FR2909808A1 - Laser source i.e. intracavity pumping laser source, for e.g. military application, has pumping unit provided with crystal i.e. thin plate, for pumping another crystal, which is doped with holmium, where thin plate is doped with thulium - Google Patents

Laser source i.e. intracavity pumping laser source, for e.g. military application, has pumping unit provided with crystal i.e. thin plate, for pumping another crystal, which is doped with holmium, where thin plate is doped with thulium Download PDF

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Abstract

The source has a pumping unit (2) provided with a crystal i.e. a thin plate (3), for pumping a crystal (4), which is doped with holmium. The thin plate is doped with thulium, and has main faces (10), which are covered by a material e.g. sapphire, with a reduced refractive index to obtain a guiding effect. Another pumping unit (1) pumps the former pumping unit. The thin plate and the crystal are arranged in a cavity (5). The thin plate is constituted of Yttrium aluminum garnet, gadolinium potassium tungstate, yttrium orthoaluminate and yttrium vanadate.

Description

1 L'invention concerne notamment le domaine des lasers et a plusThe invention relates in particular to the field of lasers and has more

particulièrement pour objet une source laser apte à émettre à des longueurs d'onde à sécurité oculaire et à haute énergie. Le problème de la sécurité oculaire des sources lasers apparaît de façon cruciale lorsqu'il s'agit de sources laser à haute énergie. C'est sans nul doute dans le domaine des applications industrielles et militaires, où de telles sources sont mises en oeuvre, que les risques sont les plus importants. Cependant, pour des raisons économiques et stratégiques, on privilégie toujours les sources pour lesquelles l'encombrement et le rendement sont les plus favorables plutôt que de prendre en compte le risque oculaire. Sur un site industriel où les sources sont implantées de façon fixe, on peut protéger le personnel. Il en est tout autrement pour les applications militaires. Le choix du laser à iode oxygène, émettant à 1.315 pm, comme source de haute énergie dans le domaine militaire est à la limite acceptable lorsqu'il est destiné à opérer en haute altitude de sorte que ce type de risque n'existe pas réellement. Par ailleurs, avec le développement des diodes de pompage dont le rendement devrait atteindre 70 à 80%, le laser à Nd:YAG émettant à 1.06 pm a pris une importance considérable au point que ce type de source a été retenu comme source à haute énergie pour des applications militaires. II est vrai que ce laser a bénéficié de nombreuses avancées technologiques qui ont renforcé son potentiel comme laser de haute énergie. A ce titre, on connaît notamment la demande de brevet 2003/0138021 qui décrit une source laser haute énergie laser qui utilise un matériau actif de type Nd:YAG sous forme d'une structure de faible épaisseur en forme de lame mince de façon à pouvoir évacuer plus facilement la part de l'énergie de pompage transformée en chaleur. Cette lame mince est parfois désignée par le terme Slab . Cette lame mince est de forme parallélépipédique, de longueur L de largeur 2b et d'épaisseur h. Elle comporte ainsi deux faces principales de grande section 2b.L et quatre faces secondaires de plus petite section, dont deux faces longitudinales de section L.h et deux faces transversales de section 2b.h.  particularly for object a laser source capable of emitting at ocular safety wavelengths and high energy. The problem of eye safety of laser sources is crucial when it comes to high energy laser sources. It is undoubtedly in the field of industrial and military applications, where such sources are implemented, that the risks are the most important. However, for economic and strategic reasons, we always favor sources for which congestion and yield are the most favorable, rather than taking into account ocular risk. On an industrial site where the sources are established in a fixed way, one can protect the personnel. It is quite different for military applications. The choice of the 1.315 μm oxygen iodine laser as a high energy source in the military field is at the acceptable limit when it is intended to operate at high altitude so that this type of risk does not really exist. Moreover, with the development of pump diodes whose efficiency is expected to reach 70 to 80%, the Nd: YAG laser emitting at 1.06 μm has become of considerable importance to the point that this type of source has been selected as a high-energy source. for military applications. It is true that this laser has benefited from many technological advances that have enhanced its potential as a high-energy laser. In this respect, patent application 2003/0138021, which describes a laser high energy laser source which uses an active material of Nd: YAG type in the form of a thin structure in the form of a thin blade so as to be able to to evacuate more easily the part of the pumping energy transformed into heat. This thin blade is sometimes referred to as Slab. This thin blade is of parallelepipedal shape, length L of width 2b and thickness h. It thus comprises two main faces of large section 2b.L and four secondary faces of smaller section, including two longitudinal faces of section L.h and two transverse faces of section 2b.h.

Avec cette lame mince dont l'épaisseur est faible, à savoir comprise entre 0,4 et 1 mm et préférentiellement 0,7 mm, les 3 fonctions permettant d'obtenir l'émission laser sont distribuées suivant les trois axes de l'espace : - cette lame mince est pompée par un rayonnement P généré par des barrettes de diodes laser et pénétrant à l'intérieur par une ou deux faces longitudinales de section L.h et suivant une direction x, 2909808 2 - l'émission laser a lieu selon un axe y perpendiculaire à x et située dans le plan de la lame, et à travers les surfaces transversales de section 2b.h. - la chaleur dissipée par la lame mince, due à l'absorption, par cette lame, du faisceau P de pompe, est évacuée par conduction, avec des moyens de 5 refroidissement connus, à travers les faces principales suivant un axe z perpendiculaire à x et y. Grâce à des dépôts réfléchissants ou à des lames à indice plus faible, utilisant par exemple du saphir, placées de part et d'autre sur les deux faces principales, on obtient un guidage de l'émission laser et de la lumière de pompage.  With this thin blade whose thickness is small, namely between 0.4 and 1 mm and preferably 0.7 mm, the 3 functions for obtaining the laser emission are distributed along the three axes of space: this thin blade is pumped by a radiation P generated by laser diode arrays and penetrating inside by one or two longitudinal faces of section Lh and in a direction x, 2909808 2 - the laser emission takes place along an axis y perpendicular to x and located in the plane of the blade, and through the transverse surfaces of section 2b.h. the heat dissipated by the thin plate, due to the absorption, by this blade, of the pump beam P, is removed by conduction, with known cooling means, through the main faces along an axis z perpendicular to x and y. By means of reflective deposits or blades with a lower index, for example using sapphire, placed on both sides on both sides, a laser emission and pumping light guidance is obtained.

10 La longueur de la lame mince suivant laquelle a lieu l'émission laser est le paramètre qui permet d'extrapoler vers les puissances élevées. Le problème essentiel qui demeure est lié à la géométrie particulière du faisceau laser émis, à savoir un faisceau dont la section est une fente avec des divergences très différentes suivant les deux directions et qui possède une 15 inhomogénéité du profil d'intensité due à la loi d'absorption dans le sens de la largeur de la fente. En plus de leurs inconvénients intrinsèques, ces sources à haute énergie présentent l'inconvénient de ne pas émettre à une longueur d'onde présentant une sécurité oculaire à savoir située au-dessus de 1,5 pm environ.The length of the thin section in which the laser emission takes place is the parameter which makes it possible to extrapolate towards the high powers. The essential problem that remains is related to the particular geometry of the emitted laser beam, namely a beam whose section is a slot with very different divergences in both directions and which has an inhomogeneity of the intensity profile due to the law. absorption in the direction of the width of the slot. In addition to their intrinsic drawbacks, these high energy sources have the disadvantage of not transmitting at a wavelength with an eye safety, ie located above about 1.5 μm.

20 On connaît par ailleurs les réalisations de J.l Mackenzie et Al. proposées dans l'article intitulé 15 Watt diode side pumped Tm :YAG waveguide laser at 2pm Electronics Letters, 5 juillet 2001, vol.37, n 14 concernant une source à sécurité oculaire apte à émettre à une longueur d'onde de 2,01 pm. Cependant, ces réalisations permettent d'obtenir des sources laser de faible énergie, à savoir 25 inférieure à une centaine de Watt et ne permettent nullement d'obtenir une source laser haute énergie, c'est-à-dire d'une puissance supérieure au kW. De plus, le coefficient d'absorption du rayonnement de pompage de Ho:YAG à 1.91 pm est environ 10 fois plus faible que celui de Nd:YAG, ce qui conduit à une géométrie de faisceau encore bien moins adaptée que celle de Nd:YAG dans une 30 configuration slab pour produire une puissance élevée. Les densités de puissance de pompage étant très différentes, l'architecture à deux rangées de diodes du Nd:YAG slab ne convient pas non plus pour Ho:YAG, d'autant plus que les puissances des diodes à 1.91 pm disponibles sont relativement faibles, à savoir inférieur à 20 W par unité.The embodiments of Jl Mackenzie et al. Proposed in the article entitled Watt diode side pumped Tm: YAG laser waveguide at 2pm Electronics Letters, July 5, 2001, vol.37, No. 14 concerning a source with ocular safety are also known. capable of emitting at a wavelength of 2.01 μm. However, these embodiments make it possible to obtain laser sources of low energy, namely less than a hundred Watt, and in no way make it possible to obtain a high energy laser source, that is to say a power greater than kW. In addition, the absorption coefficient of the Ho: YAG pumping radiation at 1.91 μm is about 10 times lower than that of Nd: YAG, which leads to a beam geometry that is still far less suitable than that of Nd: YAG. in a slab configuration to produce high power. Since the pumping power densities are very different, the diad architecture of the Nd: YAG slab is not suitable for Ho: YAG, especially since the power of the available 1.91 μm diodes is relatively low, namely less than 20 W per unit.

2909808 3 Le but de l'invention est de proposer une source laser à sécurité oculaire et haute énergie et permettant, en outre, l'obtention de faisceaux faiblement divergents qu'il sera donc facile de transporter à distance. La solution apportée est, selon un premier mode de réalisation, une source 5 laser dans laquelle des moyens de pompage comportant un premier cristal sont aptes à pomper un second cristal et qui est caractérisée en ce que le premier cristal est dopé avec du thulium et constitué par une lame mince. Selon une caractéristique particulière permettant l'obtention de puissances très élevées, une source laser comporte des premiers moyens de pompage aptes à 10 pomper des seconds moyens de pompage comportant ledit premier cristal dopé avec du thulium et eux-mêmes aptes à pomper un second cristal dopé avec de l'holmium, les premier et second cristaux étant disposés dans une même cavité. Selon une caractéristique particulière, la lame mince comporte une épaisseur e inférieure à 1 cm, et préférentiellement inférieure au mm et une longueur 15 et une largeur, respectivement L et 2b, supérieures à 1 cm. Selon une autre caractéristique la lame mince comporte deux faces principales et au moins trois faces secondaires, les premiers moyens de pompage étant disposés en regard d'au moins l'une des dites faces secondaires. Selon une caractéristique particulière, la lame à une forme 20 parallélépipédique. Selon une autre caractéristique le premier cristal est constitué par l'un des cristaux suivants : YAG, YALO, YVO4 ou KGW dopé au thulium. Selon une caractéristique additionnelle, le laser comporte des moyens de refroidissement des faces principales de la lame mince.The object of the invention is to provide a laser source with ocular security and high energy and also allowing the obtaining of slightly divergent beams that it will be easy to transport remotely. The solution provided is, according to a first embodiment, a laser source in which pumping means comprising a first crystal are able to pump a second crystal and which is characterized in that the first crystal is doped with thulium and constituted by a thin blade. According to a particular characteristic enabling very high powers to be obtained, a laser source comprises first pump means capable of pumping second pump means comprising said first crystal doped with thulium and themselves capable of pumping a second doped crystal. with holmium, the first and second crystals being arranged in the same cavity. According to a particular feature, the thin strip has a thickness e less than 1 cm, and preferably less than 1 mm, and a length 15 and a width, respectively L and 2 b, greater than 1 cm. According to another characteristic, the thin plate comprises two main faces and at least three secondary faces, the first pumping means being arranged facing at least one of said secondary faces. According to a particular feature, the blade has a parallelepipedal shape. According to another characteristic, the first crystal is constituted by one of the following crystals: YAG, YALO, YVO4 or KGW doped with thulium. According to an additional feature, the laser comprises means for cooling the main faces of the thin blade.

25 Selon une autre caractéristique, les premiers moyens de pompage comportent un assemblage constitué par des émetteurs laser fibrés, ces émetteurs étant préférentiellement constitués par des diodes aptes à émettre à une longueur d'onde d'environ 0,8pm. Selon une caractéristique particulière, les faces principales sont recouvertes 30 par un matériau d'indice de réfraction plus faible permettant d'obtenir un effet de guidage, par exemple du saphir. Selon une caractéristique particulière le second cristal est disposé en regard de l'une des faces latérales, préférentiellement adjacente à l'une des faces en regard avec les premiers moyens de pompage.According to another characteristic, the first pumping means comprise an assembly consisting of fiber laser emitters, these emitters preferably being constituted by diodes capable of emitting at a wavelength of approximately 0.8 μm. According to a particular characteristic, the main faces are covered by a lower refractive index material making it possible to obtain a guiding effect, for example sapphire. According to a particular characteristic, the second crystal is arranged facing one of the lateral faces, preferably adjacent to one of the faces facing the first pumping means.

2909808 4 Selon une autre caractéristique, la lame mince est apte à émettre un rayonnement laser selon une direction perpendiculaire aux rayonnements émis par les premiers moyens de pompage. Selon une autre caractéristique, la concentration en dopant à l'intérieur de la 5 lame mince et entre un premier plan formé par une face secondaire disposée en regard des premiers moyens de pompage et un second plan de la lame parallèle au premier plan et contenant le centre de la lame, varie, cette concentration étant préférablement plus faible au niveau du premier plan qu'au niveau du second plan. Selon une caractéristique particulière, la concentration N(x) en dopant varie 10 entre les premier et second plans selon la formule suivante : 6b N(x) = 1 1 x` dû T b i T étant la transmission résiduelle, et o- la section efficace d'absorption. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront 15 dans la description de différentes variantes de réalisation de l'invention, en regard des figures annexées parmi lesquelles : La figure 1 schématise les moyens généraux constitutifs d'un laser à pompage intracavité selon une variante de réalisation de l'invention. La figure 2 présente un schéma d'une lame mince utilisée dans le cadre 20 de cette variante de réalisation de l'invention. La figure 3 présente un schéma d'une coupe longitudinale de moyens de guidage de rayonnements et de refroidissement d'une lame mince. La figure 4 montre un schéma d'une coupe longitudinale de moyens de guidage de rayonnements et de refroidissement d'une lame mince selon 25 une seconde variante de réalisation. La figure 5 présente un schéma de moyens de mise en forme du rayonnement issu de premiers moyens de pompage selon une seconde variante de réalisation.According to another characteristic, the thin plate is capable of emitting laser radiation in a direction perpendicular to the radiation emitted by the first pumping means. According to another characteristic, the dopant concentration inside the thin plate and between a first plane formed by a secondary face disposed facing the first pumping means and a second plane of the blade parallel to the first plane and containing the center of the blade, varies, this concentration being preferably lower in the foreground than in the background. According to a particular characteristic, the dopant N (x) concentration varies between the first and second planes according to the following formula: 6b N (x) = 1 1 x dû T T bi T being the residual transmission, and o- the section effective absorption. Other advantages and features of the present invention will appear in the description of various alternative embodiments of the invention, with reference to the appended figures in which: FIG. 1 schematizes the general means constituting an intracavity pumping laser according to a variant embodiment of the invention. Figure 2 shows a diagram of a thin blade used in the context of this embodiment of the invention. Figure 3 shows a diagram of a longitudinal section of radiation guiding and cooling means of a thin blade. Figure 4 shows a diagram of a longitudinal section of radiation guiding and cooling means of a thin plate according to a second embodiment. FIG. 5 presents a diagram of means for shaping radiation from first pumping means according to a second variant embodiment.

2909808 5 Les figures 6a et 6b présentent la concentration en dopant à l'intérieur de la lame mince, respectivement lorsqu'elle est pompée sur une face longitudinale et sur deux faces longitudinales.FIGS. 6a and 6b show the dopant concentration inside the thin plate, respectively when it is pumped on a longitudinal face and on two longitudinal faces.

5 La figure 1 schématise les moyens généraux constitutifs d'une source laser à sécurité oculaire et à haute puissance selon une variante de réalisation de l'invention. Elle comporte des premiers moyens de pompage 1 aptes à pomper des seconds moyens de pompage 2 comportant un premier cristal dopé avec du thulium et se présentant sous la forme d'une lame mince 3, ces seconds moyens 2 étant 10 eux-mêmes aptes à pomper un second cristal 4 dopé avec de l'holmium, les premier et second cristaux étant disposés dans une même cavité 5. Le dopage en thulium est préférablement supérieur ou égal à 2% voire supérieur tandis que le second cristal est dopé à l'holmium avec un taux préférablement inférieur à 1%, par exemple 0,3%.FIG. 1 schematizes the general means constituting an eye-safe and high-power laser source according to an alternative embodiment of the invention. It comprises first pump means 1 capable of pumping second pump means 2 comprising a first crystal doped with thulium and in the form of a thin plate 3, these second means 2 being themselves capable of pumping. a second crystal 4 doped with holmium, the first and second crystals being disposed in the same cavity 5. The thulium doping is preferably greater than or equal to 2% or even higher while the second crystal is doped with the holmium with a rate preferably less than 1%, for example 0.3%.

15 Les seconds moyens de pompage consistent en une cavité laser 5, appelée première cavité dans la suite, et dans laquelle est placé le premier cristal 2 en forme de lame mince 3 et qui est délimitée par deux miroirs 6 et 7 comportant chacun, côté cavité, un revêtement respectivement 8 et 9, réfléchissant à la longueur d'onde d'émission laser de ce premier cristal, c'est-à-dire à une longueur d'onde d'environ 20 1,9 pm. Comme montré sur la figure 2, la lame mince 3 est de forme parallélépipédique, de longueur L, de largeur 2b et d'épaisseur h. Elle comporte ainsi deux faces principales 10 de section 2b.L et quatre faces secondaires de plus petite section, dont deux faces longitudinales 11 de section L.h et deux faces transversales 25 12 de section 2b.h. Cette lame mince 3 est une structure en matériau laser solide de faible épaisseur, de quelques dixièmes à 1 mm, dans laquelle les 3 fonctions permettant d'obtenir l'émission laser sont distribuées suivant les trois axes de l'espace : - cette lame mince 3 est pompée par un rayonnement P à travers une ou 30 deux faces longitudinales 11 de section L.h et suivant une direction x, - l'émission laser a lieu selon un axe y perpendiculaire à x et située dans le plan de la lame, et à travers les surfaces transversales 12 de section 2b.h. - la chaleur dissipée par la lame mince 3, due à l'absorption, par cette lame, du faisceau P de pompe, est évacuée par conduction, avec des moyens connus non 35 représentés, à travers les faces principales suivant un axe z perpendiculaire à x et y.The second pumping means consist of a laser cavity 5, called the first cavity in the following, and in which is placed the first crystal 2 in the form of a thin plate 3 and which is delimited by two mirrors 6 and 7 each having, cavity side a coating 8 and 9, respectively, reflecting the laser emission wavelength of this first crystal, i.e. at a wavelength of about 1.9 μm. As shown in Figure 2, the thin plate 3 is of parallelepiped shape, length L, width 2b and thickness h. It thus comprises two main faces 10 of section 2b.L and four secondary faces of smaller section, of which two longitudinal faces 11 of section L.h and two transverse faces 12 of section 2b.h. This thin blade 3 is a structure of thin solid laser material, a few tenths to 1 mm, in which the 3 functions for obtaining the laser emission are distributed along the three axes of space: - this thin blade 3 is pumped by a radiation P through one or two longitudinal faces 11 of section Lh and in a direction x, the laser emission takes place along an axis y perpendicular to x and located in the plane of the blade, and through transverse surfaces 12 of section 2b.h. the heat dissipated by the thin plate 3, due to the absorption, by this blade, of the pump beam P, is removed by conduction, with known means not shown, through the main faces along an axis z perpendicular to x and y.

2909808 6 La lame mince 3 doit permettre de guider l'émission laser sur toute la longueur L traversée et guider la lumière de pompage sur tout le trajet 2b. Pour cela on peut placer cette lame entre deux autres lames, 41, 42 d'indice de réfraction plus faible, par exemple en saphiir, comme montré sur la figure 3 donnant ainsi lieu à un 5 guide d'onde d'ouverture numérique 0.47, et placé des moyens de refroidissement 43 de la lame 3, en l'occurrence des plaques de cuivre 44,45 refroidies par eau, au-dessus des lames de saphir 41 et 42. Une autre possibilité, présentée sur la figure 4, consiste à revêtir la lame mince par des couches 46,47 totalement réfléchissantes pour la pompe et la lumière 'laser émise par la lame dopée au thulium et à placer des 10 moyens de refroidissement 44,45 au-dessus de chacune des dites couches réfléchissantes 46,47. Les premiers moyens de pompage sont constitués par des émetteurs laser 13, en l'occurrence des diodes, couplées à au moins l'une des faces longitudinales par des fibres optiques 14. Ces ensembles sont connus sous le nom de diodes 15 fibrées 15 et permettent l'obtention de faisceaux de pompe P avec une densité de puissance de pompe de l'ordre du kilowatt par cm2 et une puissance globale de pompe de plusieurs kW. Ces diodes émettent, dans cet exemple de réalisation, à une longueur d'onde d'environ 0,8pm. Des moyens de fixation 40 sont aptes à maintenir l'extrémité 17 des fibres en regard avec la face longitudinale 11 à laquelle 20 elles sont couplées. Eventuellement, comme montré sur la figure 5, les moyens de couplage des diodes avec la face longitudinale 11 peuvent comporter une optique 16, par exemple une optique de collimation disposée entre l'extrémité 17 des diodes fibrées et ladite face longitudinale 11 25 Le second cristal 4 est disposé dans une seconde cavité 18 délimitée d'une part par un premier miroir 19 comportant, du côté de cette cavité, un revêtement 20 réfléchissant aux longueurs d'onde d'émission du second cristal 4, en l'occurrence vers 2,1 pm et un second miroir de sortie 21 présentant une face, coté cavité 18, recouverte d'un revêtement 22 hautement réfléchissant à 2,1pm et ayant une 30 réflectivité de l'ordre de 95% à cette même longueur d'onde. Ce second cristal 4 est en forme de barreau de longueur sensiblement égale à la largeur 2b de la lame mince 3 et disposé en regard de l'une des faces transversales 12 de la lame et à l'intérieur de ladite première cavité 5 et à une distance telle de cette face transversale que l'ensemble du rayonnement 25 en 2909808 7 sortant pénètre dans le cristal 4, malgré la forte divergence bidimensionnelle de ce rayonnement. Ainsi, le barreau de I-Io:YAG est pompé en mode transverse directement par la source Tm:YAG sans que l'on ait à utiliser de système optique pour élargir le 5 faisceau de pompe ce qui simplifie sa réalisation et améliore la compacité de la source. Les premier et second cristaux utilisés sont de type YAG (grenat d'aluminium et d'yttrium). Cependant tout autre cristal ou combinaison de cristaux adéquat pourrait être utilisés tels que YSAG (grenat d'aluminium de scandium et d'yttrium), , 10 que YSGG (grenat de gallium de scandium et d'yttrium), YGG (grenat de gallium et d'yttrium), GGG (grenat de gallium et de gadolinium), GSGG (grenat de gallium de scandium et de gadolinium), GSAG (grenat d'aluminium de gallium et de gadolinium), LLGG (grenat de gallium, lutétium et lanthane), YAP (perovskite d'aluminium et d'yttrium), YLF (fluoride de lithium et d'yttrium), LuLF (fluoride de 15 lithium et de lutétium), YVO4 (vanadate d'yttrium) ... Le fonctionnement de ce dispositif laser est le suivant. Les faisceaux de pompage P émis par les diodes laser 13 sont véhiculés par les moyens de couplage, en l'occurrence les fibres 14 et pénètrent à l'intérieur de la lame mince 3, donc du premier cristal dopé Tm : YAG, par l'une et l'autre de ses 20 faces longitudinales 11. Ces faisceaux de pompe sont absorbés presque en totalité par ce premier cristal 3 qui se met alors à laser en émettant un faisceau laser 25 dont la longueur d'onde est de 2,01 pm. Ce faisceau 25 traverse ensuite le second cristal 4 dans lequel il est partiellement absorbé. La partie non absorbée est réfléchie, par le revêtement: 8 du miroir 6 délimitant d'un côté la première cavité, et 25 ce, en direction du second cristal 4 dans lequel il est à nouveau partiellement absorbé. La partie absorbée par le second cristal 4 du faisceau issu du premier cristal entraîne l'émission, par le second cristal 4, d'un faisceau 26 à une longueur d'onde d'environ 2,1 pm. En sortant du deuxième cristal, 90 à 95% de ce faisceau 26 est réfléchi par le revêtement 22 du second miroir 21 tandis que 5 à 10 % du 30 faisceau le traverse ; Cette partie du faisceau référencée 27 peut alors être utilisée, de façon connue, à l'extérieur de la cavité. D'une manière avantageuse, le dopage en thulium, à l'intérieur de la lame mince constitutive du premier cristal est distribué de façon graduelle et croissante dans le sens du faisceau de pompage sur la distance 2b dans la 2909808 8 lame si l'on pompe par une seule face, ou sur la distance b si l'on pompe par les deux faces opposées. Les figures 6a et 6b présentent, respectivement le dopage proposé en Thulium en fonction de la direction x à partir de l'une des faces longitudinales et respectivement, lorsque le pompage à lieu sur une 5 seule ou sur les deux faces longitudinales (11). Théoriquement le dopage devrait varier suivant la loi; 1 N(x) = ab 1 x" 0-T b) T étant la transmission résiduelle (par exemple 10%), et ci la section efficace d'absorption.The thin plate 3 must guide the laser emission over the entire length crossing and guide the pumping light over the entire path 2b. For this purpose, this blade can be placed between two other blades 41, 42 of lower refractive index, for example in saphiir, as shown in FIG. 3, thus giving rise to a 0.47 numerical aperture waveguide. and placed cooling means 43 of the blade 3, in this case water-cooled copper plates 44, 45, above the sapphire blades 41 and 42. Another possibility, shown in FIG. coating the thin strip with fully reflective layers 46, 47 for the pump and the laser light emitted by the thulium-doped plate and placing cooling means 44, 45 above each of said reflecting layers 46, 47 . The first pumping means are constituted by laser emitters 13, in this case diodes, coupled to at least one of the longitudinal faces by optical fibers 14. These sets are known as fiber diodes 15 and allow obtaining pump beams P with a pump power density of the order of one kilowatt per cm 2 and a total pump power of several kW. These diodes emit, in this embodiment, a wavelength of about 0.8 pm. Fixing means 40 are able to hold the end 17 of the fibers facing the longitudinal face 11 to which they are coupled. Optionally, as shown in FIG. 5, the means for coupling the diodes with the longitudinal face 11 may comprise an optic 16, for example a collimation optic disposed between the end 17 of the fiber diodes and said longitudinal face 11. The second crystal 4 is disposed in a second cavity 18 delimited on the one hand by a first mirror 19 comprising, on the side of this cavity, a coating 20 reflecting the emission wavelengths of the second crystal 4, in this case to 2, 1 pm and a second output mirror 21 having a cavity-side face 18, covered with a highly reflective coating 22 at 2.1 μm and having a reflectivity of the order of 95% at this same wavelength. This second crystal 4 is in the form of a bar of length substantially equal to the width 2b of the thin plate 3 and disposed facing one of the transverse faces 12 of the blade and inside said first cavity 5 and at a distance of such distance from this transverse face that all of the radiation 25 outgoing penetrates into the crystal 4, despite the strong two-dimensional divergence of this radiation. Thus, the I-IO: YAG bar is pumped in transverse mode directly from the source Tm: YAG without the use of an optical system to widen the pump beam which simplifies its implementation and improves the compactness of the pump. source. The first and second crystals used are YAG (garnet of aluminum and yttrium). However any other suitable crystal or crystal combination could be used such as YSAG (scandium and yttrium aluminum garnet), YSGG (gallium garnet of scandium and yttrium), YGG (gallium garnet and yttrium), GGG (gallium garnet and gadolinium garnet), GSGG (gallium garnet scandium and gadolinium), GSAG (garnet aluminum gallium and gadolinium), LLGG (gallium garnet, lutetium and lanthanum) , YAP (aluminum and yttrium perovskite), YLF (lithium and yttrium fluoride), LuLF (lithium and lutetium fluoride), YVO4 (yttrium vanadate) ... The operation of this device laser is the following. The pumping beams P emitted by the laser diodes 13 are conveyed by the coupling means, in this case the fibers 14, and penetrate inside the thin plate 3, therefore of the first doped crystal Tm: YAG, by the one and the other of its 20 longitudinal faces 11. These pump beams are absorbed almost entirely by this first crystal 3 which then starts to laser by emitting a laser beam 25 whose wavelength is 2.01 pm . This beam 25 then passes through the second crystal 4 in which it is partially absorbed. The unabsorbed portion is reflected by the coating 8 of the mirror 6 delimiting at one side the first cavity, and this in the direction of the second crystal 4 in which it is again partially absorbed. The portion absorbed by the second crystal 4 of the beam coming from the first crystal causes the second crystal 4 to emit a beam 26 at a wavelength of approximately 2.1 μm. When leaving the second crystal, 90 to 95% of this beam 26 is reflected by the coating 22 of the second mirror 21 while 5 to 10% of the beam passes through it; This part of the referenced beam 27 can then be used, in known manner, outside the cavity. Advantageously, the thulium doping inside the constituent thin section of the first crystal is distributed gradually and increasing in the direction of the pumping beam over the distance 2b in the blade 2909808. pump by a single face, or the distance b if it is pumped by the two opposite faces. FIGS. 6a and 6b show, respectively, the proposed Thulium doping as a function of the x direction from one of the longitudinal faces and respectively, when the pumping takes place on one or both longitudinal faces (11). Theoretically, doping should vary according to the law; 1 N (x) = ab 1 x "0-T b) T being the residual transmission (for example 10%), and ci the absorption cross section.

10 Avec cette loi de distribution du dopage, on dépose sensiblement la même densité de puissance de pompage dans toute la lame. Avec Tm:YAG on aurait typiquement b 30 à 40 mm et le dopage N varierait de 3 à 4% (mettre des valeurs plausibles correspondantes au Thulium).With this doping distribution law, substantially the same pumping power density is deposited throughout the blade. With Tm: YAG, it would typically be 30 to 40 mm and the N doping would vary from 3 to 4% (put plausible values corresponding to Thulium).

15 Pour obtenir une densité de puissance de pompage suffisante, des fibres optiques transportant la lumière de pompage sont réparties sur toute la longueur L d'une face ou des deux faces opposées réservées au pompage. La relation entre puissance laser P, et densité de puissance de pompage Dp s'écrit : P, = 'q 2 h.L. Dp 20 rl étant le rendement optique du laser (z 0.4 à 0.6 pour Tm:YAG). La densité de puissance calorifique à évacuer par unité de surface du slab s'écrit : dQ aDp(1- 77).h dS Iln(0.9) a = coefficient d'absorption pour 1.91 pm. Cette valeur de dO/dS est sensiblement la même que pour Nd:YAG car les produits aDp de Tm:YAG et Nd:YAG sont très voisins. 25In order to obtain a sufficient pumping power density, optical fibers carrying the pumping light are distributed over the entire length L of one or both opposing faces reserved for pumping. The relation between the laser power P and the pumping power density Dp is written as: P, = 'q 2 h.L. Dp 20 rl being the optical efficiency of the laser (z 0.4 to 0.6 for Tm: YAG). The heat power density to be evacuated per unit area of the slab is: dQ aDp (1-77) .h dS Iln (0.9) a = absorption coefficient for 1.91 pm. This value of dO / dS is substantially the same as for Nd: YAG because the products Dm of Tm: YAG and Nd: YAG are very close. 25

Claims (13)

Revendicationsclaims 1 Source laser dans laquelle des moyens de pompage (2) comportant un premier cristal (3) sont aptes à pomper un second cristal (4) et caractérisée en ce que le premier cristal (3) est dopé avec du thulium et constitué par une lame mince (3).  Laser source in which pumping means (2) comprising a first crystal (3) are able to pump a second crystal (4) and characterized in that the first crystal (3) is doped with thulium and constituted by a blade thin (3). 2 Source laser selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte des premiers moyens (1) de pompage aptes à pomper des seconds moyens de pompage (2) comportant ledit premier cristal (3) dopé avec du thulium et eux-mêmes aptes à pomper un second cristal (4) dopé avec de l'holmium, les premier et second cristaux étant disposés dans une même cavité (5).2 laser source according to claim 1, characterized in that it comprises first pump means (1) capable of pumping second pump means (2) comprising said first crystal (3) doped with thulium and themselves suitable pumping a second crystal (4) doped with holmium, the first and second crystals being arranged in the same cavity (5). 3 Source laser selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la lame mince (3) comporte une épaisseur e inférieure au mm et une longueur et une largeur, respectivement L et 2b, supérieures à 1 cm.3 laser source according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the thin plate (3) has a thickness e less than 1 mm and a length and a width, respectively L and 2b, greater than 1 cm. 4 Source laser selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que la lame mince comporte deux faces principales (10) et au moins trois faces secondaires (11, 12), les premiers moyens de pompage (1) étant disposés en regard d'au moins l'une des dites faces secondaires (11, 12).4 laser source according to any one of claims 2 and 3, characterized in that the thin plate comprises two main faces (10) and at least three secondary faces (11, 12), the first pumping means (1) being arranged facing at least one of said secondary faces (11, 12). 5 Source laser selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la lame mince (3) à une forme parallélépipédique.5 laser source according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the thin blade (3) has a parallelepiped shape. 6 Source laser selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le premier cristal (3) est constitué par l'un des cristaux suivants : YAG, YALO, YVO4 ou KGW dopé au thulium.6. Laser source according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the first crystal (3) is constituted by one of the following crystals: YAG, YALO, YVO4 or KGW doped with thulium. 7 Source laser selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (44, 45) de refroidissement de la lame mince (3).Laser source according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises means (44, 45) for cooling the thin blade (3). 8 Source laser selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisée en ce que les premiers rnoyens de pompage (1) comportent un assemblage (15) constitué par des émetteurs laser fibrés, ces émetteurs étant préférentiellement constitués par des diodes (13) aptes à émettre à une longueur d'onde d'environ 0,8 pm.8 laser source according to any one of claims 2 to 7, characterized in that the first pumping means (1) comprise an assembly (15) consisting of fiber laser emitters, these emitters being preferentially constituted by diodes (13). capable of emitting at a wavelength of about 0.8 μm. 9 Source laser selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisée en ce que les faces principales (10) sont recouvertes par un matériau 2909808 10 (41, 42) d'indice de réfraction plus faible permettant d'obtenir un effet de guidage, par exemple du saphir.9 laser source according to any one of claims 4 to 8, characterized in that the main faces (10) are covered by a material (41, 42) having a lower refractive index which makes it possible to obtain a guiding, for example sapphire. 10 Source laser selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le second cristal (4) est disposé en regard de l'une des faces 5 secondaires (11,12), préférentiellement adjacente à l'une des faces en regard avec les premiers moyens de pompage.10 laser source according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the second crystal (4) is disposed facing one of the secondary faces (11,12), preferably adjacent to one of the faces next to the first pumping means. 11 Source laser selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la concentration en dopant à l'intérieur lame mince (3) et entre un premier plan formé par une face secondaire (11, 12) en regard des 10 premiers moyens de pompage (1) et un second plan de la lame parallèle au premier plan et contenant le centre de la lame, varie.11 laser source according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the dopant concentration inside the thin blade (3) and between a first plane formed by a secondary face (11, 12) facing the 10 first pumping means (1) and a second plane of the blade parallel to the foreground and containing the center of the blade, varies. 12 Source laser selon la revendication 1, caractérisée en ce que la concentration est plus faible au niveau du premier plan qu'au niveau du second plan.Laser source according to claim 1, characterized in that the concentration is lower in the foreground than in the second plane. 13 Source laser selon la revendication 1, caractérisée en ce que la 15 concentration N(x) en dopant varie entre les premier et second plans selon la formule suivante : N(x) = ob 1 x" 1ùT b) T étant la transmission résiduelle, et o- la section efficace d'absorption.Laser source according to claim 1, characterized in that the dopant concentration N (x) varies between the first and second planes according to the following formula: N (x) = ob 1 x "1 t b) T being the residual transmission , and o- the absorption cross section.
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