WO2000025397A1

WO2000025397A1 - Microlaser capable of emitting long pulses

Info

Publication number: WO2000025397A1
Application number: PCT/FR1999/002598
Authority: WO
Inventors: Philippe Thony; Eric Lavastre
Original assignee: Commissariat A L'energie Atomique
Priority date: 1998-10-27
Filing date: 1999-10-26
Publication date: 2000-05-04
Also published as: JP2002528920A; FR2785099B1; EP1125348A1; FR2785099A1

Abstract

The invention concerns a solid state laser, in particular a microlaser, capable of emitting long pulses. Said laser comprises a resonant cavity and, in said cavity, an amplifying medium (22) and a loss modulator (24), so as to generate light pulses after optical pumping of the amplifying medium, and means (28) for prolonging the impulses by photorefractive effect. The invention is applicable in medicine and non-destructive testing.

Description

MICROLASER CAPABLE D'EMETTRE DES IMPULSIONS LONGUESMICROLASER CAPABLE OF EMITTING LONG PULSES

DESCRIPTIONDESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUETECHNICAL AREA

La présente invention concerne les lasers solides, notamment les microlasers, destinés à émettre des impulsions lumineuses.The present invention relates to solid lasers, in particular microlasers, intended to emit light pulses.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEUREPRIOR STATE OF THE ART

Un laser solide, ou laser à l'état solide, est un laser dont le milieu amplificateur est un solide. Il s'agit souvent d'un monocristal dopé ou non, d'un verre, ou plus rarement d'un polymère. En vue de son pompage optique, ce solide est souvent excité par une source lumineuse telle qu'une lampe, un flash, une diode laser, voire une diode électroluminescente.A solid laser, or laser in the solid state, is a laser whose amplifying medium is a solid. It is often a single crystal doped or not, a glass, or more rarely a polymer. With a view to its optical pumping, this solid is often excited by a light source such as a lamp, a flash, a laser diode, or even a light-emitting diode.

Le milieu amplificateur est placé dans une cavité résonante. Il existe plusieurs types de cavités résonantes, les plus utilisées étant les cavités de Fabry-Perot à deux miroirs ou les cavités en anneau à trois ou quatre miroirs. Les miroirs utilisés sont plans ou sphériques. Parfois, ces miroirs sont remplacés par des prismes. Des lentilles ou des miroirs de renvoi sont éventuellement utilisés dans la cavité. L'ensemble est aligné au moyen de montures mécaniques précises. L'un des miroirs constitue souvent le coupleur de sortie : le faisceau laser est extrait par ce miroir qui est partiellement réfléchissant. D'autres systèmes de couplage de sortie existent.The amplifying medium is placed in a resonant cavity. There are several types of resonant cavities, the most used being Fabry-Perot cavities with two mirrors or ring cavities with three or four mirrors. The mirrors used are flat or spherical. Sometimes these mirrors are replaced by prisms. Lenses or deflection mirrors are possibly used in the cavity. The whole is aligned by means of precise mechanical mounts. One of the mirrors often constitutes the output coupler: the laser beam is extracted by this mirror which is partially reflecting. Other output coupling systems exist.

Un microlaser est un laser à l'état solide particulier. Son milieu amplificateur est constitué par un matériau laser de faible épaisseur (généralement de l'ordre de 150 à 2000 μm) et de petites dimensions (généralement quelques millimètres carrés) . Les miroirs de la cavité résonnante sont en général directement déposés sur les faces optiques polies du matériau laser. De plus, le microlaser est en général pompé par une diode laser, qui est soit directement hybridée sur le microlaser, soit couplée à celui-ci par l'intermédiaire d'une fibre optique.A microlaser is a particular solid state laser. Its amplifying medium is made up of a thin laser material (generally of the order of 150 to 2000 μm) and of small dimensions (generally a few square millimeters). The mirrors of the resonant cavity are generally directly deposited on the polished optical faces of the laser material. In addition, the microlaser is generally pumped by a laser diode, which is either directly hybridized on the microlaser, or coupled thereto via an optical fiber.

Dans le cas où le microlaser comporte plusieurs composants, tous ces composants sont assemblés de diverses manières pour ne former qu'un seul élément monolithique. Le microlaser est poli sur ses deux faces terminales (ces deux faces sont perpendiculaires à l'axe du laser) . Les miroirs qui forment la cavité résonnante sont déposés directement sur les faces polies sous forme de couches minces. L'une des faces possède une réflectivité maximum, proche de 100%, et l'autre est semi-réfléchissante afin de transmettre une partie de la lumière à l'extérieur de la cavité.In the case where the microlaser has several components, all of these components are assembled in various ways to form a single monolithic element. The microlaser is polished on its two end faces (these two faces are perpendicular to the axis of the laser). The mirrors which form the resonant cavity are deposited directly on the polished faces in the form of thin layers. One of the faces has a maximum reflectivity, close to 100%, and the other is semi-reflecting in order to transmit part of the light outside the cavity.

Le milieu amplificateur peut constituer le substrat du microlaser. En utilisant des techniques de fabrication et d'usinage issues de la microélectronique, des plaques peu épaisses (quelques centaines de micromètres) et de grande dimension (plusieurs centimètres) peuvent être traitées puis découpées en un très grand nombre d'unités. Un laser solide (ou un microlaser) peut être déclenché (« Q s itched ») de façon active ou passive, en introduisant, dans la cavité, un modulateur de pertes c'est-à-dire un moyen de modulation du facteur de surtension (« Q factor ») de cette cavité.The amplifying medium can constitute the substrate of the microlaser. Using manufacturing and machining techniques from microelectronics, thin sheets (a few hundred micrometers) and large sheets (several centimeters) can be processed and then cut into a very large number of units. A solid laser (or a microlaser) can be triggered ("Q s itched") in an active or passive way, by introducing, into the cavity, a loss modulator that is to say a means of modulating the overvoltage factor ("Q factor") of this cavity.

Pour le déclenchement actif, la valeur des pertes introduites dans la cavité (résonateur) est commandée de façon externe par exemple au moyen d'un modulateur acousto-optique qui diffracte de la lumière hors du résonateur ou d'un modulateur électro-optique qui permute la polarisation du faisceau laser dans ce résonateur. De tels modulateurs nécessitent des moyens électroniques de commande capables de fournir des signaux radiofréquences pour le modulateur acousto- optique, ou bien des signaux de haute tension pour le modulateur électro-optique.For active triggering, the value of the losses introduced into the cavity (resonator) is controlled externally for example by means of an acousto-optical modulator which diffracts light out of the resonator or an electro-optical modulator which switches the polarization of the laser beam in this resonator. Such modulators require electronic control means capable of supplying radio frequency signals for the acousto-optical modulator, or else high-voltage signals for the electro-optical modulator.

La figure 1 représente schématiquement un microlaser connu, déclenché de façon active par un modulateur électro-optique. Ce microlaser comprend successivement un miroir d'entrée 2, un milieu amplificateur 4, un miroir intermédiaire 6, un modulateur électro-optique 7, qui est muni de deux électrodes latérales de commande 8 et 9, et un miroir de sortie 10. Le milieu amplificateur 4 est fixé au miroir intermédiaire 6 au moyen d'une colle optique ou d'un cordon de résine 12. On a également représenté le faisceau de pompage optique 14 provenant par exemple d'une diode laser (non représentée) et destiné à exciter le milieu amplificateur 4 à travers le miroir d'entrée 2. On voit aussi le faisceau laser impulsionnel 16 qui en résulte et qui sort du microlaser par le miroir 10. Ces faisceaux 14 et 16 se propagent suivant le même axe X. Le fonctionnement d'un tel laser à déclenchement actif est décrit ci-après.FIG. 1 schematically represents a known microlaser, actively activated by an electro-optical modulator. This microlaser successively comprises an input mirror 2, an amplifying medium 4, an intermediate mirror 6, an electro-optical modulator 7, which is provided with two lateral control electrodes 8 and 9, and an output mirror 10. The medium amplifier 4 is fixed to the intermediate mirror 6 by means of an optical adhesive or a bead of resin 12. The optical pumping beam 14 has also been shown, coming for example from a laser diode (not shown) and intended to excite the amplifying medium 4 through the input mirror 2. We also see the impulse laser beam 16 which results therefrom and which leaves the microlaser through the mirror 10. These beams 14 and 16 propagate along the same axis X. The operation of such an active trigger laser is described below.

Au départ, le gain dans le milieu amplificateur est nul et les pertes dues au modulateur sont maximales, le seuil est donc très élevé et le laser n'oscille pas.At the start, the gain in the amplifying medium is zero and the losses due to the modulator are maximum, the threshold is therefore very high and the laser does not oscillate.

On pompe ce laser, l'énergie stockée dans le milieu amplificateur augmente. Le niveau de pompage et les pertes sont telles que le laser n'oscille pas. On diminue soudainement le niveau des pertes induites par le modulateur. En conséquence, le gain du milieu amplificateur devient largement supérieur au niveau des pertes totales, donc le gain net dans la cavité laser est très élevé. L'énergie stockée est libérée sous la forme d'une impulsion lumineuse géante, en un temps très court.We pump this laser, the energy stored in the amplifying medium increases. The level of pumping and the losses are such that the laser does not oscillate. The level of losses induced by the modulator is suddenly reduced. Consequently, the gain of the amplifying medium becomes much greater than the level of the total losses, therefore the net gain in the laser cavity is very high. The stored energy is released in the form of a giant light pulse, in a very short time.

Lorsque le gain est épuisé, l'impulsion se termine. L'oscillateur laser s'arrête et l'on retrouve les conditions initiales. Pour le déclenchement passif, on utilise des modulateurs non linéaires sans alimentation extérieure et, plus précisément, des absorbants saturables, matériaux qui sont fortement absorbants lorsqu'on les éclaire avec un faisceau de faible densité de puissance et qui deviennent quasiment transparents lorsque cette densité dépasse un certain seuil (appelé intensité de saturation) .When the gain is exhausted, the pulse ends. The laser oscillator stops and we find the initial conditions. For passive triggering, non-linear modulators are used without external power supply and, more specifically, saturable absorbents, materials which are highly absorbent when illuminated with a beam of low power density and which become almost transparent when this density exceeds a certain threshold (called saturation intensity).

La figure 2 représente schématiquement un microlaser connu, déclenché de façon passive. Ce microlaser comprend successivement le miroir d'entrée 2, le milieu amplificateur 4, un absorbant saturable 18 et le miroir de sortie 10. On voit encore le faisceau de pompage 14 et le faisceau laser 16 engendré par le microlaser. L'absorbant saturable 18 est par exemple une couche sol-gel ou semiconductrice, ou un matériau massif, dopé avec des ions actifs. Le fonctionnement d'un tel laser à déclenchement passif est décrit ci-après.FIG. 2 schematically represents a known microlaser, triggered passively. This microlaser successively comprises the input mirror 2, the amplifying medium 4, a saturable absorbent 18 and the output mirror 10. The pumping beam 14 and the beam can also be seen laser 16 generated by the microlaser. The saturable absorbent 18 is for example a sol-gel or semiconductor layer, or a solid material, doped with active ions. The operation of such a passive trigger laser is described below.

Au départ, le gain dans le milieu amplificateur est nul et les pertes (absorption) dues à l'absorbant saturable sont maximales, le seuil est donc élevé et le laser n'oscille pas.At the start, the gain in the amplifying medium is zero and the losses (absorption) due to the saturable absorbent are maximum, the threshold is therefore high and the laser does not oscillate.

On pompe ce laser : l'inversion de population augmente jusqu'à ce que le gain compense les pertes. L'effet laser peut alors commencer mais à un niveau très faible puisque le gain net (c'est-à-dire le gain moins les pertes) de la cavité est quasiment nul.We pump this laser: the population inversion increases until the gain compensates for the losses. The laser effect can then start but at a very low level since the net gain (that is to say the gain minus the losses) of the cavity is almost zero.

Les quelques photons laser présents dans la cavité sont absorbés par l'absorbant saturable : la transmission de celui-ci augmente légèrement, donc les pertes diminuent. En conséquence, le gain net augmente, donc le nombre_, de photons dans la cavité augmente. Ce comportement « en boucle » s'amplifie progressivement. Très rapidement, l'absorbant se sature et les pertes atteignent leur niveau minimum. Le gain net dans la cavité est alors très important. L'énergie stockée est libérée sous la forme d'une impulsion lumineuse géante, en un temps très court.The few laser photons present in the cavity are absorbed by the saturable absorbent: the transmission thereof increases slightly, so the losses decrease. Consequently, the net gain is increased, so the number _of photons in the cavity increases. This “loop” behavior is gradually increasing. Very quickly, the absorbent saturates and the losses reach their minimum level. The net gain in the cavity is then very significant. The stored energy is released in the form of a giant light pulse, in a very short time.

Lorsque le gain est épuisé, l'impulsion se termine. L'oscillation laser s'arrête et l'absorbant saturable redevient progressivement opaque. On retrouve les conditions initiales une fois que l'absorbant saturable s'est complètement désexcité.When the gain is exhausted, the pulse ends. The laser oscillation stops and the saturable absorbent becomes progressively opaque. The initial conditions are found once the saturable absorbent has completely de-energized.

Pour chaque longueur d'onde laser, il faut trouver un matériau absorbant saturable qui fonctionne à cette longueur d'onde. A titre d'exemple, divers matériaux absorbants saturables sont donnés dans le document [11] auquel on se reportera et qui, comme les autres documents cités par la suite, est mentionné à la fin de la présente description.For each laser wavelength, find a working saturable absorbent material at this wavelength. By way of example, various saturable absorbent materials are given in document [11] to which reference will be made and which, like the other documents cited below, is mentioned at the end of this description.

Un certain nombre d'applications des lasers nécessitent des impulsions dont la durée est de l'ordre de 100 nanosecondes à 1 milliseconde avec des puissances-crêtes non négligeables (supérieures à 1 watt) .A certain number of laser applications require pulses whose duration is of the order of 100 nanoseconds to 1 millisecond with significant peak powers (greater than 1 watt).

Le découpage temporel d'un laser continu, qui produit des puissances-crêtes faibles, n'est pas utilisable pour ces applications.The time division of a continuous laser, which produces low peak powers, cannot be used for these applications.

A partir d'un laser unique, il est cependant possible d'obtenir des impulsions d'assez longue durée au moyen de diverses méthodes :From a single laser, however, it is possible to obtain fairly long-lasting pulses using various methods:

- le pompage impulsionnel encore appelé « mode relaxé » ou « mode « normal »,- impulse pumping also called "relaxed mode" or "normal" mode,

- le déclenchement dans des cavités de très grande longueur (quelques mètres) -voir le document [1] - en utilisant éventuellement une fibre optique,- triggering in very long cavities (a few meters) - see document [1] - possibly using optical fiber,

- le déclenchement actif utilisant un modulateur de pertes commandé en temps réel - voir le document [2],- active triggering using a loss modulator controlled in real time - see document [2],

- la modulation du gain (« gain-switch ») - voir le document [3], et- gain modulation (“gain-switch”) - see document [3], and

- l'utilisation d'un miroir à conjugaison de phase dans la cavité résonante - voir le document [4] - à la place de l'un des miroirs terminaux de cette cavité résonante . Dans le cas du mode relaxé, le milieu amplificateur est pompé par une impulsion lumineuse provenant de la source de pompage. Le laser émet alors une série d'impulsions lumineuses amorties correspondant au régime transitoire de démarrage du laser. Ce phénomène est indésirable lorsqu'on désire une impulsion longue (c'est-à-dire une impulsion de longue durée) . Il existe cependant des améliorations de cette technique :- the use of a phase conjugation mirror in the resonant cavity - see document [4] - instead of one of the terminal mirrors of this resonant cavity. In the relaxed mode, the amplifying medium is pumped by a light pulse from the pumping source. The laser then emits a series of damped light pulses corresponding to the transient laser start-up regime. This phenomenon is undesirable when a long pulse (i.e. a long duration pulse) is desired. There are, however, improvements to this technique:

- le mode relaxé avec sélection d'une impulsion au moyen d'un modulateur (découpage temporel) - voir le document [5] et- the relaxed mode with selection of a pulse by means of a modulator (time division) - see document [5] and

- le mode relaxé avec un absorbant non-linéaire dans la cavité laser, qui moyenne la puissance de l'ensemble des impulsions émises (voir le document [6] mais aussi le document [7] où l'on explique que les impulsions obtenues présentent encore des oscillations) . En fait, les lasers solides connus ne sont pas adaptés à l'émission d'impulsions longues (de l'ordre de 100 ns à 1 ns ou plus) à des fréquences moyennes ou élevées, supérieures ou égales à 500 Hz.- the relaxed mode with a non-linear absorbent in the laser cavity, which averages the power of all the pulses emitted (see document [6] but also document [7] where it is explained that the pulses obtained have still oscillations). In fact, known solid lasers are not suitable for the emission of long pulses (of the order of 100 ns to 1 ns or more) at medium or high frequencies, greater than or equal to 500 Hz.

En particulier, aucun microlaser connu n'est capable d'émettre des impulsions dont la durée est supérieure à une centaine de nanosecondes.In particular, no known microlaser is capable of emitting pulses whose duration is greater than one hundred nanoseconds.

EXPOSÉ DE L'INVENTIONSTATEMENT OF THE INVENTION

La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. Elle a pour objet un laser solide comprenant une cavité résonante et, dans cette cavité, un milieu amplificateur et un modulateur de pertes, afin d'engendrer des impulsions lumineuses après pompage optique du milieu amplificateur, ce laser étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre, dans la cavité, un moyen d'allongement de la durée des impulsions lumineuses par l'effet photoréfractif qui est un effet optique non-linéaire ne transformant pas la longueur d'onde du laser.The object of the present invention is to remedy these drawbacks. It relates to a solid laser comprising a resonant cavity and, in this cavity, an amplifying medium and a loss modulator, in order to generate light pulses after optical pumping of the amplifying medium, this laser being characterized in that it comprises in addition, in the cavity, a means of lengthening the duration of the light pulses by the photorefractive effect which is a non-linear optical effect which does not transform the wavelength of the laser.

Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, ce moyen d'allongement de la durée et le milieu amplificateur (ou le modulateur de pertes) sont formés à partir d'un même matériau.According to a particular embodiment of the invention, this means of lengthening the duration and the amplifying medium (or the loss modulator) are formed from the same material.

Selon un autre mode de réalisation particulier, le moyen d'allongement de la durée, le milieu amplificateur et le modulateur de pertes sont formés à partir de matériaux différents.According to another particular embodiment, the duration extension means, the amplifying medium and the loss modulator are formed from different materials.

Selon un mode de réalisation préféré du laser objet de l'invention, ce laser est un microlaser. Le moyen d'allongement de la durée des impulsions lumineuses est par exemple un élément comprenant au moins une couche d'un matériau choisi dans le groupe comprenant les cristaux semiconducteurs, les cristaux d'oxydes et les polymères, ayant des propriétés photoréfractives . A titre d'exemple, le matériau constitutif d'un tel élément connu pour ses propriétés photoréfractives (voir le document [9]) peut être :According to a preferred embodiment of the laser object of the invention, this laser is a microlaser. The means for lengthening the duration of the light pulses is for example an element comprising at least one layer of a material chosen from the group comprising semiconductor crystals, oxide crystals and polymers, having photorefractive properties. By way of example, the material constituting such an element known for its photorefractive properties (see document [9]) can be:

- un cristal semiconducteur semi-isolant comme le phosphure d' indium dopé fer (InP:Fe), l'arséniure de gallium (AsGa) , le tellure de cadmium dopé vanadium ou titane (CdTe:V ou CdTerTi), ou d'autres semiconducteurs connus pour leurs propriétés photoréfractives, ou- a semi-insulating semiconductor crystal such as indium phosphide iron doped (InP: Fe), gallium arsenide (AsGa), cadmium tellurium doped vanadium or titanium (CdTe: V or CdTerTi), or others semiconductors known for their photorefractive properties, or

- un cristal de matériau oxyde, comme BaTi0₃, Biι₂SiO₂₀, LiNb0₃:Fe, ou- a crystal of oxide material, such as BaTi0 ₃ , Biι ₂ SiO ₂₀ , LiNb0 ₃ : Fe, or

- un polymère déposé sous la forme d'une couche mince ou d'une pluralité de couches minces, ce polymère étant par exemple un mélange d'un polymère chromatophore et d'un polymère conducteur dans une matrice polymère (voir le document [10]).a polymer deposited in the form of a thin layer or a plurality of thin layers, this polymer being for example a mixture of a polymer chromatophore and a conductive polymer in a polymer matrix (see document [10]).

L'élément peut être compris entre deux électrodes prévues pour créer, lorsqu'une tension électrique est appliquée entre elles, un champ électrique parallèle à l'axe de propagation des impulsions lumineuses engendrées dans la cavité.The element may be between two electrodes provided to create, when an electric voltage is applied between them, an electric field parallel to the axis of propagation of the light pulses generated in the cavity.

Selon un premier mode de réalisation particulier du laser objet de l'invention, le modulateur de pertes est un milieu absorbant saturable, le laser étant ainsi déclenché passivement.According to a first particular embodiment of the laser object of the invention, the loss modulator is a saturable absorbing medium, the laser being thus triggered passively.

Ce milieu absorbant saturable est par exemple choisi dans le groupe comprenant :This saturable absorbent medium is for example chosen from the group comprising:

- les cristaux, les couches monocristallines et les couches sol-gel, qui sont dopés avec des ions absorbants saturables,- crystals, monocrystalline layers and sol-gel layers, which are doped with saturable absorbent ions,

- les semiconducteurs ternaires ou quaternaires dont la composition est ajustée pour obtenir une largeur de bande interdite voisine de la fréquence d'émission du laser et- ternary or quaternary semiconductors, the composition of which is adjusted to obtain a forbidden bandwidth close to the emission frequency of the laser, and

- les semiconducteurs comprenant un ou une pluralité de puits quantiques (« quantum wells ») de largeur adaptée à la longueur d'onde du laser.- the semiconductors comprising one or a plurality of quantum wells (width) adapted to the wavelength of the laser.

Dans le cas où le milieu amplificateur (le matériau laser) est monocristallin, une couche monocristalline formant le milieu absorbant saturable peut être déposée par epitaxie en phase liquide sur ce milieu amplificateur et peut être accordée à celui-ci du point de vue des mailles cristallines ou, au contraire, contrainte.In the case where the amplifying medium (the laser material) is monocrystalline, a monocrystalline layer forming the saturable absorbent medium can be deposited by epitaxy in liquid phase on this amplifying medium and can be given to the latter from the point of view of the crystal meshes or, on the contrary, constraint.

De préférence, un semiconducteur ternaire ou quaternaire formant le milieu absorbant saturable est déposé par epitaxie par jet moléculaire (« molecular beam epitaxy ») ou par dépôt chimique en phase vapeur aux organométalliques (« metalorganic chemical vapor déposition ») sur un substrat semiconducteur qui est ensuite assemblé avec le milieu amplificateur.Preferably, a ternary or quaternary semiconductor forming the saturable absorbent medium is deposited by molecular beam epitaxy. (“Molecular beam epitaxy”) or by chemical vapor deposition with organometallics (“metalorganic chemical vapor deposition”) on a semiconductor substrate which is then assembled with the amplifying medium.

De plus, dans le cas d'un semiconducteur quaternaire, la composition de ce dernier est de préférence ajustée en outre pour obtenir un matériau qui est accordé à celui du substrat correspondant du point de vue des mailles cristallines et qui est donc non contraint .In addition, in the case of a quaternary semiconductor, the composition of the latter is preferably further adjusted to obtain a material which is matched to that of the corresponding substrate from the point of view of crystalline meshes and which is therefore unconstrained.

Le ou les puits quantiques mentionnés plus haut sont par exemple formés sur un substrat semiconducteur qui est assemblé avec le milieu amplificateur.The quantum well (s) mentioned above are for example formed on a semiconductor substrate which is assembled with the amplifying medium.

Selon un deuxième mode de réalisation particulier du laser objet de l'invention, le modulateur de pertes est un modulateur commandé en tension, le laser étant ainsi déclenché activement. Selon un mode de réalisation particulier du laser objet de l'invention, le modulateur de pertes (en particulier lorsqu'il s'agit d'un absorbant saturable) et le moyen d'allongement de la durée des impulsions lumineuses sont associés au milieu amplificateur par un procédé choisi dans le groupe comprenant :According to a second particular embodiment of the laser object of the invention, the loss modulator is a voltage-controlled modulator, the laser being thus actively triggered. According to a particular embodiment of the laser object of the invention, the loss modulator (in particular when it is a saturable absorbent) and the means for lengthening the duration of the light pulses are associated with the amplifying medium. by a process chosen from the group comprising:

- l'assemblage avec une colle optique,- assembly with an optical adhesive,

- l'assemblage avec un cordon de résine,- assembly with a bead of resin,

- le dépôt sous la forme d'au moins une couche mince etthe deposition in the form of at least one thin layer and

- le dépôt sur un substrat distinct du milieu amplificateur, ce dépôt étant suivi d'un assemblage de ce substrat avec ce milieu amplificateur.the deposition on a substrate separate from the amplifying medium, this deposition being followed by an assembly of this substrate with this amplifying medium.

Au sujet de l'assemblage avec un cordon de résine on se reportera au document [8] . En ce qui concerne la couche mince, il s'agit par exemple d'une couche sol-gel ou d'une couche épitaxiée, dopée avec des ions absorbants saturables.On the subject of assembly with a resin bead, refer to document [8]. As regards the thin layer, it is for example a sol-gel layer or an epitaxial layer, doped with saturable absorbent ions.

En ce qui concerne le substrat, ce dernier peut être ensuite enlevé mais il peut déjà contenir un miroir constituant le miroir de sortie de la cavité résonante auquel cas ce substrat est conservé.As regards the substrate, the latter can then be removed but it may already contain a mirror constituting the exit mirror of the resonant cavity in which case this substrate is preserved.

Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la cavité résonante est délimitée par un miroir d'entrée et un miroir de sortie et le moyen d' allongement de la durée des impulsions lumineuses est disposé entre le modulateur de pertes et le miroir de sortie ou entre ce modulateur de pertes et le milieu amplificateur . Dans la présente invention, les longueursAccording to a particular embodiment of the invention, the resonant cavity is delimited by an input mirror and an output mirror and the means for lengthening the duration of the light pulses is arranged between the loss modulator and the mirror. output or between this loss modulator and the amplifying medium. In the present invention, the lengths

^'d'onde de base particulièrement intéressantes sont 0,946 μm, 1,06 μm, 1,3 μm, 1,55 μm et 2 μm. Mais on peut obtenir d'autres longueurs d'onde en utilisant un élément optique non-linéaire pour obtenir des harmoniques de ces longueurs d'onde de base (par exemple 473 nm, 532 nm, 466 nm) ou pour générer des longueurs d'onde supérieures, par exemple par oscillation paramétrique optique ou amplification paramétrique optique (OPO ou OPA) . Pour toutes les longueurs d'onde de base, il est possible de trouver un absorbant saturable adapté en longueur d'onde (par exemple un matériau semiconducteur) . ^{'Particularly} advantageous basic wave are 0.946 microns, 1.06 microns, 1.3 microns, 1.55 microns and 2 microns. However, other wavelengths can be obtained by using a non-linear optical element to obtain harmonics of these basic wavelengths (for example 473 nm, 532 nm, 466 nm) or to generate lengths of higher wave, for example by optical parametric oscillation or optical parametric amplification (OPO or OPA). For all basic wavelengths, it is possible to find a saturable absorbent suitable for wavelength (for example a semiconductor material).

De plus, pour la plupart des longueurs d'onde, il est possible de trouver un matériau qui présente des propriétés photoréfractives (par exemple InP semi-isolant entre 0,85 et 1,6 μm, AsGa semi- isolant entre 0,8 et 1,8 μm et BaTi0₃ entre 0,4 et 0,9 μm) . D'autres matériaux solides non-linéaires connus sont utilisables : par exemple KTP, BBO, LiI0₃, LiNb0₃ et CdS .In addition, for most wavelengths, it is possible to find a material which has photorefractive properties (for example semi-insulating InP between 0.85 and 1.6 μm, semi-insulating AsGa between 0.8 and 1.8 μm and BaTi0 ₃ between 0.4 and 0.9 μm). Other known non-linear solid materials can be used: for example KTP, BBO, LiI0 ₃ , LiNb0 ₃ and CdS.

On indique ci-après divers avantages de l'invention.Various advantages of the invention are indicated below.

Un microlaser conforme à l'invention conserve les avantages d'un microlaser de type continu ou déclenché (compacité, coût réduit, fabrication collective, fiabilité du fait de son caractère monolithique et indéréglable, maintenance réduite, conception de microsystème optique grâce à l'utilisation de composants micro-optiques).A microlaser according to the invention retains the advantages of a microlaser of the continuous or triggered type (compactness, reduced cost, collective manufacturing, reliability due to its monolithic and foolproof nature, reduced maintenance, design of optical microsystem through the use of micro-optical components).

D'autres avantages spécifiques s'ajoutent :Other specific advantages are added:

Les impulsions produites sont longues et répondent à toutes les applications où un laser solide connu, à déclenchement et à commutation de gain n'apporte pas de solution (voir plus loinThe pulses produced are long and respond to all applications where a known solid-state laser, with triggering and gain switching does not provide a solution (see below).

« Applications industrielles ») ."Industrial applications").

Souvent les lasers solides déclenchés produisent des impulsions lumineuses courtes et ont de ce fait des puissances-crêtes élevées. Ceci conduit souvent à l' endommagement ou à la destruction des surfaces rencontrées par ces impulsions au cours de leur utilisation. Des impulsions longues, obtenues grâce à l'invention, permettent de répartir la même énergie dans le temps et d'éviter les pics de puissance dangereux.Often the solid-state lasers triggered produce short light pulses and therefore have high peak powers. This often leads to damage or destruction of the surfaces encountered by these pulses during their use. Long pulses, obtained thanks to the invention, make it possible to distribute the same energy over time and to avoid dangerous power peaks.

Dans l'invention, en agissant sur les paramètres de l'absorbant saturable (cas du déclenchement passif) et sur les paramètres de l'élément non-linéaire prévu pour allonger les impulsions, on peut jouer sur la forme des impulsions émises : impulsions triangulaires ou d'allure gaussienne par exemple.In the invention, by acting on the parameters of the saturable absorbent (case of passive triggering) and on the parameters of the non-linear element intended to lengthen the pulses, one can play on the shape of the pulses. emitted: triangular or Gaussian-looking pulses, for example.

Les impulsions longues peuvent être modulées temporellement . A titre d'exemple, un code peut être associé à chaque impulsion émise par le laser en utilisant un modulateur en dehors de la cavité du laser.Long pulses can be time modulated. For example, a code can be associated with each pulse emitted by the laser using a modulator outside the laser cavity.

Dans le cas d'un laser conforme à l'invention, à déclenchement actif, il peut arriver que le matériau modulateur de pertes soit aussi photoréfractif . Un exemple est le cas de LiNb0₃, qui est un matériau électro-optique utilisable pour le déclenchement actif des lasers. Lorsque ce matériau est dopé avec du fer, il devient photoréfractif . De toute façon, de manière générale, un matériau photoréfractif présente -. un coefficient électro-optique non négligeable. Muni d'électrodes, il peut donc jouer le rôle de modulateur commandé en tension pour le déclenchement actif d'un laser conforme à l'invention.In the case of a laser according to the invention, with active triggering, it may happen that the loss modulator material is also photorefractive. An example is the case of LiNb0 ₃ , which is an electro-optical material usable for the active triggering of lasers. When this material is doped with iron, it becomes photorefractive. In any case, in general, a photorefractive material has -. a significant electro-optical coefficient. Equipped with electrodes, it can therefore play the role of voltage-controlled modulator for the active triggering of a laser according to the invention.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :The present invention will be better understood on reading the description of exemplary embodiments given below, by way of purely indicative and in no way limiting, with reference to the appended drawings in which:

• la figure 1 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un microlaser connu, déclenché de façon active, et a déjà été décrite, • la figure 2 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un microlaser connu, déclenché de façon passive, et a déjà été décrite,FIG. 1 is a schematic longitudinal section view of a known microlaser, actively activated, and has already been described, FIG. 2 is a schematic longitudinal section view of a known microlaser, triggered passively, and has already been described,

• la figure 3A est une vue en coupe longitudinale schématique d'un microlaser conforme à l'invention, comprenant un absorbant saturable et un élément photoréfractif,FIG. 3A is a schematic longitudinal section view of a microlaser according to the invention, comprising a saturable absorbent and a photorefractive element,

• la figure 3B est une vue en coupe longitudinale schématique d'un laser solide conforme à l'invention, comprenant un absorbant saturable et un élément photoréfractif,FIG. 3B is a schematic longitudinal section view of a solid laser according to the invention, comprising a saturable absorbent and a photorefractive element,

• la figure 4 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un autre microlaser conforme à l'invention, comprenant un absorbant saturable déposé en couche mince, etFIG. 4 is a schematic longitudinal section view of another microlaser according to the invention, comprising a saturable absorbent deposited in a thin layer, and

• la figure 5 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un autre microlaser conforme à l'invention, comprenant un élément photoréfractif compris entre deux électrodes.• Figure 5 is a schematic longitudinal sectional view of another microlaser according to the invention, comprising a photorefractive element between two electrodes.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERSDETAILED PRESENTATION OF PARTICULAR EMBODIMENTS

Le microlaser conforme à l'invention, qui est schematiquement représenté en coupe longitudinale sur la figure 3A, comprend successivement un miroir d'entrée 20, un milieu amplificateur ou milieu à gain 22, un absorbant saturable 24 compris entre deux couches intermédiaires 26 et 27 servant à contrôler les coefficients de réflexion et de transmission à chaque interface entre deux matériaux distincts, et par exemple réalisées par un ensemble de couches en Si0₂ et Ti0₂ alternées, un élément photoréfractif 28 et un miroir de sortie 30.The microlaser according to the invention, which is schematically represented in longitudinal section in FIG. 3A, successively comprises an input mirror 20, an amplifying medium or gain medium 22, a saturable absorbent 24 comprised between two intermediate layers 26 and 27 used to control the reflection and transmission coefficients at each interface between two distinct materials, and for example produced by a set of layers in Si0 ₂ and Ti0 ₂ alternating, a photorefractive element 28 and an output mirror 30.

On voit aussi un faisceau 32 de pompage optique du milieu amplificateur, envoyé vers ce dernier suivant un axe X, à travers le miroir d'entrée, ainsi qu'un faisceau laser impulsionnel, ou impulsion laser 34, qui est engendré par le milieu amplificateur ainsi excité et qui se propage aussi suivant l'axe X.We also see a beam 32 of optical pumping of the amplifying medium, sent towards the latter along an axis X, through the input mirror, as well as a pulsed laser beam, or laser pulse 34, which is generated by the amplifying medium. thus excited and which also propagates along the X axis.

Le laser solide conforme à l'invention, qui est schematiquement représenté en coupe longitudinale sur la figure 3B, comprend successivement un miroir d'entrée 35, un milieu amplificateur 36, un absorbant saturable 38, un élément photoréfractif 40 et un miroir de sortie 42. On voit aussi le faisceau 44 ou 45 de pompage du milieu amplificateur 36 et le faisceau laser impulsionnel engendré 46 qui se propage suivant le même axe X que le faisceau 44 (ce faisceau 44 correspondant à un pompage longitudinal et le faisceau 45 à un pompage transverse) . Dans le laser solide de la figure 3B, les composants 35, 36, 38, 40 et 42 sont espacés les uns des autres alors que les composants du microlaser de la figure 3A sont en contact les uns avec les autres (et il en est de même pour les microlasers des figures 4 et 5) .The solid laser according to the invention, which is shown diagrammatically in longitudinal section in FIG. 3B, successively comprises an input mirror 35, an amplifying medium 36, a saturable absorbent 38, a photorefractive element 40 and an output mirror 42 We also see the beam 44 or 45 pumping the amplifying medium 36 and the generated pulsed laser beam 46 which propagates along the same axis X as the beam 44 (this beam 44 corresponding to a longitudinal pumping and the beam 45 to a pumping transverse). In the solid laser of FIG. 3B, the components 35, 36, 38, 40 and 42 are spaced from each other while the components of the microlaser of FIG. 3A are in contact with each other (and so on even for the microlasers of Figures 4 and 5).

Le microlaser conforme à l'invention, qui est schematiquement représenté en coupe longitudinale sur la figure 4, comprend successivement un miroir d'entrée 48, un milieu amplificateur 50, une couche mince 52 d'un absorbant saturable, un substrat photoréfractif 54 et un miroir de sortie 56.The microlaser according to the invention, which is schematically represented in longitudinal section in FIG. 4, successively comprises an input mirror 48, an amplifying medium 50, a thin layer 52 of a saturable absorbent, a photorefractive substrate 54 and a exit mirror 56.

Une couche anti-reflet 58 (par exemple en MgF₂) ou un ensemble de couches antireflet (par exemple en Si0₂/Ti0₂) est éventuellement interposé entre le milieu amplificateur et la couche mince 52.An anti-reflection layer 58 (for example made of MgF ₂ ) or a set of anti-reflection layers (for example in Si0 ₂ / Ti0 ₂ ) is optionally interposed between the amplifying medium and the thin layer 52.

Le substrat 54 est semiconducteur (par exemple en InP dopé Fe, en AsGa non dopé ou en CdTe dopé V ou Ti) et la couche mince 52, également semiconductrice, est déposée sur ce dernier.The substrate 54 is semiconductor (for example made of Fe doped InP, undoped AsGa or V or Ti doped CdTe) and the thin layer 52, also semiconductor, is deposited on the latter.

Le milieu amplificateur 50 est fixé à la couche 52 (ou à la couche 58 lorsqu'elle existe) par un cordon de résine 60 ou par une couche de colle optique. On voit encore un faisceau 62 de pompage du milieu amplificateur et le faisceau laser impulsionnel engendré 64 qui se propagent suivant un même axe X.The amplifying medium 50 is fixed to the layer 52 (or to the layer 58 when it exists) by a bead of resin 60 or by a layer of optical glue. We also see a beam 62 for pumping the amplifying medium and the generated pulsed laser beam 64 which propagate along the same axis X.

Le microlaser conforme à l'invention, qui est schematiquement représenté en coupe longitudinale sur la figure 5, comprend successivement un miroir d'entrée 66, un milieu amplificateur 68, une couche photoréfractive 70, un absorbant saturable 72 et un miroir de sortie 74. On voit aussi un faisceau 76 de pompage optique du milieu amplificateur et le faisceau laser impulsionnel engendré 78 qui se propagent suivant un même axe X.The microlaser according to the invention, which is shown diagrammatically in longitudinal section in FIG. 5, successively comprises an input mirror 66, an amplifying medium 68, a photorefractive layer 70, a saturable absorbent 72 and an output mirror 74. We also see a beam 76 for optical pumping of the amplifying medium and the generated pulsed laser beam 78 which propagate along the same axis X.

La couche photoréfractive 70 peut être placée entre deux électrodes 80 et 82 pour créer un champ électrique (continu ou alternatif) parallèle à l'axe X en appliquant une tension électrique appropriéeThe photorefractive layer 70 can be placed between two electrodes 80 and 82 to create an electric field (direct or alternating) parallel to the X axis by applying an appropriate electric voltage

(continue ou alternative) entre les électrodes. Ce champ permet d'agir sur l'efficacité de l'effet photoréfractif . On peut par exemple utiliser des électrodes transparentes en ITO. Dans le laser solide de chacune des figures(continuous or alternative) between the electrodes. This field makes it possible to act on the efficiency of the photorefractive effect. One can for example use transparent ITO electrodes. In the solid laser of each of the figures

3A, 3B, 4 et 5, l'absorbant saturable (par exemple 24 sur la figure 3A ou 38 sur la figure 3B) peut être remplacé par un modulateur électro-optique (25 sur la figure 3A et 39 sur la figure 3B) , pour former un laser impulsionnel déclenché de façon active.3A, 3B, 4 and 5, the saturable absorbent (for example 24 in FIG. 3A or 38 in FIG. 3B) can be replaced by an electro-optical modulator (25 in the FIG. 3A and 39 in FIG. 3B), to form an actively triggered pulse laser.

On explique maintenant un exemple de procédé de fabrication d'un microlaser conforme à l'invention.An example of a method for manufacturing a microlaser according to the invention will now be explained.

Il convient de noter que trois fonctions sont réunies dans la cavité de ce microlaser et sont accomplies grâce à des matériaux que l'on peut assembler selon différentes techniques possibles. La fabrication de ce microlaser a lieu selon les étapes suivantes, toutes compatibles avec une fabrication collective.It should be noted that three functions are combined in the cavity of this microlaser and are accomplished using materials which can be assembled using different possible techniques. The manufacture of this microlaser takes place according to the following stages, all compatible with collective production.

1°) Découpage du matériau laser en tranches de 25 mm de diamètre par exemple, en fonction éventuellement des axes cristallographiques pour un matériau cristallin anisotrope. Une scie à lame diamantée peut être utilisée.1 °) Cutting of the laser material into slices of 25 mm in diameter for example, possibly depending on the crystallographic axes for an anisotropic crystalline material. A diamond saw can be used.

2°) Rodage puis polissage des deux faces de chaque tranche, pour avoir des faces planes et parallèles. L'épaisseur du matériau laser est fixée par cette étape.2 °) Lapping then polishing of the two faces of each section, to have flat and parallel faces. The thickness of the laser material is fixed by this step.

3°) Préparation d'un substrat photoréfractif (découpe, polissage, nettoyage) . Des substrats de ce genre sont disponibles dans le commerce (par exemple auprès de la société Inpact (France) notamment pour InP:Fe).3 °) Preparation of a photorefractive substrate (cutting, polishing, cleaning). Substrates of this kind are commercially available (for example from the company Inpact (France) in particular for InP: Fe).

4°) Dépôt de l'absorbant saturable sur ce substrat. Dans le cas de matériaux semiconducteurs, la technique d' epitaxie par jet moléculaire (MBE) ou de dépôt chimique en phase vapeur aux organométalliques4) Deposit of the saturable absorbent on this substrate. In the case of semiconductor materials, the technique of molecular beam epitaxy (MBE) or chemical vapor deposition with organometallics

(MOCVD) est utilisable.(MOCVD) can be used.

5°) Nettoyage et polissage de l'ensemble substrat photoréfractif + absorbant saturable. Le polissage ne concerne que la face du substrat photoréfractif .5) Cleaning and polishing of the photorefractive substrate + saturable absorbent assembly. The polishing only concerns the face of the photorefractive substrate.

6^e) Dépôt du miroir d'entrée sur le matériau laser et éventuellement d'une couche antireflet sur le matériau laser ou sur l'ensemble substrat photoréfractif + absorbant saturable, ainsi que du miroir de sortie sur le substrat photoréfractif. La couche antireflet se trouve entre les deux éléments et fonctionne à la longueur d'onde du laser. 7^e) Assemblage de la tranche de matériau laser et de l'ensemble substrat photoréfractif + absorbant saturable, par exemple par collage sous presse ou en suivant l'enseignement du document [8] . Les miroirs sont à l'extérieur de l'assemblage. 8°) Découpe des puces microlasers ^E ) Deposition of the input mirror on the laser material and possibly of an antireflection layer on the laser material or on the photorefractive + saturable absorbent substrate assembly, as well as of the output mirror on the photorefractive substrate. The anti-reflective layer is located between the two elements and operates at the wavelength of the laser. 7 ^e ) Assembly of the wafer of laser material and of the photorefractive substrate + saturable absorbent assembly, for example by press bonding or following the teaching of document [8]. The mirrors are outside the assembly. 8 °) Cutting of microchips chips

(« microchip lasers ») avec une scie circulaire diamantée (identique à celle qui est utilisée en microélectronique) .("Microchip lasers") with a diamond circular saw (identical to that used in microelectronics).

9°) Connexion d'une diode de pompage optique à chaque microlaser.9 °) Connection of an optical pumping diode to each microlaser.

Il est possible également de réaliser des microlasers conformes à l'invention .de façon individuelle, en assemblant des échantillons de petite taille (quelques millimètres) des différents matériaux. Par exemple, un laser conforme à l'invention est réalisable à l'aide d'un verre dopé avec de l'erbium et de l'ytterbium, un cristal de LMA dopé avec du cobalt (voir le document [11]) et un cristal d' InP semi-isolant dopé avec du fer. Des microlasers ont été réalisés avec un milieu à gain constitué de verre de phosphate dopé à 0,8% en masse avec de l'oxyde d'erbium (Er₂0₃) et à 20% en masse avec de l'oxyde d'ytterbium (Yb₂0₃) . Ce genre de verre : Er, Yb est commercialement disponible auprès de la société Kigre aux USA. Il possède une composition en Er et Yb spécialement adaptée au fonctionnement d'un microlaser à 1,55 μm. Une lame de verre de 0,75 mm ou de 1 mm d'épaisseur est utilisée. Elle a été polie pour obtenir deux faces planes et parallèles.It is also possible to produce microlasers in accordance with the invention. Individually, by assembling small samples (a few millimeters) of the different materials. For example, a laser according to the invention can be produced using a glass doped with erbium and ytterbium, an LMA crystal doped with cobalt (see document [11]) and a semi-insulating InP crystal doped with iron. Microlasers were produced with a gain medium consisting of phosphate glass doped at 0.8% by mass with erbium oxide (Er ₂ 0 ₃ ) and at 20% by mass with oxide of ytterbium (Yb ₂ 0 ₃ ). This genre glass: Er, Yb is commercially available from Kigre in the USA. It has an Er and Yb composition specially adapted for the operation of a 1.55 μm microlaser. A 0.75 mm or 1 mm thick glass slide is used. It has been polished to obtain two flat and parallel faces.

Le rôle de l'absorbant saturable est tenu par une couche de matériau semi-conducteur dont la largeur de bande interdite est fixée par la longueur d'onde souhaitée (1,55 μm) . Les couches d'absorbant saturable sont soit des couches épaisses contraintes en InGaAs, soit des couches en InGaAIAs, soit des structures à plusieurs puits quantiques en inGaAs de 9 nm dans des barrières de InAlAs . Le miroir d'entrée est déposé sur une face de la lame de verre : Er, Yb. Il s'agit d'un empilement de couches Si0₂/Ti0₂ réalisé par pulvérisation ionique. De même, on dépose la couche antireflet par exemple sur l'autre face de la lame de verre et le miroir de sortie sur le semiconducteur. Les lamelles en matériaux semiconducteurs sont assemblées de façon mécanique avec des lamelles de verre : Er, Yb.The role of the saturable absorbent is held by a layer of semiconductor material whose forbidden bandwidth is fixed by the desired wavelength (1.55 μm). The saturable absorbent layers are either thick layers constrained in InGaAs, or layers in InGaAIAs, or structures with several quantum wells in 9 nm inGaAs in InAlAs barriers. The entrance mirror is placed on one side of the glass slide: Er, Yb. It is a stack of Si0 ₂ / Ti0 ₂ layers produced by ion sputtering. Likewise, the anti-reflective layer is deposited, for example on the other face of the glass slide and the output mirror on the semiconductor. The strips of semiconductor materials are assembled mechanically with glass strips: Er, Yb.

La cavité est pompée par une diode laser émettant autour de 975 nm (commercialement disponible auprès de Spectra Diode Labs aux USA) .The cavity is pumped by a laser diode emitting around 975 nm (commercially available from Spectra Diode Labs in the USA).

Les résultats typiques obtenus avec de tels microlasers sont donnés dans le tableau suivant :

Typical results obtained with such microlasers are given in the following table:

On donne quelques exemples plus précis de matériaux semiconducteurs utilisables comme couche absorbante sur un substrat de InP:Fe servant à élargir les impulsions :We give some more precise examples of semiconductor materials that can be used as an absorbent layer on an InP: Fe substrate used to widen the pulses:

- semiconducteur In₀, ₈Ga_.,₅₂As sur substrat InP:Fe de 350 μm d'épaisseur (dopage Fe entre 10¹⁷ et 10¹⁸ atomes par cm³) , couche contrainte de 50 nm d'épaisseur,- In semiconductor ₀ ₈ _Ga. , ₅₂ As on InP substrate: Fe 350 μm thick (Fe doping between 10 ¹⁷ and 10 ¹⁸ atoms per cm ³ ), constrained layer 50 nm thick,

- semiconducteur Ino_,53Gao, As/Ino,₅₂Alo, _As sur substrat InP:Fe (dopage Fe entre 10¹⁶ et 10¹⁷ atomes par cm³) comportant quatre ou sept puits quantiques de InGaAs d'épaisseur 9 nm entre des barrières InAlAs de 20 nm, le tout étant accordé en maille et non contraint (ce qui fixe la composition), le substrat InP:Fe ayant 400 μm d'épaisseur.- Ino _{, 53} Gao, As / Ino, ₅₂ Alo, _As semiconductor on InP: Fe substrate (Fe doping between 10 ¹⁶ and 10 ¹⁷ atoms per cm ³ ) comprising four or seven quantum wells of InGaAs with a thickness of 9 nm between barriers InAlAs of 20 nm, the whole being tuned in mesh and not constrained (which fixes the composition), the substrate InP: Fe having 400 μm of thickness.

Un autre matériau absorbant saturable en LMA.Co, dopé à 0,3%, d'épaisseur 750 μm, assemblé avec une lamelle d'InP:Fe d'épaisseur 400 μm, elle-même assemblée avec une lamelle de verre : Er, Yb d'épaisseur 1 mm a permis d'atteindre des résultats semblables à ceux qui sont donnés dans le tableau.Another saturable absorbent material in LMA.Co, doped at 0.3%, of thickness 750 μm, assembled with an InP: Fe strip of thickness 400 μm, itself assembled with a glass strip: Er, Yb with a thickness of 1 mm made it possible to achieve results similar to those given in the table.

APPLICATIONS INDUSTRIELLESINDUSTRIAL APPLICATIONS

Les microlasers selon l'invention permettent de délivrer des impulsions longues de forte énergie, à haute cadence de- tir, ce qui est intéressant pour de nombreuses applications : 1°) génération et détection d'ultrasons en utilisant des impulsions courtes et des impulsions longues (trains d'impulsions codées pour l'application au contrôle non destructif par ultrasons) , 2°) nombreuses applications médicales :The microlasers according to the invention make it possible to deliver long pulses of strong energy, at high rate of fire, which is interesting for many applications: 1) generation and detection of ultrasound using short pulses and long pulses (coded pulse trains for application to non-destructive testing) ultrasound), 2) numerous medical applications:

• impulsions lasers d'environ 500 microsecondes pour enlever les anomalies de pigmentation de la peau comme par exemple les zones vascularisées, les taches et les tatouages• laser pulses of around 500 microseconds to remove abnormal pigmentation of the skin such as vascularized areas, spots and tattoos

• la lithotripsie ou destruction des calculs• lithotripsy or destruction of stones

• le traitement des ulcères, avec des impulsions à forte cadence de répétition, 3°) utilisation d'impulsions longues codées, par exemple avec un code binaire pseudo-aléatoire, par exemple dans des émetteurs de télémétrie pour l'automobile ou les missiles, ou pour la mesure de la vitesse des écoulements de fluides, 4°) application faisant appel à la modulation de la durée des impulsions :• treatment of ulcers, with pulses with a high repetition rate, 3 °) use of long coded pulses, for example with a pseudo-random binary code, for example in telemetry transmitters for the automobile or missiles, or for measuring the speed of fluid flows, 4 °) application calling for the modulation of the pulse duration:

• l'impression laser• laser printing

• le bistouri laser, qui coupe, cautérise, chauffe ou nécrose selon la durée et l'énergie des impulsions• the laser scalpel, which cuts, cauterises, heats or necroses depending on the duration and energy of the pulses

• le stockage optique des données, qui fait appel à des impulsions de longueurs déterminées pour effacer, écrire ou lire les données,• optical data storage, which uses pulses of determined lengths to erase, write or read data,

5°) utilisation des impulsions longues dans certains procédés industriels, par exemple pour l'amélioration de la qualité des dépôts obtenus par ablation laser, le traitement de surface et les insolateurs utilisés en microélectronique,5) use of long pulses in certain industrial processes, for example for improving the quality of the deposits obtained by laser ablation, surface treatment and insulators used in microelectronics,

6°) l'ignition par laser, par exemple pour les moteurs à essence ou encore pour les chaînes d'amplificateurs destinés à la fusion nucléaire, et6 °) ignition by laser, for example for petrol engines or for amplifier chains intended for nuclear fusion, and

7°) utilisation des impulsions longues pour le pompage de lasers solides.7) use of long pulses for pumping solid lasers.

En effet, certains lasers solides (par exemple ceux dont le milieu amplificateur est en saphire dopé avec du titane) ne peuvent actuellement pas être pompés par des diodes lasers. L'utilisation de lasers solides pompés par diodes lasers et émettant des impulsions suffisamment longues pour obtenir un pompage efficace des précédents est une solution qui peut s'avérer très rentable.Indeed, certain solid lasers (for example those whose amplifying medium is made of sapphire doped with titanium) cannot currently be pumped by laser diodes. The use of solid lasers pumped by laser diodes and emitting sufficiently long pulses to obtain effective pumping of the preceding is a solution which can prove to be very profitable.

Les documents cités dans la présente description sont les suivants : [1] Jani, Barnes, Murray, Applied Optics, vol.36, n°15, pp 3357-3362The documents cited in the present description are the following: [1] Jani, Barnes, Murray, Applied Optics, vol.36, n ° 15, pp 3357-3362

[2] Panarella, Bradley, IEEE Journal of Quantum Electronics, vol.11, n°5, pp 181-185[2] Panarella, Bradley, IEEE Journal of Quantum Electronics, vol.11, n ° 5, pp 181-185

[3] Fulbert, Kramer, Rabarot, Molva, Conférence ICF 1998, Proceedings SPIE, « Microchip lasers for the LMJ front end »[3] Fulbert, Kramer, Rabarot, Molva, ICF 1998 conference, Proceedings SPIE, “Microchip lasers for the LMJ front end”

[4] Russel, brevet US 7276981 A, 06/06/1989, S.D. Russel[4] Russel, US patent 7276981 A, 06/06/1989, S.D. Russel

[5] Harrison, Rines, Moulton, IEEE Journal of Quantum Electronics, vol.24, n°6, pp 1181-1187 [6] Schwarz, Naiman, Chang, Applied Physics Letters, vol.11, n°7, pp 242-244[5] Harrison, Rines, Moulton, IEEE Journal of Quantum Electronics, vol.24, n ° 6, pp 1181-1187 [6] Schwarz, Naiman, Chang, Applied Physics Letters, vol.11, n ° 7, pp 242-244

[7] Pinto, Esterowitz, IEEE Journal of Quantum Electronics, vol.30, n°l, pp 167-169[7] Pinto, Esterowitz, IEEE Journal of Quantum Electronics, vol.30, n ° l, pp 167-169

[8] Demande de brevet français n° 9608943 du 17 juillet 1996 - voir aussi EP 0820128 A[8] French patent application n ° 9608943 of July 17, 1996 - see also EP 0820128 A

[9] Boyd, « Nonlinear optics », chapitres 10.4 à 10.7, Académie Press, 1992[9] Boyd, "Nonlinear optics", chapters 10.4 to 10.7, Académie Press, 1992

[10] Meerholz, Journal of Optical Society of America, vol.15, n°7, p. 2114, 1998[10] Meerholz, Journal of Optical Society of America, vol.15, no.7, p. 2114, 1998

[11] Demande de brevet français n° 9701010 du 30 janvier 1997 - voir aussi EP 0856924 A[11] French patent application n ° 9701010 of January 30, 1997 - see also EP 0856924 A

[12] US 5,805,622 A[12] US 5,805,622 A

[13] US 5,321,709 A. US 5,321,709 et US 5,805,622 concernent des lasers déclenchés avec un dispositif d'allongement des impulsions. Ce dispositif, dans les deux cas, comprend un matériau non-linéaire de conversion de fréquence optique (doublage de fréquence, sommation de fréquence) .[13] US 5,321,709 A. US 5,321,709 and US 5,805,622 relate to lasers triggered with a pulse extender. This device, in both cases, includes a non-linear material for converting optical frequency (frequency doubling, frequency summation).

Dans la présente invention, on ne souhaite en aucun cas convertir la fréquence du laser. Ce changement non désiré de fréquence est un problème. La technique de l'invention permet de conserver la fréquence et la longueur d'onde du laser.In the present invention, it is in no case desired to convert the frequency of the laser. This unwanted change in frequency is a problem. The technique of the invention makes it possible to conserve the frequency and the wavelength of the laser.

On fait ci-après un rappel sur l'effet non- linéaire de type conversion de fréquence et l'effet photoréfractif : * L'effet non-linéaire de type conversion de fréquence.The following is a reminder of the non-linear effect of frequency conversion type and the photorefractive effect: * The non-linear effect of frequency conversion type.

Il se produit dans certains matériaux une interaction entre des ondes cohérentes dont les fréquences optiques présentent une relation simple (par exemple, l'une étant le double de l'autre, ou encore l'une étant la somme de deux autres fréquences distinctes) . Cette interaction peut être modélisée par un coefficient nommé . ₂ par exemple. Plus le coefficient est fort et plus l'effet non linéaire est efficace. Une autre condition est nécessaire : une relation de phase doit être respectée entre les ondes puisque celles-ci n'ont pas la même longueur d'onde, cette condition est connue sous le nom d'accord de phase. Lorsqu'elle est satisfaite, il y a effectivement conversion de fréquence, par exemple doublage de fréquence. Pour satisfaire cette condition, il faut orienter le cristal selon les axes de l'ellipsoïde des indices du matériau : il faut orienter le cristal au moyen de rayons X par exemple puis le découper selon les bons angles qui respectent la relation d'accord de phase puis placer le cristal sur le faisceau et affiner son orientation par réglage mécanique et thermique.In some materials, there is an interaction between coherent waves whose optical frequencies have a simple relationship (for example, one being twice the other, or one being the sum of two other distinct frequencies). This interaction can be modeled by a named coefficient. ₂ for example. The higher the coefficient, the more effective the nonlinear effect. Another condition is necessary: a phase relationship must be respected between the waves since they do not have the same wavelength, this condition is known as phase tuning. When it is satisfied, there is effectively frequency conversion, for example frequency doubling. To satisfy this condition, it is necessary to orient the crystal along the axes of the ellipsoid of the indices of the material: it is necessary to orient the crystal by means of X-rays for example then to cut it according to the good angles which respect the relation of phase agreement then place the crystal on the beam and refine its orientation by mechanical and thermal adjustment.

* L'effet photoréfractif.* The photorefractive effect.

L'effet photoréfractif est obtenu dans un matériau dans lequel au moins deux ondes se propagent. Ces deux ondes doivent être cohérentes pour pouvoir produire des interférences dans le matériau. Nécessairement cela est possible uniquement si les deux ondes ont des longueurs d' onde ou des fréquences optiques égales. Ces interférences consistent en la modulation dans l'espace de l'intensité de la lumière. Certaines zones sont fortement illuminées et d'autres zones ne reçoivent aucun rayonnement. Dans les zones illuminées, la lumière permet d'exciter les porteurs libre du matériau. Ces porteurs excités se déplacent et sont piégés dans le matériau. Ce phénomène de déplacement provoque une modification locale de l'indice du matériau. Un réseau d'indice conforme à la localisation des franges d' interférence se crée donc dans le matériau. Ce réseau diffracterait un troisième faisceau (toujours à la même longueur d'onde) qui traverserait le matériau. Ici, le cristal photoréfractif fonctionne quelle que soit son orientation cristallographique .The photorefractive effect is obtained in a material in which at least two waves propagate. These two waves must be coherent to be able to produce interference in the material. This is necessarily only possible if the two waves have equal wavelengths or optical frequencies. This interference consists in the modulation in space of the intensity of the light. Some areas are brightly lit and other areas receive no radiation. In the zones illuminated, the light excites the free carriers of the material. These excited carriers move and are trapped in the material. This displacement phenomenon causes a local modification of the index of the material. An index network conforming to the location of the interference fringes is therefore created in the material. This grating would diffract a third beam (always at the same wavelength) which would cross the material. Here, the photorefractive crystal works whatever its crystallographic orientation.

En conclusion, les effets sont facilement distingués par deux aspects : les longueurs d'ondes égales ou différentes (par exemple double, triple, dans une relation de somme, ...) ; la nécessité d'orienter l'élément non-linéaire par rapport à l'axe des faisceaux (inexistant pour l'élément photoréfractif).In conclusion, the effects are easily distinguished by two aspects: the equal or different wavelengths (for example double, triple, in a sum relation, ...); the need to orient the non-linear element relative to the axis of the beams (nonexistent for the photorefractive element).

Il existe un cas particulier : le niobate de lithium (LiNb03) est à la fois non-linéaire et photoréfractif. Il est possible, au vu des critères précédents, de savoir si ce cristal est utilisé en convertisseur de fréquence ou en matériau photoréfractif. En l'occurrence, dans le document US 5,321,709, le niobate de lithium est dans une configuration d'accord de phase (« phase-matched ») . D'autre part il est fait à plusieurs reprises mention de « SHG » c'est-à-dire de génération de seconde harmonique et donc de doublage de fréquence. Il en est de même pour la « SFM » (pour « sum-frequency-mix ») c'est-à-dire la sommation de fréquence par mélange d'ondes, il est donc clair que les auteurs du document US 5,321,709 utilisent le LiNb03 en tant que convertisseur de fréquence. There is a special case: lithium niobate (LiNb03) is both non-linear and photorefractive. It is possible, in view of the above criteria, to know whether this crystal is used in frequency converter or in photorefractive material. In this case, in the document US Pat. No. 5,321,709, the lithium niobate is in a phase-matched configuration. On the other hand, mention is made several times of “SHG”, that is to say of generation of second harmonic and therefore of frequency doubling. It is the same for the “SFM” (for “sum-frequency-mix”) that is to say the summation of frequency by mixing of waves, it is therefore clear that the authors of document US 5,321,709 use the LiNb03 as a frequency converter.

Claims

REVENDICATIONS

1. Laser solide comprenant une cavité résonante et, dans cette cavité, un milieu amplificateur (22, 36, 50, 68) et un modulateur de pertes (24, 25, 38, 39, 52, 72), afin d'engendrer des impulsions lumineuses après pompage optique du milieu amplificateur, ce laser étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre, dans la cavité, un moyen d'allongement de la durée des impulsions lumineuses par l'effet photoréfractif (28, 40, 54, 70).1. Solid laser comprising a resonant cavity and, in this cavity, an amplifying medium (22, 36, 50, 68) and a loss modulator (24, 25, 38, 39, 52, 72), in order to generate light pulses after optical pumping of the amplifying medium, this laser being characterized in that it further comprises, in the cavity, a means of lengthening the duration of the light pulses by the photorefractive effect (28, 40, 54, 70 ).

2. Laser selon la revendication 1, ce laser étant un microlaser.2. Laser according to claim 1, this laser being a microlaser.

3. Laser selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel le moyen d'allongement de la durée des impulsions lumineuses est un élément comprenant au moins une couche d'un matériau choisi dans le groupe comprenant les cristaux semiconducteurs ayant des propriétés photoréfractives, les cristaux d'oxydes ayant des propriétés photoréfractives et les polymères ayant des propriétés photoréfractives .3. Laser according to any one of claims 1 and 2, wherein the means for lengthening the duration of the light pulses is an element comprising at least one layer of a material chosen from the group comprising semiconductor crystals having properties photorefractive, oxide crystals having photorefractive properties and polymers having photorefractive properties.

4. Laser selon la revendication 3, dans lequel l'élément est compris entre deux électrodes (80, 82) prévues pour créer, lorsqu'une tension électrique est appliquée entre elles, un champ électrique parallèle à l'axe de propagation des impulsions lumineuses engendrées dans la cavité.4. The laser of claim 3, wherein the element is between two electrodes (80, 82) provided to create, when an electric voltage is applied between them, an electric field parallel to the axis of propagation of light pulses generated in the cavity.

5. Laser selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le modulateur de pertes est un milieu absorbant saturable (24, 38, 52, 72), le laser étant ainsi déclenché passivement. 5. Laser according to any one of claims 1 to 4, in which the loss modulator is a saturable absorbing medium (24, 38, 52, 72), the laser being thus triggered passively.

6. Laser selon la revendication 5, dans lequel le milieu absorbant saturable est choisi dans le groupe comprenant :6. The laser as claimed in claim 5, in which the saturable absorbent medium is chosen from the group comprising:

- les semiconducteurs comprenant un ou une pluralité de puits quantiques de largeur adaptée à la longueur d'onde du laser.- the semiconductors comprising one or a plurality of quantum wells of width adapted to the wavelength of the laser.

7. Laser selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le modulateur de pertes est un modulateur commandé en tension (25, 39) , le laser étant ainsi déclenché activement.7. Laser according to any one of claims 1 to 4, in which the loss modulator is a voltage-controlled modulator (25, 39), the laser being thus actively triggered.

8. Laser selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le modulateur de pertes et le moyen d'allongement des impulsions lumineuses sont associés au milieu amplificateur par un procédé choisi dans le groupe comprenant :8. Laser according to any one of claims 1 to 7, in which the loss modulator and the means for lengthening the light pulses are associated with the amplifying medium by a method chosen from the group comprising:

- l'assemblage avec une colle optique,- assembly with an optical adhesive,

- l'assemblage avec un cordon de résine (60), - le dépôt sous la forme d'au moins une couche mince et- assembly with a bead of resin (60), - deposition in the form of at least one thin layer and

9. Laser selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la cavité résonante est délimitée par un miroir d'entrée (20, 35, 48, 66) et un miroir de sortie (30, 42, 56, 74) et le moyen d'allongement de la durée des impulsions lumineuses est disposé entre le modulateur de pertes et le miroir de sortie ou entre ce modulateur de pertes et le milieu amplificateur. 9. Laser according to any one of claims 1 to 8, in which the resonant cavity is delimited by an input mirror (20, 35, 48, 66) and an output mirror (30, 42, 56, 74) and the way lengthening the duration of the light pulses is arranged between the loss modulator and the output mirror or between this loss modulator and the amplifying medium.