FR2787938A1 - Systeme d'accroissement de la brillance d'un ensemble de lasers - Google Patents
Systeme d'accroissement de la brillance d'un ensemble de lasers Download PDFInfo
- Publication number
- FR2787938A1 FR2787938A1 FR9816343A FR9816343A FR2787938A1 FR 2787938 A1 FR2787938 A1 FR 2787938A1 FR 9816343 A FR9816343 A FR 9816343A FR 9816343 A FR9816343 A FR 9816343A FR 2787938 A1 FR2787938 A1 FR 2787938A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- lasers
- beams
- laser
- coupling mirror
- mirror
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
- H01S5/4031—Edge-emitting structures
- H01S5/4062—Edge-emitting structures with an external cavity or using internal filters, e.g. Talbot filters
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
- H01S5/4081—Near-or far field control
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Ce système d'accroissement de la brillance d'un ensemble de lasers comprend : - un ensemble de lasers (LSC1 à LSC4) émettant selon des directions parallèles; - un filtre spatial situé sur le trajet de chaque faisceau laser et transmettant des faisceaux lasers filtrés spatialement; - un miroir de couplage recevant et rétro-réfléchissant au moins partiellement lesdits faisceaux filtrés.
Description
SYSTEME D'ACCROISSEMENT DE LA BRILLANCE D'UN ENSEMBLE DE
LASERS
L'invention concerne un système permettant d'accroître la brillance d'un ensemble de lasers et notamment d'une barrette ou d'un
empilement de barrettes lasers.
Le contrôle de la divergence des lasers et réseaux de lasers semiconducteurs constitue un objectif de très grande importance pour les applications industrielles de ces sources. En effet, la puissance émise est extrêmement élevée (> lkW.cm'2), mais compte tenu de leur divergence dans le plan horizontal dû à un comportement multimode de la cavité laser
semiconductrice, la brillance de la source et du réseau de lasers est réduite.
0 Il est connu dans la technique d'une réduction de la divergence d'une source élémentaire peut être obtenue par rétroinjection dans la source du faisceau émis et cela par une cavité externe réalisant un filtrage spatial des modes. L'objet de l'invention est de proposer un/ou plusieurs systèmes optiques adaptés à la réduction de divergence dans le plan horizontal non pas d'un laser élémentaire mais d'une barrette lasers et même d'un empilement 2D de barrettes lasers. L'idée de l'invention consiste à réaliser une cavité externe adaptée à un filtrage spatial collectif des modes transverses de chaque laser élémentaires. Il en résulte que l'on force chaque cavité élémentaire à osciller sur un mode unique, ce qui a pour effet de réduire la divergence dans le plan horizontal. On note que dans ce fonctionnement il n'y a pas de mise en phase des sources élémentaires. En effet, celles-ci restent incohérentes entre elles, avec une réduction de la divergence angulaire d'un facteur 10 à 20 dans le plan parallèle à la jonction. En d'autres termes, on peut s'attendre dans ce plan à une largeur angulaire proche de la limite de diffraction soit 08 t avec D largeur du D
ruban émissif.
L'invention concerne donc un système d'accroissement de la brillance d'un ensemble laser comprenant: - un ensemble de lasers émettant selon des directions parallèles; - un filtre spatial situé sur le trajet de chaque faisceau laser et transmettant des faisceaux lasers filtrés spatialement; - un miroir de couplage recevant et rétro- réfléchissant au moins
partiellement lesdits faisceaux filtrés.
Plus précisément, I'invention concerne un système d'accroissement de la brillance d'un ensemble de lasers comprenant: - un dispositif de focalisation recevant les faisceaux émis par les lasers et transmettant des faisceaux focalisés; - un filtre spatial situé au point de focalisation du dispositif de focalisation; - un dispositif de collimation recevant les faisceaux émis par les lasers après focalisation et filtrage par le filtre et transmettant un faisceau collimaté; - un miroir de couplage formant miroir de cavité laser et commun à tous les lasers recevant les faisceaux transmis par le dispositif de collimation et les rétro-réfléchissant au moins
partiellement.
Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront
plus clairement dans la description qui va suivre et dans les figures
annexées qui représentent: la figure la, un exemple de réalisation de l'invention appliqué à une barrette lasers; o la figure lb, un exemple de réalisation de l'invention appliqué à un empilement de barrettes lasers; les figures 2a et 2b, une variante des figures 1 a et 1 b; les figures 3a et 3b, un autre exemple de réalisation de
I'invention utilisant un réseau holographique.
L'objet de l'invention est par exemple d'accroître la brillance d'un ensemble de lasers LSC1 à LSC4 réalisés sous forme d'une barrette laser
telle que représenté en figure 1.
Le système de la figure 1 permet un filtrage spatial collectif des modes transverses émis dans le plan de la barrette (O,,). Ce système comprend les éléments optiques suivants: - Un objectif Li L2 formant l'image de la barrette LSC1 à LSC4
lasers sur un miroir plan MC.
- Le miroir de couplage MC de coefficients de réflexion et de
transmission R et T respectivement.
- Un dispositif de filtrage spatial FS constitué d'une fente dont la largeur détermine le diagramme de rayonnement dans le plan
parallèle au plan de la jonction.
L'ensemble constitue une cavité multimode o chaque laser semiconducteur LSC1 à LSC4 voit une cavité externe de façon indépendante de la cavité vue par les lasers voisins. La rétroinjection dans la cavité et le filtrage spatial réduisent la divergence dans la direction 0,/ proche de la diffraction. La direction d'émission dans le plan vertical reste limitée par diffraction. La figure 1 b représente le système avec les plans des iO barrettes lasers perpendiculaires au plan de la figure. Dans ces conditions, la figure lb représente plusieurs barrettes lasers B1, B2, B3. La barrette B1, par exemple, correspond à la barrette de la figure la constituée des lasers LSC1 à LSC4. La figure lb applique l'invention à un empilement de barrettes lasers o le faisceau de sortie dans le plan perpendiculaire au plan des barrettes est rendu collimaté par un réseau de lentilles cylindriques LC1 (voir figure 1 b) dont le plan focal est situé au niveau du miroir de couplage MC. Pour réaliser la sélection de mode désirée, la largeur f de la fente de filtrage, pour obtenir la largeur angulaire 60,1, en sortie du miroir de couplage est donnée par la relation: F x X "F2 O avec f = 2F x D 2 /D étant la largeur totale du lobe de rayonnement d'un laser
élémentaire qui serait limité par diffraction.
Par exemple, on peut envisager la réalisation suivante: x = 0,8 pm D = 100 pm F1 = 50 mm f = 800pm 60, < 1 La figure 2a représente un système dans lequel un réseau de lentilles cylindriques LC2 assure la collimation du faisceau dans la direction 0_ c'est-à-dire que l'axe de chaque lentille est parallèle à une barrette. Dans ces conditions, on réalise en sortie du miroir de couplage MC une source dont la divergence est réduite par rétroinjection et filtrage spatial dans la
plan focal de la lentille LI.
La formation de l'image de la source dans le plan du miroir de couplage MC peut être réalisée à l'aide d'un autre réseau de lentilles cylindriques LC3 (figure 2b) dont les axes sont également parallèles aux
2787-938
plans des barrettes. Dans ce cas l'émission d'un faisceau collimaté à divergence réduite nécessite encore un autre réseau de lentilles cylindriques LC4. L'émission dans le plan parallèle à la jonction est toujours
celle représentée par la figure l a.
Les figures 3a et 3b représentent un mode de réalisation plus compact du système de l'invention. Cette configuration met en oeuvre un filtrage spatial par un réseau holographique de volume RH. Le fonctionnement de cette cavité externe peut être décrit comme suit: Le faisceau émis par l'empilement de lasers est collimaté dans la direction 0_ (figure 3b). Dans le plan 0/ (figure 3a), le faisceau intercepte le réseau holographique RH de volume dont les strates sont perpendiculaires à la direction d'émission 0/. Le réseau dans ces conditions agit comme un filtre spatial compte tenu de sa sélectivité de Bragg. Un miroir de couplage MC placé normal à la direction de diffraction du réseau ferme la cavité externe. On note que dans ce système le même réseau RH réalise sans autre composant optique le filtre spatial de tous les faisceaux émis par l'empilement de lasers. La largeur angulaire 680 est ajustée par la sélectivité A
Bragg du réseau holographique RH c'est-à-dire 60,, n-
e e épaisseur du réseau RH A période spatiale. Ainsi on peut avoir l'application numérique suivante: 1 - A = 1 pm- e = 100 pm La structure des figures 3a et 3b est compacte (quelques centimètres d'épaisseur) et peut être réalisée sous une forme monobloc. Par comparaison, les configurations des figures 1la-lb, la-2b, la-2a ont un
encombrement de l'ordre de 20 à 40 cm.
- Le composant holographique de volume présente en outre l'avantage de réaliser également un filtrage spectral: une seule longueur d'onde diffracte dans les conditions de Bragg X = 2 A sin OB avec le maximum d'efficacité. Les autres longueurs d'ondes sont dispersées par le composant. Ce dispositif conduit donc à une amélioration à la fois de la qualité spatiale et spectrale du mode de chaque laser élémentaire de la
barrette ou de l'empilement.
- Le réseau à haute efficacité (> 90 %) est réalisé par enregistrement holographique dans un matériau photopolymère
à variation d'indice photoinduite ayant l'épaisseur requise.
On notera que pour obtenir un fonctionnement contrôlé des dispositifs présentés en cavité externe, il est souhaitable de déposer sur les lasers une couche anti-réfléchissante pour favoriser l'oscillation entre le
miroir Rmax des lasers et le miroir de couplage MC.
Claims (12)
1. Système d'accroissement de la brillance d'un ensemble de lasers comprenant: - un ensemble de lasers (LSC1 à LSC4) émettant selon des directions parallèles; - un filtre spatial situé sur le trajet de chaque faisceau laser et transmettant des faisceaux lasers filtrés spatialement; - un miroir de couplage recevant et rétro- réfléchissant au moins
partiellement lesdits faisceaux filtrés.
2. Système d'accroissement de la brillance d'un ensemble de lasers comprenant: - un dispositif de focalisation (L1) recevant les faisceaux émis par les lasers et transmettant des faisceaux focalisés; - un filtre spatial (FS) situé au point de focalisation (F) du dispositif de focalisation; 1 5 - un dispositif de collimation (L2) recevant les faisceaux émis par les lasers après focalisation et filtrage par le filtre (FS) et transmettant un faisceau collimaté; - un miroir de couplage (MC) formant miroir de cavité laser et commun à tous les lasers recevant les faisceaux transmis par le dispositif de collimation et les rétro-réfléchissant au moins partiellement.
3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le filtre spatial comporte une fente ou un diaphragme dont l'ouverture définit le
filtrage spatial.
4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que
chaque barrette émet un faisceau spatial de forme rectangulaire.
5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que les faces d'émission des différents lasers sont disposées selon un même plan et
que le miroir de couplage (MC) est parallèle à ce plan.
6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que les différents lasers sont disposés dans un même plan formant ainsi une
barrette laser.
7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il
comporte plusieurs barrettes lasers empilées.
8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte en sortie du miroir de couplage (MC), une première matrice de
lentilles (MC1), chaque lentille collimatant un faisceau émis par un laser.
9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'une lentille cylindrique (LC2) est associée à chaque barrette de lasers et
collimate les faisceaux émis par les lasers.
10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'un ensemble de lentilles cylindriques (LC3) situé entre le filtre spatial (FS) et le miroir (MC) image les faces d'émission des lasers sur le plan dudit miroir et o10 en ce qu'un autre ensemble de lentilles cylindriques (LC4) reçoit les
différents faisceaux par ledit miroir et collimate ces faisceaux.
11. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un réseau holographique (RH) recevant les faisceaux émis par lesdits lasers et retransmettant des faisceaux filtrés spatialement; le miroir de couplage (MC) recevant les faisceaux filtrés et les rétroréfléchissants au
moins partiellement vers le réseau holographique et lesdits lasers.
12. Système selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de lentilles cylindriques de collimation situées entre
les lasers et le réseau holographique.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9816343A FR2787938B1 (fr) | 1998-12-23 | 1998-12-23 | Systeme d'accroissement de la brillance d'un ensemble de lasers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9816343A FR2787938B1 (fr) | 1998-12-23 | 1998-12-23 | Systeme d'accroissement de la brillance d'un ensemble de lasers |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2787938A1 true FR2787938A1 (fr) | 2000-06-30 |
| FR2787938B1 FR2787938B1 (fr) | 2001-10-05 |
Family
ID=9534415
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9816343A Expired - Fee Related FR2787938B1 (fr) | 1998-12-23 | 1998-12-23 | Systeme d'accroissement de la brillance d'un ensemble de lasers |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2787938B1 (fr) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0694408A1 (fr) * | 1994-07-29 | 1996-01-31 | Eastman Kodak Company | Système optique à rayons multiples utilisant des réseaux de lentilles dans des imprimantes laser à rayons multiples et dans des appareils d'enregistrement |
-
1998
- 1998-12-23 FR FR9816343A patent/FR2787938B1/fr not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0694408A1 (fr) * | 1994-07-29 | 1996-01-31 | Eastman Kodak Company | Système optique à rayons multiples utilisant des réseaux de lentilles dans des imprimantes laser à rayons multiples et dans des appareils d'enregistrement |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| ANDERSON K K ET AL: "HIGH-SPECTRAL-PURITY CW AND PULSE OUTPUT FROM AN ENSEMBLE OF DISCRETE DIODE LASERS", APPLIED PHYSICS LETTERS, vol. 50, no. 1, 5 January 1987 (1987-01-05), pages 1 - 3, XP000706844, ISSN: 0003-6951 * |
| IBM TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN., vol. 12, no. 4, September 1969 (1969-09-01), IBM CORP. NEW YORK., US, pages 580 - 581, XP002117073, ISSN: 0018-8689 * |
| LEGER J R ET AL: "COHERENT BEAM ADDITION OF GAAIAS LASERS BY BINARY PHASE GRATINGS", APPLIED PHYSICS LETTERS, vol. 48, no. 14, 7 April 1986 (1986-04-07), pages 888 - 890, XP000706788, ISSN: 0003-6951 * |
| YAELI J ET AL: "ARRAY MODE SELECTION UTILIZING AN EXTERNAL CAVITY CONFIGURATION", APPLIED PHYSICS LETTERS, vol. 47, no. 2, 15 July 1985 (1985-07-15), pages 89 - 91, XP000706628, ISSN: 0003-6951 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2787938B1 (fr) | 2001-10-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1030418B1 (fr) | Réflecteur optique et source laser à cavité externe incorporant un tel réflecteur | |
| FR2655435A1 (fr) | Dispositif d'addition coherente de faisceaux laser. | |
| WO2006097531A1 (fr) | Dispositif optique de multiplexage en longueur d'onde | |
| EP0007268B1 (fr) | Source de rayonnement optique destinée à fournir un faisceau divergent d'ouverture angulaire uniformisée | |
| EP1514279A1 (fr) | Dispositif optique pour applications rayons x | |
| EP0138668B1 (fr) | Dispositif d'enregistrement d'une image cohérente dans une cavité optique multimode | |
| EP2143181B1 (fr) | Source laser compacte a faible largeur spectrale | |
| EP0095960A1 (fr) | Dispositif de mise en mémoire d'une image cohérente dans une cavité optique multimode | |
| FR2765424A1 (fr) | Multiplexeur-demultiplexeur en longueur d'onde a fibres optiques | |
| EP0708509B1 (fr) | Dispositif d'émission mono-longueur d'onde | |
| EP1030195B1 (fr) | Système optique rétroréflechissant auto-aligné de filtrage en longueur d'onde, monochromateur et laser incorporant un tel système | |
| EP2510392B1 (fr) | Dispositif pour la compensation de la dispersion temporelle appliquee a la generation d'impulsions lumineuses ultra breves | |
| FR2787938A1 (fr) | Systeme d'accroissement de la brillance d'un ensemble de lasers | |
| EP1717915A1 (fr) | Système de pompage optique pour source laser et source laser comportant un tel système de pompage optique | |
| FR2795878A1 (fr) | Source laser avec filtrage integre de l'emission spontanee amplifiee | |
| FR2803116A1 (fr) | Multiplexeur en longueurs d'ondes de sources lasers | |
| CA2312608C (fr) | Reflecteur optique et source laser a cavite externe incorporant un tel reflecteur | |
| EP0051512B1 (fr) | Laser à plusieurs longueurs d'onde utilisant une roue tournante munie d'ouvertures | |
| FR2829246A1 (fr) | Structure d'absorbant optique saturable et dispositif de regeneration d'un signal multiplexe en longueurs d'onde l'incorporant | |
| EP3983837B1 (fr) | Composant optique matriciel pour focaliser sur une série de points un faisceau lumineux incident | |
| CA2312517C (fr) | Source laser a cavite externe accordable en longueur d'onde | |
| WO2024002600A1 (fr) | Dispositif optique de balayage d'un faisceau lumineux sur une pièce à usiner | |
| EP2423720B1 (fr) | Filtre optique accordable en longueur d'onde et élément réflecteur | |
| FR2875018A1 (fr) | Dispositif de combinaison de faisceaux laser ayant des longueurs d'onde differentes | |
| FR2798200A1 (fr) | Organe de fractionnement optique de rayons pour la separation par polarisation de lumiere monochromatique |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| CD | Change of name or company name | ||
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20081020 |