FR2936374A1

FR2936374A1 - HIGH ENERGY LASER DEVICE WITH DOPING GRADIENT GAIN MEDIUM

Info

Publication number: FR2936374A1
Application number: FR0805262A
Authority: FR
Inventors: Daniel Albach; Gilbert Bourdet; Jean Christophe Chanteloup; Philippe Hollander; Bernard Vincent
Original assignee: Ecole Polytechnique
Current assignee: Ecole Polytechnique
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2010-03-26
Anticipated expiration: 2028-09-25
Also published as: FR2936374B1; WO2010034811A1

Abstract

L'invention concerne un dispositif laser de forte énergie comprenant : - un milieu à gain à base de matériau solide incorporant des ions dopants présentant une première dimension transverse (L) selon un premier axe (X), une seconde dimension transverse (1) selon un second axe (Y) et une troisième dimension axiale (e) selon un troisième axe (Z), les trois axes étant orthogonaux entre eux ; - des moyens de pompage délivrant un flux d'énergie (F ) au travers d'un plan défini par les premier et deuxième axes ; - des moyens de refroidissement délivrant un flux de chaleur (F ) au travers d'un plan défini par les premier et deuxième axes ; - des moyens d'extraction d'énergie délivrant un flux lumineux (F ) au travers du plan défini par les premier et deuxième axes, caractérisé en ce que le milieu à gain présente un taux de dopage variable selon ledit troisième axe de manière à réduire l'amplification de l'émission spontanée.The invention relates to a high-energy laser device comprising: - a gain medium based on solid material incorporating doping ions having a first transverse dimension (L) along a first axis (X), a second transverse dimension (1) according to a a second axis (Y) and a third axial dimension (e) along a third axis (Z), the three axes being orthogonal to each other; pumping means delivering a flow of energy (F) through a plane defined by the first and second axes; cooling means delivering a heat flux (F) through a plane defined by the first and second axes; - Energy extraction means delivering a luminous flux (F) through the plane defined by the first and second axes, characterized in that the gain medium has a variable doping rate along said third axis so as to reduce the amplification of spontaneous emission.

Description

Dispositif laser de forte énergie à milieu à gain à gradient de dopage Le domaine de l'invention est celui des dispositifs laser de forte 5 énergie typiquement supérieure au Joule. Il peut s'agir aussi bien d'amplificateurs que d'oscillateurs laser. Ce type de dispositif laser rencontre un vif intérêt pour adresser des champs d'applications tels que le médical et notamment la protonthérapie (traitement de tumeur cancéreuses par faisceaux de protons), la sécurité et 10 notamment la détection d'agents chimiques, le déclenchement contrôlé de la foudre via la création d'un canal d'air ionisé créé par laser, l'environnement pour notamment la détection de polluants, l'énergie pour des centrales à fusion par confinement inertiel, ou encore l'usinage pour notamment, la soudure, la structuration de surface ou le perçage de pièces 15 métalliques ou autres matériaux solides. Ainsi il existe actuellement des programmes de recherche pour développer des dispositifs laser de très fortes puissances utilisés comme faisceaux d'énergie intense pour déclencher des réactions de fusion au sein des réacteurs nucléaires des futures centrales électriques à fusion, 20 comme décrit dans l'article de M. Dunne : A high-power laser fusion facility for Europe , Nature physics, 2 (January 2006). De manière générale, l'énergie exprimée en Joules, produite par un laser peut être délivrée selon différents modes : - soit en monocoup : une seule impulsion d'une durée pouvant aller 25 de quelques femtosecondes [10-15] à plusieurs millisecondes [10-3] ; - soit cadencé : un train d'impulsions est caractérisé par une cadence exprimée en Hertz ; - soit en continu : l'émission laser est constante sur des durées pouvant atteindre plusieurs heures. 30 Les deux premiers modes entrent dans la catégorie des lasers impulsionnels. BACKGROUND OF THE INVENTION The field of the invention is that of high energy laser devices typically greater than Joule. It can be both amplifiers and laser oscillators. This type of laser device is of great interest to address fields of applications such as the medical field and in particular proton therapy (treatment of cancerous tumor by proton beams), safety and in particular the detection of chemical agents, controlled triggering. lightning through the creation of an ionized air channel created by laser, the environment for including the detection of pollutants, the energy for fusion plants by inertial confinement, or the machining for particular, welding , surface structuring or drilling of metal parts or other solid materials. Thus, there are currently research programs for developing very high power laser devices used as beams of intense energy to trigger fusion reactions within the nuclear reactors of future fusion power plants, as described in Mr. Dunne: A high-power laser fusion facility for Europe, Nature Physics, 2 (January 2006). In general, the energy expressed in Joules produced by a laser can be delivered according to different modes: either in a single shot: a single pulse lasting from a few femtoseconds [10-15] to several milliseconds [10] -3]; - or clocked: a train of pulses is characterized by a rate expressed in Hertz; - Or continuously: the laser emission is constant over periods of up to several hours. The first two modes fall into the category of pulse lasers.

Le Milieu à Gain Laser ici dénommé par l'acronyme MGL au sein duquel est extraite l'énergie en question peut-être solide, liquide ou gazeux. Dans le cas des solides, il peut s'agir de verre, de cristal ou de céramique, les céramiques pouvant être dopées à des taux pouvant atteindre quelques dizaines de pourcents. Certains atomes de cette matrice sont remplacés par des ions dits laser ; le taux de remplacement définit le niveau de dopage du MGL. Via un processus d'excitation qualifié de pompage, ces ions sont capables de stocker de l'énergie puis de la restituer sous l'effet d'une impulsion laser traversant le MGL : celle-ci est alors amplifiée. C'est ce gain énergétique qui justifie l'appellation MGL. On utilise la notion de gain linéique g exprimé en cm-1 pour définir la capacité d'amplification par unité de longueur. La valeur du gain linéique g dépend notamment du dopage en ions lasers et du niveau d'éclairement généralement exprimé en W/cm2 du MGL dans le cas d'un pompage du MGL par une source lumineuse. Cet éclairement peut notamment être réalisé par des lampes flashes, ou encore un autre laser comme des diodes par exemple. La tenue au flux laser par unité de surface limitée des matériaux constituant les MGL solides impose des dimensions transverses relativement importantes lorsqu'il s'agit d'extraire sans danger de destruction du matériau lui-même (ou de ses faces) de fortes quantités d'énergie : dès quelques Joules. Une grande dimension transverse permet donc de diminuer la densité surfacique d'énergie exprimée en J/cm2, ou la densité de puissance exprimée en W/cm2. Pour une utilisation en continu ou à des cadences élevées, la forte puissance moyenne résultante requière, par ailleurs, une épaisseur relativement faible afin d'extraire aisément la chaleur stockée. Typiquement les milieux à gain destinés à des lasers de forte puissance sont avantageusement de larges plaques fines comme illustré en figures la et lb. The Laser Gain Medium here named by the acronym MGL in which is extracted the energy in question may be solid, liquid or gaseous. In the case of solids, it can be glass, crystal or ceramics, ceramics can be doped at rates of up to a few tens of percent. Some atoms of this matrix are replaced by so-called laser ions; the replacement rate defines the level of doping of the MGL. Through an excitation process known as pumping, these ions are able to store energy and then restore it under the effect of a laser pulse passing through the MGL: it is then amplified. It is this energy gain that justifies the name MGL. The concept of linear gain g expressed in cm-1 is used to define the amplification capacity per unit length. The value of the linear gain g depends in particular on the doping with laser ions and the level of illumination generally expressed in W / cm 2 of the MGL in the case of a pump of the MGL by a light source. This illumination can in particular be achieved by flashlamps, or another laser such as diodes for example. The resistance to the laser flux per unit area of the materials constituting the solid MGL imposes relatively large transverse dimensions when it comes to extracting without danger of destruction of the material itself (or of its faces) large amounts of energy: from a few Joules. A large transverse dimension therefore makes it possible to reduce the surface density of energy expressed in J / cm 2, or the power density expressed in W / cm 2. For continuous use or at high rates, the resulting high average power also requires a relatively small thickness in order to easily extract the stored heat. Typically gain media for high power lasers are advantageously large thin plates as shown in Figures 1a and 1b.

La figure 1 a est relative au cas d'un milieu à gain laser MGL ayant la forme d'un disque fin refroidi au niveau de l'une de ses faces selon un plan défini comme transverse selon les axes X et Y orthogonaux à la direction Z qualifiée d'axiale, le refroidissement pouvant par exemple être assuré par un liquide. Le milieu à gain est par ailleurs pompé au niveau de la face transverse opposée, l'énergie étant extraite avec réflexion sur la face refroidie. Ainsi, le pompage, le refroidissement et l'extraction sont réalisés selon l'axe Z et sont repérés par les flèches Fp, FR et FE. La figure 1 b est relative au cas d'une plaque amplificatrice pouvant notamment être utilisée dans des lasers de très forte puissance type Laser MégaJoule encore couramment dénommés par l'acronyme LMJ. Ce type de plaque peut être refroidi des deux côtés par convection d'un gaz et également pompé des deux côtés pour une extraction en transmission. Les plaques amplificatrices de ces lasers de très forte énergie peuvent être par ailleurs équipées, en leurs extrémités (suivant la plus grande dimension), de milieux appelés Cladding , McLA milieux absorbants. Le refroidissement s'effectue par contact d'un fluide sur l'une ou les deux grandes faces et fournit un flux de refroidissement illustré par les flèches FR. Il en va de même pour le pompage et l'extraction d'énergie, 15 illustrés respectivement par des flèches Fp et FE. Le recours à des MGL de grandes dimensions transverses comportant des surfaces typiquement comprises entre environ 1 cmz et 1000 cmz, implique des pertes par amplification de l'émission spontanée dénommée ci-après par l'acronyme ASE, pouvant devenir très vite 20 rédhibitoires si le produit (largeur X gain linéique), est trop élevé. Les flèches FASE, à l'horizontale permettent de visualiser la direction préférentielle de l'ASE qui se développe suivant les grandes dimensions du milieu à gain laser. FIG. 1a relates to the case of a MGL laser gain medium having the form of a thin disc cooled at one of its faces in a plane defined as transverse along the X and Y axes orthogonal to the direction Z qualified as axial, the cooling may for example be provided by a liquid. The gain medium is also pumped at the opposite transverse face, the energy being extracted with reflection on the cooled face. Thus, the pumping, cooling and extraction are carried out along the Z axis and are marked by the arrows Fp, FR and FE. FIG. 1b relates to the case of an amplifying plate that can notably be used in lasers of very high power type Laser MegaJoule still commonly referred to by the acronym LMJ. This type of plate can be cooled on both sides by convection of a gas and also pumped from both sides for transmission extraction. The amplifying plates of these lasers of very high energy can be further equipped, at their ends (according to the largest dimension), media called Cladding, McLA absorbent media. The cooling is carried out by contact of a fluid on one or both large faces and provides a cooling flow illustrated by the arrows FR. The same is true for pumping and energy extraction, illustrated respectively by arrows Fp and FE. The use of MGL large transverse dimensions with surfaces typically between about 1 cmz and 1000 cmz, involves losses by amplification of the spontaneous emission called hereinafter by the acronym ASE, can quickly become prohibitive if the product (width X linear gain), is too high. The FASE arrows, horizontally, allow to visualize the preferential direction of the ASE which develops according to the large dimensions of the laser gain medium.

25 C'est pourquoi, il est proposé dans la présente invention un nouveau type de dispositif laser de forte énergie comportant un MGL dont les dimensions transverses sont supérieures d'un facteur environ 10 par rapport à son épaisseur, présentant des moyens de pompage, des moyens d'extraction et des moyens de refroidissement, tous agissant sous le forme 30 de flux énergétiques à travers un plan ou des plans transverses au milieu, ledit milieu à gain présentant en outre une modulation spatiale du gain selon la direction perpendiculaire à ces plans via un contrôle sur son niveau de dopage, afin d'optimiser la capacité à stocker, à extraire de l'énergie et à refroidir le MGL tout en minimisant les effets néfastes de I'ASE. Therefore, it is proposed in the present invention a new type of high energy laser device comprising a MGL whose transverse dimensions are greater by a factor of about 10 with respect to its thickness, having pumping means, extraction means and cooling means, all acting in the form of energy flows through a plane or transverse planes in the middle, said gain medium further having a spatial modulation of the gain in the direction perpendicular to these planes via a control on its level of doping, in order to optimize the capacity to store, to extract energy and to cool the MGL while minimizing the harmful effects of the AAS.

Plus précisément la présente invention a pour objet un dispositif laser de forte énergie à milieu à gain laser comprenant : - un milieu à gain à base de matériau solide incorporant des ions dopants présentant une première dimension transverse selon un premier axe, une seconde dimension transverse selon un second axe et une troisième dimension axiale selon un troisième axe, les trois axes étant orthogonaux entre eux ; - des moyens de pompage délivrant un flux d'énergie au travers d'un plan défini par les premier et deuxième axes ; - des moyens de refroidissement délivrant un flux de chaleur au travers d'un plan défini par les premier et deuxième axes ; - des moyens d'extraction d'énergie délivrant un flux lumineux au travers du plan défini par les premier et deuxième axes, caractérisé en ce que le milieu à gain présente un taux de dopage variable 15 selon ledit troisième axe de manière à réduire l'amplification de l'émission spontanée. Typiquement les flux de pompage et/ou de refroidissement et/ou d'extraction peuvent être selon le troisième axe. Selon une variante de l'invention, le dispositif laser de forte énergie 20 comprend des moyens de pompage situés au niveau d'une première face dite transverse située dans un plan défini par les deux axes transverses, le taux de dopage variant de manière croissante depuis cette face jusqu'à une face transverse opposée à ladite première face transverse. Selon une variante de l'invention, les moyens d'extraction 25 comprennent des moyens réfléchissants localisés sur la seconde face transverse permettant au faisceau ou à un train d'impulsions extrayant l'énergie d'émerger amplifié depuis ladite première face transverse. Selon une variante de l'invention, le dispositif laser de forte énergie comporte des moyens de pompage situés au niveau des deux faces dites 30 transverses du milieu à gain laser, ledit milieu à gain laser comportant une variation de dopage assimilable à une courbe présentant un maximum situé à une épaisseur médiane de l'épaisseur du milieu à gain laser, définie selon la dimension axiale. More specifically, the subject of the present invention is a high energy laser device having a laser gain medium comprising: a gain medium based on a solid material incorporating doping ions having a first transverse dimension along a first axis, a second transverse dimension according to a first dimension; a second axis and a third axial dimension along a third axis, the three axes being orthogonal to each other; pumping means delivering a flow of energy through a plane defined by the first and second axes; cooling means delivering a flow of heat through a plane defined by the first and second axes; energy extraction means delivering a luminous flux through the plane defined by the first and second axes, characterized in that the gain medium has a variable doping rate along said third axis so as to reduce the amplification of spontaneous emission. Typically, the pumping and / or cooling and / or extraction streams may be along the third axis. According to a variant of the invention, the high energy laser device 20 comprises pumping means located at a first so-called transverse face located in a plane defined by the two transverse axes, the doping rate varying from this face to a transverse face opposite to said first transverse face. According to a variant of the invention, the extraction means 25 comprise reflecting means located on the second transverse face allowing the beam or a pulse train extracting the energy to emerge amplified from said first transverse face. According to a variant of the invention, the high energy laser device comprises pumping means located at the two transverse faces of the laser gain medium, said laser gain medium comprising a doping variation similar to a curve having a maximum located at a median thickness of the thickness of the laser gain medium, defined according to the axial dimension.

Selon une variante de l'invention, le milieu à gain est un cristal de YAG dopé avec des ions de terres rares telles que le Néodyme ou l'Ytterbium. Selon une variante de l'invention, le milieu à gain laser comportant une matrice avec des ions dopants, le taux de dopage varie progressivement selon ledit troisième axe entre des valeurs de l'ordre de 1,3 at% à 2,3 at% correspondant à un pourcentage d'ions dopants par rapport au nombre d'atomes constitutifs de la matrice du milieu à gain laser, la troisième dimension étant comprise entre environ 0,7 cm et 0,8 cm. ~o Selon une variante de l'invention, le milieu à gain est un disque fin. Selon une variante de l'invention, le milieu à gain est une plaque. Selon une variante de l'invention, le rapport entre la première et/ou la deuxième dimension, et la troisième dimension est supérieur ou égal à 10. Selon une variante de l'invention, les dimensions transverses sont au 15 moins supérieures au centimètre, la dimension axiale étant inférieure au centimètre. Selon une variante de l'invention, les dimensions transverses du milieu à gain laser définissent une surface comprise entre environ 10 cm2 et 1000 cm2" 20 Selon une variante de l'invention, les moyens de refroidissement comprennent un liquide et des moyens pour faire circuler ledit liquide au niveau d'au moins l'une des faces dites transverses. Selon une variante de l'invention, les moyens de refroidissement comprennent un gaz et des moyens pour faire circuler ledit gaz par 25 convection. Selon une variante de l'invention, le milieu à gain laser comporte en outre des milieux absorbants situés en périphérie et disposés selon la direction axiale. Selon une variante de l'invention, le dispositif laser de forte énergie 30 comporte : - des moyens de pompage agissant : - sur une face transverse supérieure ; - selon des axes distribués à l'intérieur d'un cône dont l'axe est perpendiculaire à la face transverse en question et le demi angle vaut 35 60° ; - des moyens de refroidissement agissant en contact avec la face transverse inférieure ; - des moyens d'extraction agissant : - sur les deux faces transverses ; - selon des axes distribués à l'intérieur d'un cône dont l'axe est perpendiculaire aux faces transverses et le demi angle vaut 10° Selon une variante de l'invention, le dispositif laser de forte énergie comporte : - des moyens de pompage agissant : sur une face transverse supérieure ; - selon des axes distribués à l'intérieur d'un cône dont l'axe de révolution est perpendiculaire à ladite face transverse et le demi angle vaut 10° ; - des moyens de refroidissement agissant en contact avec la face transverse inférieure ; - des moyens d'extraction agissant : - sur les deux faces transverses ; - selon des axes distribués à l'intérieur d'un cône dont 20 l'axe de révolution est orienté à 65° des faces transverses et le demi angle vaut l''. Selon une variante de l'invention, le dispositif laser de forte énergie comporte : - des moyens de pompage agissant : 25 - sur les deux faces transverses ; - selon des axes distribués à l'intérieur de deux cônes dont les axes de révolution sont à environ 50° des faces transverses et le demi angle vaut 70° ; - des moyens de refroidissement agissant en contact avec les 30 faces transverses ; - des moyens d'extraction agissant : - sur les deux faces transverses supérieures selon des axes distribués à l'intérieur d'un cône dont l'axe de révolution est orienté à l'angle de Brewster supérieur à 35 environ 50° par rapport à la face transverse et le demi angle vaut 2°. According to a variant of the invention, the gain medium is a YAG crystal doped with rare earth ions such as neodymium or ytterbium. According to a variant of the invention, the laser gain medium comprising a matrix with doping ions, the doping rate gradually varies along said third axis between values of the order of 1.3 at% to 2.3 at% corresponding to a percentage of doping ions relative to the number of atoms constituting the matrix of the laser gain medium, the third dimension being between about 0.7 cm and 0.8 cm. According to one variant of the invention, the gain medium is a thin disc. According to a variant of the invention, the gain medium is a plate. According to a variant of the invention, the ratio between the first and / or second dimension, and the third dimension is greater than or equal to 10. According to a variant of the invention, the transverse dimensions are at least greater than one centimeter, the axial dimension being less than one centimeter. According to a variant of the invention, the transverse dimensions of the laser gain medium define an area of between about 10 cm 2 and 1000 cm 2. According to a variant of the invention, the cooling means comprise a liquid and means for circulating said liquid at at least one of said transverse faces According to a variant of the invention, the cooling means comprise a gas and means for circulating said gas by convection. the laser gain medium further comprises absorbent media located at the periphery and arranged in the axial direction, According to a variant of the invention, the high energy laser device 30 comprises: - pumping means acting: - on one side transverse upper - according to axes distributed within a cone whose axis is perpendicular to the transverse face in question and the half angle is 60 ° - cooling means acting in contact with the lower transverse surface; extraction means acting: on both transverse faces; according to axes distributed inside a cone whose axis is perpendicular to the transverse faces and the half angle is equal to 10 ° According to a variant of the invention, the high energy laser device comprises: pumping means acting: on an upper transverse surface; - along axes distributed within a cone whose axis of revolution is perpendicular to said transverse face and the half angle is 10 °; cooling means acting in contact with the lower transverse face; extraction means acting: on both transverse faces; according to axes distributed inside a cone whose axis of revolution is oriented at 65.degree. of the transverse faces and the half angle is equal to 1 '. According to a variant of the invention, the high energy laser device comprises: pumping means acting: on both transverse faces; - along axes distributed within two cones whose axes of revolution are about 50 ° transverse faces and the half angle is 70 °; cooling means acting in contact with the transverse faces; extraction means acting: on the two upper transverse faces along axes distributed inside a cone whose axis of revolution is oriented at the Brewster angle greater than about 50.degree. the transverse face and the half angle is 2 °.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à 5 la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : - les figures la et 1 b illustrent respectivement deux exemples de configurations de pompage laser d'un milieu à gain laser selon l'art connu mettant en évidence les surfaces d'interaction et les ~o directions de pompage, d'extraction et de refroidissement d'un milieu à gain laser de faible épaisseur et de grandes dimensions transverses ; - les figures 2a et 2b illustrent un dispositif laser de forte énergie selon l'invention comportant des moyens de pompage au niveau 15 d'une face transverse ; - les figures 3a et 3b illustrent un dispositif laser de forte énergie selon l'invention comportant des moyens de pompage au niveau des deux faces transverses ; - les figures 4a, 4b et 4c illustrent respectivement les profils de taux 20 de dopage en ions au sein de la matrice YAG, de gain linéique en fonction de l'épaisseur et de densité volumique d'énergie stockée en fonction de l'épaisseur au sein du milieu à gain laser et ce pour un milieu à gain de dopage constant et pour un milieu à gain de taux de dopage croissant ; 25 - l'ensemble des figures 5a et 5b illustre la distribution du coefficient MASE dans un plan parallèle aux axes transverses d'un milieu à gain laser dans le cas d'un dopage constant selon l'art connu et d'un dopage croissant selon l'invention ; - les figures 6a et 6b illustrent respectivement selon l'axe horizontal 30 du graphe, l'évolution de la distribution axiale de la température et selon l'axe vertical du graphe, l'évolution temporelle de la température mesurée avec le nombre d'impulsions de pompage émise à la cadence de 10 Hz. The invention will be better understood and other advantages will become apparent on reading the following description, which is given by way of non-limiting example and by virtue of the appended figures in which: FIGS. 1a and 1b respectively illustrate two examples of pumping configurations. laser of a laser gain medium according to the known art highlighting the interaction surfaces and ~ o directions of pumping, extraction and cooling of a laser gain medium of small thickness and large transverse dimensions ; FIGS. 2a and 2b illustrate a high energy laser device according to the invention comprising pumping means at a transverse surface; FIGS. 3a and 3b illustrate a high energy laser device according to the invention comprising pumping means at the level of the two transverse faces; FIGS. 4a, 4b and 4c respectively show the ion doping rate profiles within the YAG matrix, the linear gain as a function of the thickness and the volume density of stored energy as a function of the thickness at within the laser gain medium for a medium with constant doping gain and for a medium with increasing doping rate gain; FIGS. 5a and 5b illustrate the distribution of the MASE coefficient in a plane parallel to the transverse axes of a laser gain medium in the case of constant doping according to the prior art and increasing doping according to the prior art. the invention; FIGS. 6a and 6b respectively show, along the horizontal axis 30 of the graph, the evolution of the axial distribution of the temperature and along the vertical axis of the graph, the temporal evolution of the measured temperature with the number of pulses; pumped at a rate of 10 Hz.

De manière générale, le dispositif laser de forte énergie selon 35 l'invention comprend comme représenté en figures 2a et 2b, un milieu à gain laser, des moyens de pompage, des moyens de refroidissement et des moyens d'extraction. Les moyens de pompage, les moyens de refroidissement et les moyens d'extraction sont tous des flux d'énergie traversant un plan transverse et peuvent par exemple agir le long d'un axe Z, axe selon lequel le milieu à gain laser présente une faible dimension e, typiquement comprise entre le millimètre et quelques centimètres. Les deux autres dimensions L et I du milieu à gain laser selon des axes X et Y sont de dimensions beaucoup plus importantes que la dimension selon l'axe Z. Typiquement ses dimensions L et I peuvent être de l'ordre du centimètre à quelques dizaines de centimètres. Selon l'invention, le milieu à gain laser comporte un gradient de dopage selon l'axe Z, le dopage variant de manière croissante depuis la première face transverse en contact avec les moyens de pompage, et est mis en évidence par la courbe 02d au sein dudit milieu à gain laser. La figure 2b met en évidence le gradient de dopage au sein du milieu à gain laser le long de l'axe Z. Selon une alternative de l'invention, dans le cas d'un dispositif laser de très forte énergie typiquement, des moyens de pompage peuvent avantageusement être disposés au niveau des deux faces transverses comme représenté en figures 3a et 3b. Dans ce cas les moyens d'extraction de l'énergie fonctionnent en transmission. Le faisceau ou le train d'impulsions laser à amplifier traverse alors de part en part le MGL en extrayant ainsi l'énergie préalablement stockée lors du pompage. Dans ce cas le gradient de dopage est assimilable à une courbe présentant un maximum situé à une épaisseur médiane du milieu à gain laser et est mis en évidence par la courbe Cid au sein dudit milieu à gain laser. La demanderesse explique ci-après pourquoi la configuration de dispositif laser selon l'invention permet de gérer des problématiques intrinsèques aux fortes énergies et ce notamment dans le cas de milieux à gain de type YAG dopés aux ions de type néodyme ou ytterbium. Un premier milieu à gain laser est évalué, il présente un taux de dopage constant le long de sa direction axiale, ce taux étant de 1,9 at% et une épaisseur de 0,75 cm. Un second milieu à gain laser est évalué, il présente un taux de 35 dopage variant de 1,3 at % à 2,3 at% et une épaisseur de 0,75cm. In general, the high energy laser device according to the invention comprises, as represented in FIGS. 2a and 2b, a laser gain medium, pumping means, cooling means and extraction means. The pumping means, the cooling means and the extraction means are all energy flows traversing a transverse plane and may for example act along a Z axis, axis in which the laser gain medium has a low dimension e, typically between one millimeter and a few centimeters. The two other dimensions L and I of the laser gain medium along axes X and Y are of much greater dimensions than the dimension along the Z axis. Typically, its dimensions L and I can be of the order of a centimeter to a few tens. centimeters. According to the invention, the laser gain medium comprises a doping gradient along the Z axis, the doping varying increasingly from the first transverse face in contact with the pumping means, and is highlighted by the curve 02d at within said laser gain medium. FIG. 2b shows the doping gradient within the laser gain medium along the Z axis. According to an alternative of the invention, in the case of a very high energy laser device, typically, means of pumping may advantageously be arranged at the two transverse faces as shown in Figures 3a and 3b. In this case the energy extraction means operate in transmission. The beam or the train of laser pulses to be amplified then passes right through the MGL extracting the energy previously stored during pumping. In this case the doping gradient is comparable to a curve having a maximum located at a median thickness of the laser gain medium and is evidenced by the Cid curve within said laser gain medium. The Applicant explains below why the configuration of the laser device according to the invention makes it possible to manage intrinsic problems at high energies and this in particular in the case of YAG-type gain media doped with neodymium or ytterbium type ions. A first laser gain medium is evaluated, it has a constant doping rate along its axial direction, this rate being 1.9 at% and a thickness of 0.75 cm. A second medium with laser gain is evaluated, it has a doping rate ranging from 1.3 at% to 2.3 at% and a thickness of 0.75 cm.

II est présenté en figures 4a à 4c, respectivement les profils de taux de dopage en ions (courbes 4aA et 4aB), de gain linéique (courbes 4bA et 4bB) et de densité volumique d'énergie stockée ( courbes 4cA et 4cB), tous trois en fonction de l'épaisseur au sein du MGL (ici matrice YAG) et ce pour le milieu à gain référencé A, présentant un taux de dopage constant dans son volume de 1,9 at% et le milieu à gain laser référencé B ayant le profil de taux de dopage illustré en figure 4a. Pour ces deux dispositifs lasers, les moyens de pompage sont configurés pour être situés au niveau d'une seule des faces dites transverses comme illustré en figures 2a et 2b et ce avec un éclairement de pompage de 14 kW/cm2. L'autre face transverse, située sur l'axe Z à une position z= 0,75, est réfléchissante pour la lumière de pompe. II ressort des figures 4b et 4c et plus précisément des courbes 4bB et 4cB relatives au cristal B, que ce cristal B permet d'obtenir des variations nulles ou très faibles en terme de gain linéique et de densité volumique d'énergie stockée. Au-delà de ces performances avantageusement constantes, la distribution variable de dopage permet de réduire fortement l'ASE, problème majeur dans les lasers de très fortes énergies. FIGS. 4a to 4c show respectively the ion doping rate profiles (curves 4aA and 4aB), the linear gain (curves 4bA and 4bB) and the stored energy density density (curves 4cA and 4cB), all three depending on the thickness within the MGL (here YAG matrix) and for the gain medium referenced A, having a constant doping level in its volume of 1.9 at% and the laser gain medium referenced B having the doping rate profile illustrated in FIG. 4a. For these two laser devices, the pumping means are configured to be located at one of the so-called transverse faces as illustrated in Figures 2a and 2b and with a pumping illumination of 14 kW / cm 2. The other transverse face, located on the Z axis at a position z = 0.75, is reflective for the pump light. It follows from FIGS. 4b and 4c and more precisely from the curves 4bB and 4cB relating to the crystal B, that this crystal B makes it possible to obtain zero or very small variations in terms of linear gain and volume density of stored energy. Beyond these performances which are advantageously constant, the variable doping distribution makes it possible to strongly reduce ASE, a major problem in lasers with very high energies.

En effet, on peut considérer qu'en deçà d'un seuil donné de gain linéique, typiquement égal à 1 cm"' pour un MGL de 4x4cm2, l'amplification de l'émission spontanée est négligeable alors qu'elle devient rapidement problématique au-delà. Indeed, it can be considered that below a given threshold of linear gain, typically equal to 1 cm "'for an MGL of 4x4cm2, the amplification of the spontaneous emission is negligible whereas it quickly becomes problematic at the beginning. -of the.

Les pertes par ASE sont, par contre, importantes dans toute la première moitié du cristal A : en effet, entre z=0 et 0,3 cm le gain linéique est supérieur à 1 cm"' et la densité volumique d'énergie stockée atteint une valeur de 14,5 J/cm3. Pour le cristal B, le gain linéique local ne dépasse jamais 1 cm"' et la 30 densité volumique d'énergie stockée Il J/cm3. Pour illustrer le rôle favorable d'une distribution variable du dopage sur l'ASE, il est intéressant d'utiliser le coefficient Multiplicateur ASE MASE, comme décrit dans l'article de D.Lowenthal, ASE effects in small aspect ratio laser oscillators and amplifiers with nonsaturable absorption , 35 IEE J.Q.Elec.,22 ,No 8 (1986). The losses by ASE are, on the other hand, important throughout the first half of the crystal A: indeed, between z = 0 and 0.3 cm the linear gain is greater than 1 cm -1 and the density of stored energy reached a value of 14.5 J / cm 3. For crystal B, the local linear gain never exceeds 1 cm -1 and the volume density of stored energy II J / cm 3. To illustrate the favorable role of a variable distribution of doping on ASE, it is interesting to use the multiplier coefficient ASE MASE, as described in the article by D.Lowenthal, ASE effects in small aspect ratio laser oscillators and amplifiers with unsaturable uptake, IEE JQElec., 22, No. 8 (1986).

Ce dernier peut-être présenté comme le nombre de fois qu'un photon émis spontanément par fluorescence stimule l'émission d'autres photons avant de sortir du milieu à gain. Par exemple, un coefficient MASE de 1,8 signifie qu'un photon émis spontanément peut causer en moyenne l'émission de 0,8 photon par émission stimulée avant de quitter le milieu à gain. La durée de vie du gain dans le milieu est alors réduite de sa valeur initiale To (pour un gain go) pour atteindre un coefficient de To/MASE• La demanderesse a mis en évidence qu'un gain linéique de 1, génère un coefficient MASE au maximum de 2,5, alors qu'un gain linéique de 1,5 génère un coefficient MASE pouvant atteindre une valeur de 17. Ces résultats ressortent des figures 5a et 5b qui fournissent respectivement les valeurs des coefficients MASE définis selon les deux axes transverses exprimés en centimètres. Il existe donc un facteur multiplicateur de 7 entre les deux et donc 15 une durée de vie effective de stockage d'énergie 7 fois plus faible en raison de la relation de proportionnalité suivante : eff a Z MASS avec T : le durée de vie des ions lasers dans l'état excité, soit encore la durée de vie du gain. 20 Le milieu à gain laser proposé dans la présente invention permet de diminuer notablement les pertes par émission laser spontanée (ASE) en limitant la valeur du gain linéique g à une valeur seuil (dans cet exemple 1 cm-1) quelle que soit la distance à l'intérieur du MGL selon la direction longitudinale Z. 25 Par ailleurs il permet également d'optimiser l'énergie extractible pour un volume donné et par voie de conséquence de diminuer fortement le volume classique de MGL requis pour les lasers de fortes énergies connus à ce jour, ce qui représente un atout majeur dans le contexte notamment des lasers de très fortes puissances, type laser MégaJoule. 30 La demanderesse a pour cela déterminé les énergies extractibles des milieux à gain laser à base de cristaux YAG dopés Yb suivants : - Cristal A : épaisseur e = 0,75 cm, taux de dopage 1,9 at% : énergie extractible : 6, 07 J/cm2 - Cristal B : épaisseur e = 0,75 cm, taux de dopage variant de 1,3 at% à 2,3 at% : énergie extractible 6,1 J/cm2 ; - Cristal C : épaisseur e = 1,15 cm, taux de dopage 1,3 at%, énergie extractible 6,08 J/cm2. Il ressort de ces analyses que seuls les cristaux B et C permettent de maintenir l'ASE à un niveau satisfaisant en raison d'un gain linéique inférieur ou égal à 1, tout en conduisant à une énergie extractible du même ordre, 1 o environ 6,1 J/cm2. Néanmoins le cristal C présente une épaisseur nettement plus importante que celle du cristal B, et par la même un volume de matériau nettement plus important surtout lorsqu'il s'agit d'envisager des lasers de très fortes énergies présentant des dimensions transversales selon les axes X et 15 Y de l'ordre de dizaines voire de centaines de centimètres conduisant à la nécessité d'un dopage variable rendu évident en terme de volume de milieu à gain laser requis. En effet, il ressort qu'un cristal de 0,75 cm d'épaisseur à gradient de dopage est suffisant pour atteindre la même capacité d'extraction qu'un 20 cristal de 1,15 cm à dopage constant. Un tel gain de 35% sur le volume requis de MGL peut s'avérer fondamental dans le dimensionnement d'un système laser. A titre d'exemple les 4320 plaques amplificatrices du laser MégaJoule tel qu'il est conçu actuellement pèsent 125 tonnes, ces plaques étant uniformément dopées. 25 La configuration de dispositif laser proposée dans la présente invention permet de plus de mieux gérer la thermique de ce type de dispositif laser de forte puissance moyenne, au sein duquel il est important de parvenir à bien évacuer la chaleur générée. Pour cela les dispositifs lasers qui sont étudiés fonctionnent avec 30 des moyens de refroidissement efficaces. Plus précisément, un refroidissement efficace doit être assuré pour un régime cadencé à 10 Hz. Ce refroidissement comprend : une convection d'air localisée au niveau d'une première face transverse situé du côté des moyens de pompage et caractérisée par un coefficient d'échange thermique de 10 W/m2/K et une température de 295,15 K ; - une circulation d'eau au niveau d'une face transverse opposée à la première face transverse et caractérisée par un coefficient d'échange thermique de 30 000 W/m2/K et une température de 288,15 K. Les figures 6a et 6b illustrent à ce titre l'évolution de la distribution axiale (longitudinale, axe z) de température respectivement pour le cristal C et pour le cristal B avec le nombre d'impulsions de pompage à 10 Hz représenté selon les axes verticaux. Les axes horizontaux représentent la dimension longitudinale des milieux à gain laser : une épaisseur de 1,15 cm pour le cristal YAG dopé uniformément avec un taux de dopage constant de 1,3 at% et de 0,75 cm pour le cristal à dopage variable compris entre 1,3 et 2,3 at%. Les différentes courbes sont des courbes d'isotempérature exprimée en Kelvin. The latter may be presented as the number of times a photon emitted spontaneously by fluorescence stimulates the emission of other photons before leaving the gain medium. For example, a MASE coefficient of 1.8 means that a spontaneously emitted photon can cause an average of 0.8 photon emission per stimulated emission before leaving the gain medium. The lifetime of the gain in the medium is then reduced from its initial value To (for a gain go) to reach a coefficient of To / MASE. The plaintiff has shown that a linear gain of 1, generates a coefficient MASE at most 2.5, whereas a linear gain of 1.5 generates a MASE coefficient of up to a value of 17. These results are shown in FIGS. 5a and 5b which respectively provide the values of the MASE coefficients defined along the two transverse axes. expressed in centimeters. Thus, there is a multiplication factor of 7 between the two and thus an effective lifetime of energy storage 7 times lower due to the following proportionality relation: eff a Z MASS with T: the lifetime of the ions lasers in the excited state, again the lifetime of the gain. The laser gain medium provided in the present invention can significantly reduce spontaneous laser emission (ASE) losses by limiting the value of the linear gain g to a threshold value (in this example 1 cm-1) regardless of the distance. inside the MGL in the longitudinal direction Z. Moreover, it also makes it possible to optimize the extractable energy for a given volume and consequently to greatly reduce the conventional volume of MGL required for the lasers of known high energies. to date, which represents a major asset in the context in particular of lasers of very high powers, type MegaJoule laser. For this purpose, the Applicant has determined the extractable energies of the laser gain media based on YAG doped crystals Yb following: Crystal A: thickness e = 0.75 cm, doping level 1.9 at%: extractable energy: 6, 07 J / cm 2 - Crystal B: thickness e = 0.75 cm, doping rate ranging from 1.3 at% to 2.3 at%: extractable energy 6.1 J / cm 2; Crystal C: thickness e = 1.15 cm, doping rate 1.3 at%, extractable energy 6.08 J / cm 2. It emerges from these analyzes that only the crystals B and C make it possible to maintain the ESA at a satisfactory level because of a linear gain of less than or equal to 1, while leading to an extractable energy of the same order, 1 o approximately 6 , 1 J / cm2. Nevertheless, the crystal C has a much greater thickness than that of the crystal B, and therefore a much larger volume of material, especially when it comes to considering very high energy lasers having transverse dimensions along the axes. X and Y Y of the order of tens or even hundreds of centimeters leading to the need for variable doping made evident in terms of volume of laser gain medium required. Indeed, it appears that a crystal 0.75 cm thick doping gradient is sufficient to achieve the same extraction capacity as a crystal of 1.15 cm constant doping. Such a 35% gain on the required volume of MGL can be fundamental in sizing a laser system. By way of example, the 4320 MegaJoule laser amplification plates as currently designed weigh 125 tons, these plates being uniformly doped. The laser device configuration proposed in the present invention also makes it possible to better manage the thermal of this type of medium-high power laser device, in which it is important to be able to dissipate the heat generated. For this, the laser devices which are studied operate with efficient cooling means. More precisely, effective cooling must be ensured for a regime clocked at 10 Hz. This cooling comprises: an air convection located at a first transverse face situated on the side of the pumping means and characterized by an exchange coefficient thermal of 10 W / m2 / K and a temperature of 295.15 K; a circulation of water at a transverse face opposite to the first transverse face and characterized by a heat exchange coefficient of 30,000 W / m2 / K and a temperature of 288.15 K. FIGS. 6a and 6b illustrate the evolution of the axial distribution (longitudinal, z axis) of temperature respectively for the crystal C and for the crystal B with the number of pumping pulses at 10 Hz represented along the vertical axes. The horizontal axes represent the longitudinal dimension of the laser gain media: a thickness of 1.15 cm for the uniformly doped YAG crystal with a constant doping level of 1.3 at% and 0.75 cm for the variable doping crystal between 1.3 and 2.3 at%. The different curves are isotemperature curves expressed in Kelvin.

L'axe vertical donne le nombre d'impulsions de pompe. A la cadence de 10 Hz, le maximum de 500 signifie donc 50 secondes. On 20 observe que : - dans le cas du cristal C uniformément dopé et illustré en figure 6a, même après 50 secondes l'équilibre thermique n'est pas atteint et la température maximale est de 361 K. - dans le cas du cristal B à dopage variable et illustré en 25 figure 6b, environ 30 secondes sont requises pour atteindre un équilibre thermique avec une valeur maximale de température de 340 K. De manière générale pour réaliser le milieu à gain laser utilisé dans un dispositif laser de forte énergie selon l'invention il est possible 30 d'utiliser l'une des technologies suivantes permettant de réaliser le profil de variation de taux de dopage recherché. Plus précisément ces techniques peuvent être les suivantes : - la croissance d'un milieu à gain laser par épitaxie, c'est-à-dire couche atomique après couche atomique, avec une variation contrôlée du dopage de couche à couche ; - la constitution d'un milieu à gain laser segmenté en cofrittant un nombre donné de céramiques très fines possédant des dopages variables ; - la constitution d'un milieu à gain laser segmenté en ayant recours à une technique d'adhérence moléculaire de cristaux très fins possédant des dopages variables ; - la croissance par cristallisation horizontale directe d'un cristal ~o possédant alors un gradient de dopage ; - la constitution d'un milieu à gain laser par frittage laser de couches successives de poudres céramiques possédant des dopages variables ; - la constitution d'un milieu à gain laser par modification du dopage d'un MGL initialement dopé de manière uniforme (par annihilation d'ions) ; 15 - la constitution d'un milieu à gain laser par bombardement d'une matrice hôte (YAG par exemple) à l'aide d'un faisceau d'ions (ytterbium par exemple) absorbés progressivement depuis la surface, engendrant ainsi le gradient de dopage dans le MGL. 20 The vertical axis gives the number of pump pulses. At a rate of 10 Hz, the maximum of 500 means 50 seconds. It is observed that: - in the case of the uniformly doped crystal C and illustrated in FIG. 6a, even after 50 seconds the thermal equilibrium is not reached and the maximum temperature is 361 K. - in the case of the crystal B to Variable doping and illustrated in FIG. 6b, approximately 30 seconds are required to achieve thermal equilibrium with a maximum temperature value of 340 K. Generally speaking to achieve the laser gain medium used in a high energy laser device according to the invention. It is possible to use one of the following technologies to achieve the desired doping rate variation profile. More precisely, these techniques may be the following: the growth of a laser gain medium by epitaxy, that is to say an atomic layer after an atomic layer, with a controlled variation of the layer-to-layer doping; the constitution of a segmented laser gain medium by cofirming a given number of very fine ceramics having variable doping; the constitution of a segmented laser gain medium by using a technique of molecular adhesion of very fine crystals having variable doping; growth by direct horizontal crystallization of a crystal ~ o then having a doping gradient; the constitution of a laser gain medium by laser sintering of successive layers of ceramic powders having variable doping; the constitution of a laser gain medium by modifying the doping of a MGL initially doped uniformly (by annihilation of ions); The constitution of a laser gain medium by bombardment of a host matrix (YAG for example) with the aid of a beam of ions (ytterbium for example) absorbed progressively from the surface, thus generating the gradient of doping in the MGL. 20

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif laser de forte énergie comprenant : - un milieu à gain à base de matériau solide incorporant des ions dopants présentant une première dimension transverse (L) selon un premier axe (X), une seconde dimension transverse (I) selon un second axe (Y) et une troisième dimension axiale (e) selon un troisième axe (Z), les trois axes étant orthogonaux entre eux ; - des moyens de pompage délivrant un flux d'énergie (Fa) au travers 10 d'un plan défini par les premier et deuxième axes ; - des moyens de refroidissement délivrant un flux de chaleur (FR) au travers d'un plan défini par les premier et deuxième axes ; - des moyens d'extraction d'énergie délivrant un flux lumineux (FE) au travers du plan défini par les premier et deuxième axes, 15 caractérisé en ce que le milieu à gain présente un taux de dopage variable selon ledit troisième axe de manière à réduire l'amplification de l'émission spontanée. REVENDICATIONS1. A high energy laser device comprising: - a solid-based gain medium incorporating doping ions having a first transverse dimension (L) along a first axis (X), a second transverse dimension (I) along a second axis (Y ) and a third axial dimension (e) along a third axis (Z), the three axes being orthogonal to each other; pumping means delivering a flow of energy (Fa) through a plane defined by the first and second axes; cooling means delivering a heat flux (FR) through a plane defined by the first and second axes; energy extraction means delivering a luminous flux (FE) through the plane defined by the first and second axes, characterized in that the gain medium has a variable doping rate along said third axis so as to reduce the amplification of spontaneous emission.

2. Dispositif laser de forte énergie selon la revendication 1, 20 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de pompage situés au niveau d'une première face dite transverse située dans un plan défini par les deux axes transverses, le taux de dopage variant de manière croissante depuis cette face jusqu'à une face transverse opposée à ladite première face transverse. 25 2. High energy laser device according to claim 1, characterized in that it comprises pumping means located at a first so-called transverse face located in a plane defined by the two transverse axes, the doping rate varying increasing from this face to a transverse face opposite to said first transverse face. 25

3. Dispositif laser de forte énergie selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'extraction comprennent des moyens réfléchissants permettant d'extraire l'énergie depuis ladite première face transverse. 3. High energy laser device according to claim 1, characterized in that the extraction means comprise reflecting means for extracting energy from said first transverse face.

4. Dispositif laser de forte énergie selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de pompage situés au niveau des deux faces dites transverses du milieu à gain laser, ledit milieu à gain laser comportant une variation de dopage assimilable à une courbe 30présentant un maximum situé à une épaisseur médiane de l'épaisseur du milieu à gain laser, définie selon la dimension axiale. 4. High energy laser device according to claim 1, characterized in that it comprises pumping means located at the two transverse faces of said laser gain medium, said laser gain medium comprising a doping variation comparable to a curve 30presenting a maximum located at a median thickness of the thickness of the laser gain medium, defined according to the axial dimension.

5. Dispositif laser de forte énergie selon l'une des revendications 1 5 à 4, caractérisé en ce que le milieu à gain est un cristal ou une céramique de YAG dopé avec des ions néodyme ou ytterbium. 5. High energy laser device according to one of claims 1 5 to 4, characterized in that the gain medium is a crystal or YAG ceramic doped with neodymium or ytterbium ions.

6. Dispositif laser de forte énergie selon la revendication 5, caractérisé en ce que le milieu à gain laser comportant une matrice et des 10 ions dopants, le taux de dopage varie progressivement selon ledit troisième axe entre des valeurs de l'ordre de 1,3 at% à 2,3 at% correspondant à un pourcentage de d'ions dopants par rapport au nombre d'atomes constitutifs de la matrice du milieu à gain laser, la troisième dimension étant comprise entre environ 0,7 cm et 0,8 cm. 15 6. High energy laser device according to claim 5, characterized in that the laser gain medium comprising a matrix and doping ions, the doping rate gradually varies along said third axis between values of the order of 1, 3 at% at 2.3 at% corresponding to a percentage of doping ions relative to the number of atoms constituting the matrix of the laser gain medium, the third dimension being between about 0.7 cm and 0.8 cm. 15

7. Dispositif laser de forte énergie selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le milieu à gain est un disque fin. 7. High energy laser device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the gain medium is a thin disc.

8. Dispositif laser de forte énergie selon l'une des revendications 1 20 à 6, caractérisé en ce que le milieu à gain est une plaque. 8. High energy laser device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the gain medium is a plate.

9. Dispositif laser de forte énergie selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les dimensions transverses sont au moins supérieures au centimètre, la dimension axiale étant inférieure au centimètre. 9. High energy laser device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the transverse dimensions are at least greater than one centimeter, the axial dimension being less than one centimeter.

10. Dispositif laser de forte puissance selon l'une des revendications 1 ou 9, caractérisé en ce que les dimensions transverses du milieu à gain laser définissent une surface comprise entre environ 1 cm2 et 1000 cm2. 30 10. High power laser device according to one of claims 1 or 9, characterized in that the transverse dimensions of the laser gain medium define an area of between about 1 cm2 and 1000 cm2. 30

11. Dispositif laser de forte énergie selon la revendication 1 à 10, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement comprennent un liquide et des moyens pour faire circuler ledit liquide au niveau d'au moins l'une des faces dites transverses. 25 11. High energy laser device according to claim 1 to 10, characterized in that the cooling means comprises a liquid and means for circulating said liquid at at least one of said transverse faces. 25

12. Dispositif laser de forte énergie selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement comprennent un gaz et des moyens pour faire circuler ledit gaz par convexion. 12. High energy laser device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the cooling means comprises a gas and means for circulating said gas by convection.

13. Dispositif laser de forte énergie selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le milieu à gain laser comporte en outre des milieux absorbants situés en périphérie et disposés selon la direction axiale. 13. A high energy laser device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the laser gain medium further comprises absorbent media located at the periphery and arranged in the axial direction.

14. Dispositif laser de forte énergie selon l'une des revendications 1 ~o à 13, caractérisé en ce qu'il comporte : - des moyens de pompage agissant : - sur une face transverse supérieure ; - selon des axes distribués à l'intérieur d'un cône dont l'axe est perpendiculaire à ladite face transverse et le demi angle vaut 60° ; 14. High energy laser device according to one of claims 1 ~ o to 13, characterized in that it comprises: - pumping means acting: - on an upper transverse face; - along axes distributed within a cone whose axis is perpendicular to said transverse face and the half angle is 60 °;

15 - des moyens de refroidissement agissant en contact avec la face transverse inférieure ; - des moyens d'extraction agissant : - sur les deux faces transverses ; - selon des axes distribués à l'intérieur d'un cône dont l'axe est 20 perpendiculaire aux faces transverses et le demi angle vaut 10°. 15. Dispositif laser de forte énergie selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte : 25 - des moyens de pompage agissant : sur une face transverse supérieure ; selon des axes distribués à l'intérieur d'un cône dont l'axe de révolution est perpendiculaire à ladite face transverse et le demi angle vaut 10° ; 30 - des moyens de refroidissement agissant en contact avec la face transverse inférieure ; - des moyens d'extraction agissant : - sur les deux faces transverses ; 20- selon des axes distribués à l'intérieur d'un cône dont l'axe de révolution est orienté à 65° des faces transverses et le demi angle vaut 1°. Cooling means acting in contact with the lower transverse face; extraction means acting: on both transverse faces; - along axes distributed within a cone whose axis is perpendicular to the transverse faces and the half angle is 10 °. 15. High energy laser device according to one of claims 1 to 13, characterized in that it comprises: - pumping means acting: on an upper transverse face; along axes distributed inside a cone whose axis of revolution is perpendicular to said transverse face and the half angle is equal to 10 °; Cooling means acting in contact with the lower transverse face; extraction means acting: on both transverse faces; 20- according to axes distributed inside a cone whose axis of revolution is oriented at 65 ° of the transverse faces and the half angle is 1 °.

16. Dispositif laser selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte : - des moyens de pompage agissant : sur les deux faces transverses ; selon des axes distribués à l'intérieur de deux cônes ~o dont les axes de révolution sont à environ 50° des faces transverses et le demi angle vaut 70° ; - des moyens de refroidissement agissant en contact avec les faces transverses ; - des moyens d'extraction agissant : 15 - sur les deux faces transverses supérieures ; - selon des axes distribués à l'intérieur d'un cône dont l'axe de révolution est orienté à l'angle de Brewster supérieur à environ 50° par rapport à ladite face transverse et le demi angle vaut 2° 25 16. Laser device according to one of claims 1 to 13, characterized in that it comprises: - pumping means acting on the two transverse faces; along axes distributed inside two cones ~ o whose axes of revolution are about 50 ° transverse faces and the half angle is 70 °; cooling means acting in contact with the transverse faces; extraction means acting: on the two upper transverse faces; - according to axes distributed inside a cone whose axis of revolution is oriented at the Brewster angle greater than about 50 ° with respect to said transverse face and the half angle is equal to 2 ° 25