FR2505563A1 - Dispositif laser a frequences d'emission multiples - Google Patents

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    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
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Abstract

DISPOSITIF LASER A FREQUENCES D'EMISSION MULTIPLES. LE DISPOSITIF COMPORTE UN MILIEU ACTIF DISPOSE ENTRE UN MIROIR DE SORTIE 3 ET UN RESEAU 4, ET UN DISQUE TOURNANT 9 SUR LEQUEL SONT FIXES DES PRISMES 8, 12 INTERCALES SUR LE TRAJET 7 DU RAYONNEMENT DIFFRACTE PAR LE RESEAU, ENTRE CELUI-CI ET UN MIROIR A REFLEXION TOTALE. APPLICATION A LA MESURE DE LA CONCENTRATION D'ELEMENTS POLLUANTS DANS L'ATMOSPHERE.

Description

Dispositif laser à fréquences d'émission mutiples
La présente invention concerne un dispositif laser à fréquences d'émission multiples.
On connait un dispositif de ce. type, décrit dans la demande de brevet franchais publiée sous le numéro 2 433 250. Ce dispositif comporte, disposés successivement suivant un axe, un miroir normal à l'axe, un milieu amplificateur et un réseau de diffraction incliné sur l'axe. Entre le milieu amplificateur et le réseau est disposéeune lentille fixée sur un disque tournant autour de son axe. Le disque comporte en outre une lame optique à faces parallèles, diamétralement opposée à la lentille. Le rayonnement laser renvoyé par le réseau est réfléchi sur un miroir perpendiculaire au plan du réseau vers la lame à faces parallèles. Lorsqu'on fait tourner le disque autour de son axe, on obtient ainsi à la sortie de la lame deux rayonnements de longueurs d'ondes différentes.
Le dispositif décrit ci-dessus présente des inconvénients.
En effet, l'orientation des éléments optiques fixés sur le disque, par rapport au rayonnement laser, est très critique, ce qui implique que le mouvement d'entrainement du disque doit être d'excellente qualité afin d'éviter des écarts angulaires entre les divers faisceaux laser émis par le dispositif. De tels écarts entraînent des erreurs lorsque le dispositif est appliqué à la mesure de la concentration d'éléments polluants dans l'atmosphère, par exemple.
De plus, il est difficile déréaliser un dispositif de ce type capable d'émettre un nombre important de rayonnements de longueurs d'onde différentes. En effet avec un disque comportant 2n éléments optiques, on n'obtient en général que n + I longueurs d'onde d'émission différentes.
La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients.
La présente invention a pour objet un dispositif laser à fréquences d'émission multiples, comportant - une cavité optique résonnante formée par un premier et un deuxième réflecteur, - un milieu actif disposé à l'intérieur de la cavité, - des moyens pour exciter le milieu actif de façon à créer un rayonnement laser oscillant dans la cavité, le deuxième réflecteur étant partiellement transparent pour laisser passer une partie de l'énergie dudit rayonnement, - un réseau de diffraction fonctionnant en réflexion et disposé à l'intérieur de la cavité de façon à diffracter le rayonnement - et des moyens pour intercaler séquentiellement sur le trajet dudit rayonnement des éléments optiques déflecteurs dont les angles de déflexion sont différents l'un de l'autre, caractérisé en ce que les éléments optiques déflecteurs sont disposés sur le trajet du rayonnement diffracté entre le réseau et le premier réflecteur, le milieu actif étant situé entre le réseau et le deuxième réflecteur.
Un mode particulier d'exécution de l'objet de la présente invention est décrit ci-dessous, à titre d'exemple, en référence au dessin annexé comportant une figure unique.
Sur cette figure, est représenté un milieu actif laser disposé dans un tube 1 et des moyens d'excitation 2 de ce milieu actif. Le milieu actif peut être par exemple un mélange de gaz carbonique, ,l'hélium et d'azote et les moyens d'excitation 2 peuvent comporter un générateur d'impulsions électriques dont les sorties sont reliées à des électrodes situées à l'intérieur du tube 1. Suivant l'axe du tube 1 est disposé d'un côté de ce tube un réflecteur 3 perpendiculaire à l'axe et de l'autre côté, un réseau de diffraction 4 incliné sur l'axe et fonctionnant en réflexion. Un faisceau lumineux 5 se propageant suivant l'axe du tube 1 fait avec la normale 6 au plan du réseau 4 un angle i. Le réseau -provoque une diffraction du faisceau 5, le rayonnement diffracté comportant un faisceau 7 qui fait un angle i' avec la normale 6.Sur le trajet du faisceau 7 est disposé un élément optique déflecteur tel qu'un prisme 8 et un atténuateur 15 fixés tous les deux sur un disque 9. Le disque 9 peut tourner autour de son axe grâce à un moteur 10 accouplé à l'arbre d'entraînement 11 du disque 9. Sur le disque 9 sont fixés d'autres primes tels que 12, régulièrement répartis autour de l'axe 11. Sur le disque 9 sont fixés également des atténuateurs associés respecti vement aux différents prismes, l'atténuateur 16 étant par exemple associé au prisme- 12. Le faisceau 7 traverse successivement l'atténuateur 15 et le prisme 8. Le faisceau dévié 13 sortant du prisme 8 est renvoyé sur lui même par un réflecteur fixe 14.
Le dispositif décrit ci-dessus et illustré par la figure fonctionne de la manière suivante.
On fait tourner le disque 9 autour de son axe de façon que le rayonnement laser renvoyé par le réseau 4 vers le réflecteur 14 soit intercepté séquentiellement par les différents prismes et atténuateurs fixés sur le disque. Le faisceau de rayonnement 13 situé entre un prisme quelconque tel que 8 et le réflecteur 14 est toujours normal à ce dernier. Les prismes ont des angles au sommet A différents entre eux, donc ils introduisent des déviations D différentes.
Dans le cas général où les angles A et D sont petits, D et A sont reliés par la relation suivante D < n-I) A n étant l'indice de réfraction du matériau constituant le prisme.
Lorsque le disque tourne, le faisceau de rayonnement 7 forme donc par rapport à la normale 6 des angles successifs i' différents les uns des autres. Les angles de déviation des prismes sont choisis de telle sorte que les différents faisceaux 7 correspondent aux valeurs maximales d'intensité du rayonnement diffracté renvoyé par le réseau. On a alors la relation
Sin i + Sin i' = k L
a
L étant la longueur d'onde du rayonnement a étant la distance séparant deux graduations successives du réseau, et k étant un nombre pouvant prendre successivement différentes valeurs entières.
Enfin les diverses valeurs de L sont -déterminées de façon à correspondre aux différentes raies d'émission du milieu actif contenu dans le tube 1.
Le réflecteur 3 est partiellement transparent au rayonnement laser.
Dans le cas où ce milieu actif est un mélange de gaz carbonique, d'hélium et d'azote, la rotation du disque 9 permet donc d'obtenir à la sortie du miroir 3 différents rayonnements successifs de longueurs d'onde L1, L2, L3 qui correspondent à différentes raies d'émission du laser à gaz carbonique.
Les atténuateurs associés à chaque prisme sont des atténuateurs calibrés qui introduisent dans la cavité laser 3-14 les pertes énergétiques nécessaires pour obtenir un gain d'amplification constant pour les différentes longueurs d'onde d'émission.
On obtient donc, à la sortie du réflecteur 3, des rayonnements successifs de puissance de sortie constante, ce qui est nécessaire dans la plupart des applications. Cette disposition très simple permet d'éviter un réglage sélectif de l'alimentation électrique 2 du laser pour chaque longueur d'onde d'émission.
Il est à noter qu'il n'est pas possible d'associer des atténuateurs aux éléments optiques du dispositif décrit dans la demande française nO 2.433.250, en vue d'obtenir un gain constant quelle que soit la longueur d'onde d'émission, car chaque élément optique est utilisé pour l'obtention de deux longueurs d'ondes différentes.
Dans le dispositif selon l'invention, l'orientation des prismes n'est pas critique puisque l'angle de déviation des prismes ne dépend pratiquement pas de l'angle d'incidence du rayonnement sur le prisme. L'émission laser délivrée par ce dispositif est donc indépendante de la stabilité mécanique du disque tournant. De plus, ce dispositif permet d'obtenir autant de longueurs d'ondes d'émission différentes qu'il y a de prismes sur le disque tournant.
Le dispositif selon la présente invention peut etre utilisé pour mesurer à distance la concentration d'éléments polluants dans l'atmosphère.

Claims (4)

REVENDICATIONS
1/ Dispositif laser à fréquences d'émission multiples comportant - une cavité optique résonnante formée par un premier et un deuxième réflecteur, - un milieu actif disposé à l'intérieur de la cavité, - des moyens pour exciter le milieu actif de façon à créer un rayonnement laser oscillant dans la cavité, le deuxième réflecteur étant partiellement transparent pour laisser passer une partie de l'énergie dudit rayonnement, - un réseau de diffraction fonctionnant en réflexion et disposé à l'intérieur de la cavité de façon à diffracter le rayonnement - et des moyens pour intercaler séquentiellement sur le trajet dudit rayonnement des éléments optiques déflecteurs dont les angles de déflexion sont différents l'un de l'autre, caractérisé en ce que les éléments optiques déflecteurs (8) sont disposés sur le trajet du rayonnement diffracté entre le réseau (4) et le premier réflecteur (14), le milieu actif étant situé entre le réseau (4) et le deuxième réflecteur (3).
2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens pour intercaler séquentiellement des éléments optiques déflecteurs comportent un disque (9) sur lequel sont fixés lesdits éléments optiques déflecteurs (8, 12) et des moyens (10) pour entralner le disque en rotation autour de son axe.
3/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les éléments optiques déflecteurs (8, 12) sont des prismes.
4/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des atténuateurs (15, 16) associés respectivement aux différents éléments déflecteurs (8, 12) ces atténuateurs étant calibrés pour obtenir dans le milieu actif un gain d'amplification constant pour les différentes fréquences d'émission.
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