreated portion of at least one of the input and output faces defines a non-zero angle (6O) pan with the treated portion of this same face.
La fenêtre peut être montée dans des moyens permettant de réaliser une variation du recouvrement des régions traitées par rapport à la trajectoire du faisceau incident. Par exemple, ces moyens peuvent être des moyens pour monter la fenêtre en rotation ou en translation par rapport à un axe optique.The window may be mounted in means making it possible to vary the recovery of the treated regions relative to the path of the incident beam. For example, these means may be means for mounting the window in rotation or in translation with respect to an optical axis.
Les zones sur lesquelles les revêtements sont réalisés peuvent avoir des limites rectilignes, ou non rectilignes. La partie non traitée d' au moins une des faces d'entrée et de sortie définissant un pan peuvent former un angle (θo) non nul avec la partie traitée de cette même face. L' invention concerne également un dispositif laser, comportant un milieu actif laser pouvant générer un faisceau laser, et des moyens de filtrage tels que ci-dessus.The areas on which the coatings are made may have rectilinear or non-rectilinear boundaries. The untreated portion of at least one of the input and output faces defining a pan may form a non-zero angle (θo) with the treated portion of that same face. The invention also relates to a laser device, comprising a laser active medium that can generate a laser beam, and filtering means as above.
L' invention concerne notamment un dispositif laser, comportant des moyens de génération d'un faisceau laser ultra-violet, et des moyens de filtrage tels que décrits ci-dessus, montés de manière à former une fenêtre étanche de sortie d'un faisceau laser . L'invention concerne également un dispositif microlaser, ou un dispositif de génération d'un faisceau laser comportant un microlaser, auquel sont associés des moyens de filtrage selon l'invention.The invention relates in particular to a laser device, comprising means for generating an ultraviolet laser beam, and filtering means as described above, mounted so as to form a sealed exit window of a laser beam. . The invention also relates to a microlaser device, or a device for generating a laser beam comprising a microlaser, with which filtering means according to the invention are associated.
Quel que soit son mode de réalisation, un dispositif selon l'invention peut comporter en outre des moyens de génération d'harmoniques du faisceau. Il s'agit par exemple d'un cristal non linéaire en vue de la génération d'harmoniques.Whatever its embodiment, a device according to the invention may further comprise means for generating harmonics of the beam. This is for example a nonlinear crystal for the generation of harmonics.
De préférence, aucun composant optique n'étant disposé sur le trajet d'un faisceau généré par la cavité laser, entre la sortie de cette cavité et la fenêtre étanche de sortie, ou entre les moyens de génération d'harmoniques et la fenêtre étanche de sortie . L'invention concerne également un procédé de séparation d'harmoniques d'un faisceau incident à l'aide d'un dispositif selon l'invention, procédé dans lequel ce faisceau incident entre dans la fenêtre par la zone sans revêtement de la face d'entrée de la fenêtre, subit au moins deux réflexions sur les zones munies d'un revêtement, et sort de la fenêtre par la zone sans revêtement de la face de sortie.Preferably, no optical component being disposed in the path of a beam generated by the laser cavity, between the output of this cavity and the sealed exit window, or between the harmonic generation means and the sealed window of exit . The invention also relates to a method for separating harmonics from an incident beam at using a device according to the invention, in which process this incident beam enters the window by the uncoated zone of the entrance face of the window, undergoes at least two reflections on the areas provided with a coating , and out of the window by the uncoated area of the exit face.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Les figures IA, IB et IC représentent, en vue de face, de côté et arrière, un mode de réalisation d'une fenêtre laser pour séparation d'harmoniques, selon l'invention.FIGS. 1A, 1B and 1C show, in front view, side and rear, an embodiment of a laser window for harmonic separation, according to the invention.
La figure 2 représente des trajets de faisceaux dans une fenêtre laser selon l'invention.FIG. 2 represents beam paths in a laser window according to the invention.
La figure 3 représente le montage d'une fenêtre de séparation d'harmoniques selon l'invention, dans une tête laser.FIG. 3 represents the mounting of a harmonic separation window according to the invention, in a laser head.
La figure 4 représente une fenêtre pour séparation d'harmoniques, selon l'invention, avec des angles d'incidences et de réflexion contrôlés. La figure 5 représente le trajet d'un faisceau laser dans une fenêtre laser, selon l'invention, à réflexion multiple.FIG. 4 represents a window for harmonic separation, according to the invention, with angles of incidence and controlled reflection. FIG. 5 represents the path of a laser beam in a laser window, according to the invention, with multiple reflection.
Les figures 6 et 7 représentent respectivement un dispositif laser et un dispositif microlaser mettant en œuvre des moyens de filtrage selon l'invention.FIGS. 6 and 7 respectively represent a laser device and a microlaser device implementing filtering means according to the invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERSDETAILED PRESENTATION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
L'invention va d'abord être expliquée en liaison avec les figures 1A-1C et 2. Sur ces figures, la séparation d'un faisceau harmonique, à la longueur d'onde λlr d'autres faisceaux non souhaités dans le faisceau de sortie, aux longueurs d'ondes λ2l ^3, ..., est obtenue à l'aide d'une fenêtre de sortie de la tête laser, désignée par la référence 2. Les longueurs d'onde A2, λ3, ... sont par exemple la longueur d'onde fondamentale, à partir de laquelle les harmoniques sont obtenues, ainsi que les longueurs d'onde d'une ou plusieurs autres harmoniques générées à partir de la longueur d'onde fondamentale.The invention will first be explained in connection with FIGS. 1A-1C and 2. In these figures, the separation of a harmonic beam, at the wavelength λ lr from other undesired beams in the output beam, at wavelengths λ 2l ^ 3 , ..., is obtained at 1 using an exit window of the laser head, designated by the reference 2. The wavelengths A 2 , λ 3 , ... are for example the fundamental wavelength, from which the harmonics are obtained, as well as the wavelengths of one or more other harmonics generated from the fundamental wavelength.
Sur une partie des surfaces d'entrée 6 et de sortie 10 de cette fenêtre sont appliqués des revêtements diélectriques 4, 8, qui se recouvrent partiellement entre les faces d'entrée et de sortie. Les autres zones 14, 18 des faces d'entrée et de sortie ne sont pas traitées avec de tels revêtements.On a portion of the input surfaces 6 and exit 10 of this window are applied dielectric coatings 4, 8, which overlap partially between the input and output faces. The other areas 14, 18 of the input and output faces are not treated with such coatings.
Les zones traitées sont représentées sur ces figures avec une forme circulaire tronquée, avec une limite rectiligne 5, 7 entre zones traitées et non traitées.The treated areas are shown in these figures with a truncated circular shape, with a straight line 5, 7 between treated and untreated areas.
Sur les figures IA et IB on peut voir un revêtement 4 qui recouvre partiellement la face d'entrée 6 de la fenêtre 2. Un revêtement 8 recouvre partiellement la face 10 de sortie de la fenêtre 2. Selon les longueurs d'onde considérées, les intensités des faisceaux et les coefficients de transmission souhaités, ces revêtements peuvent être constitués de multicouches diélectriques (à base de SiO2 et/ou TiO2 et/ou HfO2 et/ou Ta2O5 et/ou ZrO2 par exemple) ou de monocouche d'épaisseur contrôlée (MgF2 par exemple) ou de tout autre traitement usuel. Comme on le voit clairement sur la vue de côté de la figure IB, les revêtements 4 et 8 recouvrent une zone commune 11 de la fenêtre 2. (Zone hachurée sur cette figure) . Le degré de recouvrement (mesuré par la hauteur h de la zone de recouvrement, sur la figure IB) des deux parties munies d'un revêtement dépend des réflexions souhaitées, comme expliqué ci-dessous.In FIGS. 1A and 1B there can be seen a coating 4 which partially covers the entrance face 6 of the window 2. A coating 8 partially covers the exit face 10 of the window 2. According to the wavelengths considered, the beam intensities and the desired transmission coefficients, these coatings may consist of dielectric multilayers (based on SiO 2 and / or TiO 2 and / or HfO 2 and / or Ta 2 O 5 and / or ZrO 2 for example) or monolayer of controlled thickness (MgF 2 for example) or any other usual treatment. As can be seen clearly in the side view of FIG. 1B, coatings 4 and 8 cover a common area 11 of window 2 (hatched area in this figure). The degree of overlap (measured by the height h of the overlap zone in FIG. 1B) of the two coated parts depends on the desired reflections, as explained below.
L'épaisseur e (voir figure IB) de la fenêtre est par exemple comprise entre 1 mm à 10 mm, tandis que son diamètre ou sa dimension la plus large (la fenêtre n'est pas nécessairement de forme circulaire) est par exemple compris entre 5 mm et 50 mm.The thickness e (see FIG. 1B) of the window is, for example, between 1 mm and 10 mm, while its diameter or its widest dimension (the window is not necessarily circular in shape) is, for example, between 5 mm and 50 mm.
Le faisceau 20 du laser, comportant toutes les longueurs d'ondes engendrées par le milieu actif laser, et éventuellement par les divers moyens de génération d'harmoniques utilisés, rencontre la fenêtre 2 dans une portion non traitée 14 de la face d'entrée 6 de la fenêtre. Dans la fenêtre, le faisceau 20 subit un trajet défini par les lois de la réfraction, et donc fonction de l'indice du matériau de la fenêtre 2, ce trajet étant représenté sur la figure 2 par les références 20', 20'', 20'''. La référence 22 désigne le faisceau de sortie qui émerge par la face de sortie 10 de la fenêtre 2. Ce faisceau est parallèle au faisceau d'entrée 20.The beam 20 of the laser, comprising all the wavelengths generated by the active laser medium, and possibly by the various harmonic generation means used, meets the window 2 in an untreated portion 14 of the input face 6 from the window. In the window, the beam 20 undergoes a path defined by the laws of refraction, and therefore a function of the index of the material of the window 2, this path being represented in FIG. 2 by the references 20 ', 20' ', 20 '' '. The reference 22 designates the output beam that emerges from the exit face 10 of the window 2. This beam is parallel to the input beam 20.
Au cours du trajet dans la fenêtre, le faisceau va rencontrer les revêtements 4 et 8 des faces d'entrée et de sortie. Dans l'exemple indiqué en figure 2, ces revêtements sont au moins partiellement transparents pour les longueurs d'ondes X2, X3 ... (en fait : pour toutes les longueurs d'ondes que l'on souhaite éliminer) , et fortement réfléchissants pour la longueur d'onde λlr qui est la longueur d'onde souhaitée du faisceau de sortie 22.During the path in the window, the beam will meet the coatings 4 and 8 of the input and output faces. In the example shown in FIG. 2, these coatings are at least partially transparent for the wavelengths X 2 , X 3 ... (in fact: for all the wavelengths which one wishes to eliminate), and strongly reflecting for the wavelength λ lr which is the length of wavelengths. desired wave of the output beam 22.
Sur le schéma de la figure 2, le faisceau 20 d'entrée, qui arrive sous incidence θe par rapport à la normale Ne à la face d'entrée, est dévié vers la surface traitée 8 de la face de sortie. Le faisceau dévié 20' va rencontrer cette surface traitée au point Ri, d'où il est réfléchi, sous la forme d'un faisceau réfléchi 20'', vers la surface d'entrée 6, et plus spécifiquement vers sa zone traitée 4, pour y être réfléchi au point R2. En R2 se produit encore une réflexion vers le point de sortie S du faisceau 22.In the diagram of FIG. 2, the input beam 20, which arrives at incidence θ e with respect to the normal N e at the input face, is deflected towards the treated surface 8 of the output face. The deflected beam 20 'will meet this treated surface at the point Ri, from which it is reflected, in the form of a reflected beam 20'', towards the input surface 6, and more specifically towards its treated zone 4, to be reflected in point R 2 . In R 2 a reflection occurs again towards the exit point S of the beam 22.
En fait, c'est surtout la composante à la longueur d'onde Ai de ce faisceau qui va être réfléchie aux points Ri et R2. Les longueurs d'onde A2, /13 sont, au moins partiellement, transmises vers l'extérieur de la fenêtre, par transmission à travers les faces de sortie, au point Ri, et d'entrée, au point R2.In fact, it is especially the component at the wavelength Ai of this beam that will be reflected at the points Ri and R 2 . The wavelengths A 2 , / 13 are, at least partially, transmitted to the outside of the window, by transmission through the output faces, at the point Ri, and input, at the point R 2 .
Selon un mode de réalisation préféré, on met en œuvre un angle d'incidence θe (voir figure 2) égal à l'angle de Brewster pour la longueur d'onde A1 afin de minimiser les pertes par réflexion, que ce soit à la surface d'entrée ou de sortie.According to a preferred embodiment, an angle of incidence θ e (see FIG. 2) is used equal to the Brewster angle for the wavelength λ 1 in order to minimize reflection losses, whether at the entrance or exit area.
Cependant, d'autres angles peuvent être utilisés . La figure 4 représente un mode de réalisation dans lequel l'angle θo entre les surfaces traitées 4, 8 et non traitées 14, 18 d'une même face est choisi de sorte que l'angle d'incidence ΘR du faisceau aux points Ri, R2,... permette de simplifier la conception des revêtements 4, 8 (par exemple, 6) R=45°). Ce mode de réalisation peut être particulièrement avantageux dans le cas où les faisceaux aux différentes longueurs d'ondes X1, X2, /£3, ....sont associés à des polarisations différentes. En effet, le coefficient de réflexion des revêtements dépendant à la fois de la longueur d'onde et de l'angle d'incidence, le contrôle de l'angle ΘR grâce au choix de θ0 offre un degré de liberté supplémentaire dans la conception des revêtements 4,8. Là encore, ce faisceau de sortie 22 est parallèle au faisceau d'entrée 20. Comme illustré sur la figure 5, le nombre de réflexions à l'intérieur de la fenêtre 2 peut être plus grand que 2. Ce nombre peut être contrôlé en ajustant les surfaces des zones traitées et non traitées des faces de la fenêtre, ainsi que le rapport ou le taux de recouvrement des sections traitées sur les deux côtés (hauteur h de la figure IB) . Le nombre d'aller et retour du faisceau dans la fenêtre est choisi de manière à réaliser un niveau souhaité d'élimination de certaines harmoniques, ce qui dépend aussi des caractéristiques de réflexion des revêtements 4, 8 et du spectre du faisceau 20 incident.However, other angles can be used. FIG. 4 represents an embodiment in which the angle θo between the surfaces treated 4, 8 and untreated 14, 18 of the same face is chosen so that the angle of incidence Θ R of the beam at the points Ri, R2, ... allows to simplify the design of the coatings 4, 8 ( for example, 6 ) R = 45 °). This embodiment can be particularly advantageous in the case where the beams at different wavelengths X 1 , X 2 , / β 3, .... are associated with different polarizations. Indeed, the coefficient of reflection of the coatings depending on both the wavelength and the angle of incidence, the control of the angle Θ R through the choice of θ 0 offers an additional degree of freedom in the coating design 4.8. Again, this output beam 22 is parallel to the input beam 20. As shown in FIG. 5, the number of reflections inside the window 2 can be greater than 2. This number can be controlled by adjusting the surfaces of the treated and untreated areas of the window faces, as well as the ratio or the overlap ratio of the treated sections on both sides (height h of FIG. 1B). The number of rounds of the beam in the window is chosen so as to achieve a desired level of elimination of certain harmonics, which also depends on the reflection characteristics of the coatings 4, 8 and the spectrum of the incident beam.
Sur le schéma de la figure 5, le faisceau 20 d'entrée, qui arrive sous incidence θe par rapport à la normale Ne à la face d'entrée, est dévié vers la surface traitée 8 de la face de sortie. Le faisceau dévié 20' va rencontrer cette surface traitée au point Ri, d'où il est réfléchi, sous la forme d'un faisceau réfléchi 20'', vers la surface d'entrée 6, et plus spécifiquement sa zone traitée 4, pour y être réfléchi au point R2. En R2 se produit encore une réflexion vers la face de sortie, où le faisceau 20''' est réfléchi au point R3. Un autre trajet dans la fenêtre conduit au point R4 où le faisceau 20(4) est réfléchi. Un dernier trajet conduit le faisceau réfléchi 20(5) au point de sortie S du faisceau 22. En fait c'est surtout la composante à la longueur d'onde /I1 de ce faisceau qui va être réfléchie aux points Ri R2 R3 et R4. Les longueurs d'onde X2, X 3 sont, au moins partiellement, transmises vers l'extérieur de la fenêtre, par transmission à travers les faces de sortie, aux points Ri, R3, et d'entrée, aux points R2, R4.In the diagram of FIG. 5, the input beam 20, which arrives at incidence θ e with respect to the normal N e at the input face, is deflected towards the treated surface 8 of the output face. The deflected beam 20 'will meet this treated surface at the point Ri, from which it is reflected, in the form of a reflected beam 20 '', to the input surface 6, and more specifically its treated zone 4, to be reflected at the point R 2 . In R2 still occurs reflection towards the exit face, where the beam 20 '''is reflected at the point R3. Another path in the window leads to the point R 4 where the beam 20 (4) is reflected. A last path leads the reflected beam 20 (5) to the exit point S of the beam 22. In fact it is especially the component at the wavelength / I 1 of this beam which will be reflected at the points Ri R 2 R 3 and R 4. The wavelengths X 2 , X 3 are, at least partially, transmitted to the outside of the window, by transmission through the exit faces, at the points Ri, R 3 , and input , at the points R 2 , R 4 .
De préférence, les caractéristiques des revêtements 4, 8 sont choisis de manière à minimiser le nombre souhaité de réflexions à l'intérieur de la fenêtre 2, afin de limiter les pertes possibles dues à la propagation dans la fenêtre, en particulier dans le cas d'un rayonnement ultra-violet pour lequel l'absorption par le matériau de la fenêtre peut être importante . D'autres modes de réalisation permettent de contrôler le nombre de réflexions dans la fenêtre, tel que par exemple l'existence des faces non parallèles sur lesquelles les traitements sont réalisés (comme sur la figure 4) . En outre, sur une face, ou sur les deux faces, de la fenêtre, les zones traitées 4, 8 d'une face, ou sur lesquelles les revêtements 4, 8 sont réalisés, peuvent avoir, par rapport aux zones 14, 18 non traitées (et ne constituant pas le pourtour extérieur de la fenêtre) , des limites 5, 7 (figure IA, IC) non rectilignes.Preferably, the characteristics of the coatings 4, 8 are chosen so as to minimize the desired number of reflections inside the window 2, in order to limit the possible losses due to the propagation in the window, in particular in the case of ultraviolet radiation for which absorption by the material of the window can be important. Other embodiments make it possible to control the number of reflections in the window, such as, for example, the existence of the non-parallel faces on which the treatments are made (as in FIG. 4). In addition, on one side, or on both sides, of the window, the treated areas 4, 8 of a face, or on which the coatings 4, 8 are made, may have, relative to the zones 14, 18 untreated (and not constituting the outer periphery of the window), limits 5, 7 (Figure IA, IC) no rectilinear.
La fenêtre peut être fixe.The window can be fixed.
Selon encore un autre mode de réalisation, un montage en rotation ou en translation de la fenêtre par rapport à l'axe optique de la tête du laser peut être prévu. Des moyens pour un tel montage sont par exemple indiqués dans le document US 6 782 033.According to yet another embodiment, a rotational or translational mounting of the window with respect to the optical axis of the laser head may be provided. Means for such an arrangement are for example indicated in US 6,782,033.
Ces différents moyens permettent de réaliser une variation du recouvrement des régions traitées par rapport à la trajectoire du faisceau incident.These different means make it possible to vary the recovery of the treated regions with respect to the path of the incident beam.
Dans les exemples donnés ci-dessus, les zones traitées 4, 8 des faces d'entrée et de sortie peuvent avoir les mêmes caractéristiques en termes de réflexion et de transmission. Mais, en variante, les revêtements 4, 8 déposés sur les deux faces de la fenêtre peuvent avoir des coefficients de réflexion et de transmission différents l'un de l'autre.In the examples given above, the treated areas 4, 8 of the input and output faces may have the same characteristics in terms of reflection and transmission. But, alternatively, the coatings 4, 8 deposited on both sides of the window may have different reflection and transmission coefficients from one another.
La forme de la fenêtre n'est pas limitée à une forme circulaire, comme sur les figures 1A-1C, mais peut être également une forme elliptique, ou rectangulaire, .... La zone traitée peut aussi être entourée par un bord non traité permettant la manipulation et la fixation de la fenêtre, par exemple lors de la formation des revêtements 4, 8 sur les faces d'entrées et de sorties. La figure 3 représente un exemple de montage d'une fenêtre à séparation d'harmoniques, selon l'un quelconque des modes de réalisation exposés ci- dessus, dans une tête laser : la fenêtre 2 est fixée entre deux pièces de maintien 30, 32, assemblées à l'aide de deux vis 34.The shape of the window is not limited to a circular shape, as in FIGS. 1A-1C, but can also be an elliptical or rectangular shape .... The treated zone can also be surrounded by an untreated edge allowing the manipulation and fixing of the window, for example during the formation of the coatings 4, 8 on the faces of inputs and outputs. FIG. 3 represents an example of mounting of a harmonic separation window, according to any of the embodiments described above, in a laser head: the window 2 is fixed between two holding pieces 30, 32 , assembled with two screws 34.
La fenêtre est maintenue dans un compartiment 36 à l'aide de joints toriques 38, 40. Un tel montage permet d'assurer un scellement hermétique de la tête laser, afin d'éliminer toute contamination.The window is held in a compartment 36 with O-rings 38, 40. Such an assembly makes it possible to hermetically seal the laser head, in order to eliminate any contamination.
Les deux parties 30, 32 du support sont telles que les faisceaux transmis aux longueurs d'ondes A2, λ3, ... qui passeraient à travers les surfaces traitées de la fenêtre 2 soient absorbés ou diffusés et ne sortent pas de la tête laser. Seul le faisceau à la longueur d'onde X1 peut sortir de cette tête, via l'orifice 44. Les autres longueurs d'ondes sont absorbées ou diffusées par les parois de la cavité 36. D'autres moyens peuvent être utilisés pour monter la fenêtre de manière fixe dans son compartiment : cette fenêtre peut être collée, par exemple avec des moyens adhésifs tels qu'une colle époxy, ou bien une soudure à verre peut être utilisée. Selon encore une autre variante, la fenêtre peut avoir une métallisation périphérique permettant son soudage. La fenêtre peut également être maintenue (c'est le cas de la figure 3), par des joints toriques, le caractère hermétique du compartiment étant assuré par le serrage des vis 34. Pour tous ces moyens de maintien, on utilisera de préférence des matériaux à très faible dégazage, afin de minimiser les risques de contamination de la tête laser .The two parts 30, 32 of the support are such that the beams transmitted at the wavelengths A 2 , λ 3 , ... that would pass through the treated surfaces of the window 2 are absorbed or scattered and do not leave the head laser. Only the beam at the wavelength X 1 can leave this head, via the orifice 44. The other wavelengths are absorbed or diffused by the walls of the cavity 36. Other means can be used to mount the window fixedly in its compartment: this window can be glued, for example with adhesive means such as an epoxy adhesive, or a glass solder can be used. According to yet another variant, the window may have a peripheral metallization for its welding. The window can also be maintained (this is the case of FIG. 3), by O-rings, the hermetic nature of the compartment being ensured by the tightening of the screws 34. For all these holding means, materials will preferably be used. with very low outgassing, so to minimize the risk of contamination of the laser head.
L'invention offre, en regard des dispositifs décrits dans l'art antérieur, plusieurs avantages. Elle permet notamment de réaliser un scellement hermétique pouvant assurer à la fois une contamination réduite et une séparation des harmoniques, et donc une compacité maximum, un coût minimum et un procédé d'assemblage très simple ; en outre, le nombre de surfaces à traiter que doit rencontrer le faisceau laser sur son trajet est réduit à un minimum puisque, dans sa version la plus élémentaire, seules deux faces d'une fenêtre unique permettent d'assurer le filtrage ou la sélection des harmoniques souhaitées.The invention offers, with respect to the devices described in the prior art, several advantages. It makes it possible in particular to achieve a hermetic seal that can ensure both reduced contamination and separation of harmonics, and therefore maximum compactness, minimum cost and a very simple assembly process; in addition, the number of surfaces to be treated that the laser beam must encounter on its path is reduced to a minimum since, in its most basic version, only two faces of a single window make it possible to filter or select desired harmonics.
L'invention ne nécessite qu'un alignement réduit : le faisceau 22 de sortie est colinéaire ou parallèle au faisceau 20 incident, quel que soit l'angle d'incidence. Le seul effet de ce dernier est une légère augmentation des pertes à la longueur d'onde Ii (ou, plus généralement à la longueur d'onde souhaitée) lorsque l'on s'écarte de l'angle d'incidence de Brewster. Il en résulte que le dispositif selon l'invention est bien plus robuste par rapport au défaut d'alignement, qui pourrait être induit par des variations de température et/ou des vibrations mécaniques, et/ou un vieillissement des adhésifs, que les dispositifs de l'art antérieur. Un dispositif selon l'invention permet donc d'atteindre une sensibilité minimale à d'éventuels défauts d'alignement, ce qui accroît la robustesse et simplifie le procédé d' assemblage .The invention requires only reduced alignment: the output beam 22 is collinear or parallel to the incident beam 20, regardless of the angle of incidence. The only effect of the latter is a slight increase in wavelength losses Ii (or, more generally, at the desired wavelength) when one deviates from the Brewster angle of incidence. As a result, the device according to the invention is much more robust with respect to the misalignment, which could be induced by temperature variations and / or mechanical vibrations, and / or aging of the adhesives, than the the prior art. A device according to the invention thus makes it possible to reach a minimum sensitivity to possible misalignments, which increases robustness and simplifies the assembly process.
Un dispositif selon l'invention permet également de réaliser un nombre minimum d'interfaces, et donc de minimiser les surfaces éventuellement contaminantes .A device according to the invention also makes it possible to produce a minimum number of interfaces, and thus to minimize the potentially contaminating surfaces.
Le même dispositif peut être utilisé pour la séparation d'harmoniques, ainsi que pour le scellement hermétique de la tête du laser, réduisant ainsi les coûts, la taille et le nombre d'interfaces traitées .The same device can be used for the separation of harmonics, as well as for hermetic sealing of the laser head, thus reducing the costs, the size and the number of interfaces processed.
Enfin, le nombre de réflexions dans la fenêtre peut également être facilement contrôlé, ce qui permet de contrôler le taux de réjection des harmoniques non souhaitées.Finally, the number of reflections in the window can also be easily controlled, which makes it possible to control the rejection rate of unwanted harmonics.
La figure 6 représente un dispositif laser mettant en œuvre des moyens de filtrage selon l'invention. Il comporte un milieu actif laser 50, par exemple un barreau YAG, des moyens 51 de génération d'harmoniques, par exemple un cristal doubleur de fréquence, des moyens 52, 54 de pompage de ce milieu actif, par exemple des lampes flash, et des miroirs d'entrée 56 et de sortie 58 formant une cavité laser. Une fenêtre 2 selon l'invention, permet de séparer les harmoniques, conformément à l'invention. Un faisceau de sortie 22 a donc les propriétés souhaitées en termes de longueurs d'onde et d'harmoniques. La fenêtre 2 est par exemple maintenue par des moyens de maintien du type décrit ci-dessus en liaison avec la figure 3. La figure 7 représente un dispositif microlaser 60 auquel est associé un cristal 62 non linéaire en vue de la génération d'harmoniques, et des moyens de filtrage selon l'invention, qui permet d'assurer un filtrage d'harmoniques, conformément à l'invention. Là encore, un faisceau de sortie 22 a les propriétés souhaitées en termes de longueurs d' onde et d'harmoniques et la fenêtre 2 est par exemple maintenue par des moyens de maintien du type décrit ci-dessus en liaison avec la figure 3.FIG. 6 represents a laser device implementing filtering means according to the invention. It comprises a laser active medium 50, for example a YAG bar, means 51 for generating harmonics, for example a frequency-doubling crystal, means 52, 54 for pumping this active medium, for example flash lamps, and input and exit mirrors 58 and 58 forming a laser cavity. A window 2 according to the invention makes it possible to separate the harmonics according to the invention. An output beam 22 therefore has the desired properties in terms of wavelengths and harmonics. The window 2 is for example maintained by holding means of the type described above in connection with FIG. 3. FIG. 7 represents a microlaser device 60 with which a crystal 62 is associated. linear for the generation of harmonics, and filtering means according to the invention, which ensures harmonic filtering, according to the invention. Again, an output beam 22 has the desired properties in terms of wavelengths and harmonics and the window 2 is for example maintained by holding means of the type described above in connection with FIG.
Dans un dispositif laser selon l'invention, le faisceau issu, soit de la cavité laser, soit des moyens de générations d'harmoniques, ne rencontre aucun élément optique autre que la fenêtre de sortie selon l'invention, qui assure également l'étanchéité dans l'ensemble du dispositif ou de la tête laser. Par exemple il règne dans la tête laser une pression, par exemple d'air sec, d'environ 1,5 bar, et la fenêtre permet d'assurer un minimum d'échanges entre l'intérieur de la tête laser et l'atmosphère extérieure . In a laser device according to the invention, the beam coming from either the laser cavity or the harmonic generation means does not encounter any optical element other than the exit window according to the invention, which also ensures the tightness in the whole device or the laser head. For example, there is a pressure in the laser head, for example of dry air, of approximately 1.5 bar, and the window makes it possible to ensure a minimum of exchanges between the interior of the laser head and the atmosphere. outdoor.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif laser, comportant une tête, ou des moyens, de génération d'un faisceau laser ultra- violet, cette tête, ou ces moyens, comportant elle- même, ou eux-mêmes, une cavité laser pour générer ce faisceau laser, et des moyens de filtrage spectral d'un faisceau incident (20), montés de manière à former une fenêtre étanche de sortie de ladite tête ou desdits moyens de génération, ces moyens de filtrage comportant : - une fenêtre (2) dont chaque face comporte une zone (14, 18) sans revêtement et une zone (4, 8) munie d'un revêtement permettant de réfléchir, dans la fenêtre, un rayonnement à une longueur d'onde souhaitée1. laser device, comprising a head, or means for generating an ultraviolet laser beam, this head, or these means, itself comprising, or themselves, a laser cavity for generating this laser beam, and means for spectrally filtering an incident beam (20), mounted so as to form a sealed exit window of said head or said generating means, said filtering means comprising: a window (2) each face of which comprises an uncoated zone (14, 18) and a region (4, 8) provided with a coating for reflecting into the window radiation at a desired wavelength
(/ii), et au moins partiellement transparent à au moins une autre longueur d'onde non souhaitée (A2, λ 3), le revêtement d'une des faces étant situé partiellement en regard du revêtement de l'autre face.(/ ii), and at least partially transparent to at least one other undesired wavelength (A 2 , λ 3), the coating of one of the faces being located partially opposite the coating of the other face.
2. Dispositif microlaser comportant en outre un dispositif de filtrage spectral d'un faisceau incident (20), ces moyens de filtrage comportant une fenêtre (2) dont chaque face comporte une zone (14, 18) sans revêtement et une zone (4, 8) munie d'un revêtement permettant de réfléchir, dans la fenêtre, un rayonnement à une longueur d'onde souhaitée (/ti), et au moins partiellement transparent à au moins une autre longueur d'onde non souhaitée (A2, /13), le revêtement d'une des faces étant situé partiellement en regard du revêtement de l'autre face. 2. Microlaser device further comprising a spectral filtering device of an incident beam (20), these filtering means comprising a window (2), each face of which comprises a zone (14, 18) without a coating and a zone (4, 8) provided with a coating for reflecting, in the window, radiation at a desired wavelength (/ ti), and at least partially transparent to at least one other undesired wavelength (A 2 , / 13), the coating of one of the faces being located partially opposite the coating of the other face.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, un faisceau entrant dans ladite fenêtre (2) subissant au moins deux réflexions dans cette fenêtre avant formation d'un faisceau sortant (22).3. Device according to claim 1 or 2, a beam entering said window (2) undergoing at least two reflections in this window before forming an outgoing beam (22).
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, ladite fenêtre (2) étant maintenue inclinée sur la trajet du faisceau laser à un angle proche de l'angle de Brewster pour la longueur d'onde souhaitée (/Li).4. Device according to one of claims 1 to 3, said window (2) being maintained inclined in the path of the laser beam at an angle close to the Brewster angle for the desired wavelength (/ Li).
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, les caractéristiques de réflexion des deux zones (4, 8) de ladite fenêtre (2), qui sont munies d'un revêtement, étant identiques l'une de 1' autre .5. Device according to one of claims 1 to 4, the reflection characteristics of the two zones (4, 8) of said window (2), which are provided with a coating, being identical to each other.
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, les caractéristiques de réflexion des deux zones (4, 8) de ladite fenêtre (2), qui sont munies d'un revêtement, étant différentes l'une de 1' autre .6. Device according to one of claims 1 to 4, the reflection characteristics of the two zones (4, 8) of said window (2), which are provided with a coating, being different from each other.
7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, comportant en outre des moyens7. Device according to one of claims 1 to 6, further comprising means
(30, 32) de maintien de ladite fenêtre (2) sur le trajet (20, 22) d'un faisceau laser.(30, 32) for holding said window (2) in the path (20, 22) of a laser beam.
8. Dispositif selon la revendication 7, ladite fenêtre (2) étant maintenue de manière étanche dans les moyens (30, 32) de maintien. 8. Device according to claim 7, said window (2) being held tightly in the means (30, 32) for holding.
9. Dispositif selon la revendication 8, ladite fenêtre (2) étant maintenue de manière étanche dans les moyens (30, 32) de maintien par au moins un joint torique, ou une colle, ou une soudure sur verre, ou une soudure métallique.9. Device according to claim 8, said window (2) being held tightly in the means (30, 32) for holding by at least one O-ring, or an adhesive, or a weld on glass, or a metal weld.
10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, comportant en outre des moyens permettant de réaliser une variation du recouvrement des régions de ladite fenêtre (2) qui sont traitées, par rapport à la trajectoire du faisceau incident.10. Device according to one of claims 1 to 9, further comprising means for performing a variation of the overlap of the regions of said window (2) which are processed, with respect to the path of the incident beam.
11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, les zones de ladite fenêtre (2) sur lesquelles les revêtements (4, 8) sont réalisés ayant des limites non rectilignes.11. Device according to one of claims 1 to 10, the areas of said window (2) on which the coatings (4, 8) are made having non-rectilinear boundaries.
12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, comportant en outre des moyens pour monter ladite fenêtre (2) en rotation ou en translation par rapport à un axe optique.12. Device according to one of claims 1 to 11, further comprising means for mounting said window (2) in rotation or in translation with respect to an optical axis.
13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, la partie non traitée (14, 18) d'au moins une des faces d'entrée et de sortie de ladite fenêtre (2) définissant un pan formant un angle (#[)) non nul avec la partie traitée (4, 8) de cette même face . 13. Device according to one of claims 1 to 12, the untreated portion (14, 18) of at least one of the inlet and outlet faces of said window (2) defining a pan forming an angle (# [ )) not zero with the treated part (4, 8) of this same face.
14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, les faces d'entrée et de sortie de ladite fenêtre (2) étant parallèles entre elles.14. Device according to one of claims 1 to 13, the input and output faces of said window (2) being parallel to each other.
15. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, comportant en outre des moyens (51, 62) de génération d'harmoniques du faisceau.15. Device according to one of claims 1 to 14, further comprising means (51, 62) for generating harmonics of the beam.
16. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 15, aucun composant optique n'étant disposé sur le trajet d'un faisceau généré par la cavité laser, entre la sortie de cette cavité et ladite fenêtre (2), ou entre les moyens de génération d'harmoniques et ladite fenêtre (2).16. Device according to one of claims 1 to 15, no optical component being disposed in the path of a beam generated by the laser cavity, between the outlet of this cavity and said window (2), or between the means harmonic generation and said window (2).
17. Procédé de génération d'un faisceau laser à l'aide d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 16, comportant une séparation d'harmoniques d'un faisceau incident (20) sur ladite fenêtre (2), ce faisceau incident entrant dans ladite fenêtre (2) par la zone (14) sans revêtement de la face d'entrée (6) de ladite fenêtre (2), subissant au moins deux réflexions sur les zones (4, 8) munies d'un revêtement, et sortant de ladite fenêtre (2) par la zone (18) sans revêtement de la face de sortie (8) .17. A method of generating a laser beam using a device according to one of claims 1 to 16, comprising a harmonic separation of an incident beam (20) on said window (2), this incident beam entering said window (2) by the zone (14) without coating of the entry face (6) of said window (2), undergoing at least two reflections on the zones (4, 8) provided with a coating, and out of said window (2) by the area (18) without coating of the exit face (8).
18. Procédé selon la revendication 17, l'angle d'incidence du faisceau incident (20) sur la face d'entrée étant égal à l'angle de Brewster pour la longueur d'onde souhaitée (/ti). 18. The method of claim 17, the angle of incidence of the incident beam (20) on the input face being equal to the Brewster angle for the desired wavelength (/ ti).
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