FR2801733A1

FR2801733A1 - Phase locked mode pulsed laser source, having laser generating mirrors/amplifier and polarizer with non linear crystal intensity varying polarization output and polarization angle selectable

Info

Publication number: FR2801733A1
Application number: FR9915092A
Authority: FR
Inventors: Vincent Couderc; Laurent Lefort; Alain Barthelemy
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2001-06-01
Anticipated expiration: 2019-11-30
Also published as: FR2801733B1

Abstract

The phase locked mode laser source has two mirrors (M1,M2) with an amplifier (MA) transmitting laser energy and a rectilinear polarizer (P1). There is a non linear crystal (CNL) in the cavity which produces a transmission polarization varying with the laser transmitter intensity and having an output polarization angle selection.

Description

Le domaine de l'invention est celui des sources lasers fonctionnant en régime impulsionnel à modes bloqués. The field of the invention is that of laser sources operating in pulsed modes mode.

Le développement sans cesse croissant des techniques de fabrication des milieux amplificateurs, permet d'obtenir des émissions lasers impulsionnelles à haute cadence avec des puissances crêtes très élevées et des durées d'impulsions de plus en plus courtes. Les domaines d'applications de ces sources sont très vastes et en perpétuelle croissance. En biologie notamment, il est désormais possible d'étudier des processus de relaxation atomique ou moléculaire, ou de caractériser les évolutions temporelles et spectrales de la fluorescence de tissus vivants. De même, dans le domaine de la communication, l'augmentation de la fréquence de récurrence et de la puissance crête des impulsions, permet un accroissement du début de l'information dépassant maintenant plusieurs centaines de giga-bits par seconde mais aussi une augmentation de la distance de transmission de l'information. Les domaines médicaux et militaires possèdent également des branches d'applications très variées pour de telles sources lasers. The ever-increasing development of amplifying media manufacturing techniques makes it possible to obtain high-speed pulsed laser emissions with very high peak powers and shorter pulse durations. The fields of application of these sources are very large and in perpetual growth. In biology in particular, it is now possible to study atomic or molecular relaxation processes, or to characterize temporal and spectral changes in the fluorescence of living tissues. Similarly, in the field of communication, the increase of the frequency of recurrence and the peak power of the pulses, allows an increase in the beginning of the information now exceeding several hundred giga bits per second but also an increase of the transmission distance of the information. The medical and military fields also have a wide variety of applications for such laser sources.

De manière générale les lasers fonctionnant en régime impulsionnel à modes bloqués utilisent un résonateur dans lequel existent plusieurs modes axiaux adjacents susceptibles d'osciller simultanément. Ordinairement, les phases de ces modes sont indépendantes les unes des autres. Mais sous certaines conditions, ces phases relatives peuvent interagir et être verrouillées entre elles. En modulant un élément de la cavité responsable de pertes, on peut imposer entre les modes qui oscillent, une relation de phase qui si elle est correctement choisie, correspondra à un train d'impulsions ayant une certaine fréquence de répétition av. La modulation est assurée par un obturateur intracavité fermé la majeure partie de son temps, ce qui implique alors l'introduction de pertes supplémentaires, sauf pour des ouvertures très brèves répétées périodiquement avec une période T = 1 /4v. Un mode ne peut osciller dans ce cas en raison des pertes, et il en est de même d'un fonctionnement multimode si les phases ne sont pas corrélées. Mais il existe une exception à cette situation : si les phases sont couplées mutuellement, la distribution en énergie suivant la longueur du résonateur, présente un extremum pointu en un endroit donné, ceci correspond à une impulsion se déplaçant dans le résonateur et s'étalant sur une largeur Lp = 2UN si L est la longueur du résonateur et N le nombre de modes couplés. En plaçant un obturateur intracavité fermé périodiquement, il en résulte que l'impulsion atteignant ledit obturateur lorsque celui-ci est ouvert et la durée d'impulsion étant petite devant la durée d'ouverture de l'obturateur, l'impulsion synchronisée n'est pas informée de l'existence de l'obturateur et n'est donc pas atténuée par ce dernier. Ainsi la modulation des pertes introduit un verrouillage des modes par l'intermédiaire d'une sélection où ne survit que l'impulsion la mieux adaptée. In general, the lasers operating in the mode-locked pulse mode use a resonator in which there exist several adjacent axial modes that can oscillate simultaneously. Usually, the phases of these modes are independent of each other. But under certain conditions, these relative phases can interact and be locked together. By modulating an element of the cavity responsible for losses, it is possible to impose between the oscillating modes a phase relation which, if it is correctly chosen, will correspond to a train of pulses having a certain repetition frequency av. The modulation is ensured by an intracavity shutter closed most of its time, which implies the introduction of additional losses, except for very brief openings repeated periodically with a period T = 1 / 4v. A mode can not oscillate in this case because of the losses, and it is the same for multimode operation if the phases are not correlated. But there is an exception to this situation: if the phases are mutually coupled, the energy distribution along the length of the resonator, has a pointed extremum in a given place, this corresponds to a pulse moving in the resonator and spreading on a width Lp = 2UN if L is the length of the resonator and N is the number of coupled modes. By placing a shutter intracavity closed periodically, it follows that the pulse reaching said shutter when it is open and the pulse duration being small before the duration of opening of the shutter, the synchronized pulse is not informed of the existence of the shutter and is therefore not mitigated by the latter. Thus, the modulation of the losses introduces a locking of the modes by means of a selection where only the best adapted pulse survives.

Les méthodes aujourd'hui utilisées pour mettre en phases les modes longitudinaux d'un laser se divisent en deux groupes. Le premier groupe concerne les méthodes dites actives (au sens où elles nécessitent une commande électrique externe) de type modulateur acousto-optique. Le second groupe concerne des méthodes dites passives requérant une dépendance des pertes ou du gain du résonateur en fonction de l'intensité instantanée du faisceau laser. Cette dépendance peut se manifester par une variation de l'indice d'un matériau (Lentille de Kerr), par la saturation des pertes de transmission d'un élément (absorbant saturable), par la variation de la réflectivité d'un miroir éventuellement sous forme d'un interféromètre. The methods currently used to phase the longitudinal modes of a laser are divided into two groups. The first group concerns so-called active methods (in the sense that they require an external electrical control) of the acousto-optic modulator type. The second group concerns so-called passive methods requiring a dependence of the losses or gain of the resonator as a function of the instantaneous intensity of the laser beam. This dependence can be manifested by a variation of the index of a material (Kerr lens), by the saturation of the transmission losses of an element (saturable absorber), by the variation of the reflectivity of a mirror possibly under form of an interferometer.

Dans ce contexte l'invention propose d'utiliser une méthode de type passif (sans commande électrique externe), tout solide (ne nécessitant pas l'utilisation de colorant liquide de type absorbant saturable inverse) basée sur l'utilisation d'un cristal doubleur de fréquence qui introduit une rotation de la polarisation du faisceau transmis en fonction de l'intensité incidente. Pour cela on utilise un faisceau dont l'orientation de la polarisation vis-à-vis des axes cristallins du cristal doubleur de fréquence, ne correspond pas aux conditions pour la conversion vers le second harmonique. In this context the invention proposes to use a passive type method (without external electrical control), all solid (not requiring the use of liquid dye of the saturable inverse saturable absorber type) based on the use of a crystal doubler frequency that introduces a rotation of the polarization of the transmitted beam according to the incident intensity. For this purpose, a beam whose orientation of the polarization with respect to the crystalline axes of the frequency-doubling crystal does not correspond to the conditions for conversion to the second harmonic is used.

Plus précisément l'invention a pour objet un laser à modes bloqués en phase comprenant une cavité définie par au moins deux miroirs un milieu amplificateur présentant une émission laser, et des moyens pour générer une polarisation rectiligne de l'émission laser dans la cavité caractérisée en ce qu'il comprend un cristal non linéaire taillé et orienté angulairement pour le doublage de fréquence présentant un axe ordinaire et un axe extraordinaire, la polarisation rectiligne de l'émission laser en entrée du cristal linéaire étant orientée par rapport auxdits axes de manière à produire une polarisation de l'émission laser, en sortie du cristal non linéaire dont l'orientation varie en fonction de l'intensité de l'émission laser et qu'il comprend en outre des moyens de sélection angulaire de ladite polarisation de sortie. Selon une variante de l'invention, le laser à modes bloqués peut comprendre un premier polariseur pour générer la polarisation rectiligne en entrée du cristal non linéaire et un second polariseur pour sélectionner angulairement la polarisation de sortie, les deux polariseurs étant décalés en orientation d'un angle non nul. More specifically, the subject of the invention is a phase-locked mode laser comprising a cavity defined by at least two mirrors, an amplifying medium having a laser emission, and means for generating a linear polarization of the laser emission in the cavity characterized by it comprises a nonlinear crystal cut and oriented angularly for frequency doubling having an ordinary axis and an extraordinary axis, the linear polarization of the laser emission at the input of the linear crystal being oriented with respect to said axes so as to produce a polarization of the laser emission, at the output of the nonlinear crystal, the orientation of which varies as a function of the intensity of the laser emission and which furthermore comprises means of angular selection of said output polarization. According to a variant of the invention, the locked mode laser can comprise a first polarizer for generating the linear polarization at the input of the nonlinear crystal and a second polarizer for angularly selecting the output polarization, the two polarizers being shifted in the direction of a non-zero angle.

Selon une autre variante de l'invention, le milieu amplificateur peut générer lui-même une émission laser polarisée rectiligne, le laser à modes bloqués comprenant dans ce cas un unique polariseur pour sélectionner la polarisation de sortie. According to another variant of the invention, the amplifying medium itself can generate a linear polarized laser emission, the locked mode laser comprising in this case a single polarizer for selecting the output bias.

Selon une autre variante, le seul milieu amplificateur peut générer une émission polarisée rectiligne et opérer également la sélection angulaire de polarisation après un aller-retour du rayonnement à travers le cristal non linéaire. According to another variant, the single amplifying medium can generate a linear polarized emission and also operate the polarization angular selection after a round-trip of the radiation through the non-linear crystal.

Selon une autre variante de l'invention, le laser à modes bloqués peut comprendre un second milieu amplificateur en sortie du cristal non linéaire, le second amplificateur présentant un gain variable en fonction de la polarisation incidente, de manière à sélectionner la polarisation. According to another variant of the invention, the locked mode laser may comprise a second amplifying medium at the output of the non-linear crystal, the second amplifier having a variable gain as a function of the incident polarization, so as to select the polarization.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles - La Figure 1 illustre la rotation de polarisation en sortie d'un cristal non linéaire de KTP pour différentes polarisations incidentes. The invention will be better understood and other advantages will become apparent on reading the following description, given by way of nonlimiting example, and by virtue of the appended figures in which: FIG. 1 illustrates the polarization rotation at the output of a nonlinear crystal of KTP for different incident polarizations.

- La Figure 2 illustre un premier exemple de laser à modes bloqués en phase selon l'invention. FIG. 2 illustrates a first example of a phase locked mode laser according to the invention.

- La Figure 3 illustre un second exemple de laser à modes bloqués en phase selon l'invention comprenant un second milieu amplificateur pour sélectionner la polarisation. - La Figure 4 illustre un troisième exemple de laser à modes bloqués en phase selon l'invention, comprenant un rotateur de polarisation non réciproque. FIG. 3 illustrates a second example of a phase locked mode laser according to the invention comprising a second amplifying medium for selecting the polarization. FIG. 4 illustrates a third example of a phase locked mode laser according to the invention, comprising a non-reciprocal polarization rotator.

- La Figure 5 illustre un cinquième exemple de laser à modes bloqués en phase selon l'invention comprenant un miroir non linéaire anti-résonant. - La Figure 6 illustre un sixième exemple de laser à modes bloqués en phase, comprenant une cavité en anneau avec un repli dans la cavité. FIG. 5 illustrates a fifth example of a phase locked mode laser according to the invention comprising a non-linear anti-resonant mirror. FIG. 6 illustrates a sixth example of a phase locked mode laser comprising a ring cavity with a recess in the cavity.

De manière générale, le laser à modes bloqués en phase comprend un cristal doubleur de fréquence qui introduit une rotation de la polarisation du faisceau transmis en fonction de l'intensité incidente. Ainsi dans le cas d'un laser avec accord de phase dit de type II (le champ électrique du faisceau laser fait un angle de 45 avec les axes d'indice ordinaire ou extraordinaire), si les composantes ordinaires ou extraordinaires du champ incident à la fréquence d'émission du laser sont déséquilibrées (angle différent de 45 ) soit un a;n :# 45 , le processus de sommation de fréquence est suivi par un processus de différence de fréquence et conduit en sortie à une polarisation dont l'orientation aou, dépend de l'intensité comme le montre la Figure 1, pour un cristal de KTP de 7 mm de longueur à l'accord de phase, pour une longueur d'onde d'excitation égale à 1,064 Nm. In general, the phase locked mode laser comprises a frequency doubling crystal which introduces a rotation of the polarization of the transmitted beam according to the incident intensity. Thus, in the case of a laser with type II phase tuning (the electric field of the laser beam is at an angle of 45 with ordinary or extraordinary index axes), if the ordinary or extraordinary components of the incident field at the emission frequency of the laser are unbalanced (angle other than 45) is a n: # 45, the frequency summation process is followed by a frequency difference process and leads to a polarization whose orientation or , depends on the intensity as shown in Figure 1, for a KTP crystal of 7 mm length at phase agreement, for an excitation wavelength equal to 1,064 Nm.

II en est de même dans le cas d'un cristal non linéaire avec accord de phase de type I, pour lequel le cristal doit être légèrement en dehors des conditions idéales d'accord de phase. Ce désaccord peut être obtenu par une inclinaison du cristal ou par une variation de sa température. II convient dans ce cas, que le champ électrique du faisceau laser incident ne soit pas exactement aligné avec l'une ou l'autre des composantes neutres du cristal. It is the same in the case of a nonlinear crystal with type I phase agreement, for which the crystal must be slightly outside the ideal conditions of phase agreement. This disagreement can be obtained by an inclination of the crystal or by a variation of its temperature. It is appropriate in this case that the electric field of the incident laser beam is not exactly aligned with one or the other of the neutral components of the crystal.

Ainsi sous réserve que les conditions définies ci-dessus pour chaque type de cristal doubleur (accord de phase de type I ou II), soient satisfaites, il est possible d'engendrer des pertes dans la cavité laser qui dépendent directement de la densité de puissance intracavité et d'obtenir ainsi un fonctionnement en régime à modes bloqués. Thus, provided that the conditions defined above for each type of doubling crystal (phase tuning of type I or II) are satisfied, it is possible to generate losses in the laser cavity which depend directly on the power density. intracavity and thus obtain a mode-locked mode operation.

Selon une variante de l'invention, on peut utiliser deux polariseurs décalés en orientation d'un angle a. Le premier polariseur sert à polariser linéairement et à fixer l'orientation du champ intracavité dans le cas où le milieu laser n'apporte pas une sélectivité naturelle par ses propriétés spectroscopiques. Le second polariseur introduit des pertes sur le régime de fonctionnement à basse intensité qui sont réglables par l'ajustement du désalignement angulaire a avec le premier polariseur. According to a variant of the invention, it is possible to use two polarisers offset in orientation by an angle a. The first polarizer serves to polarize linearly and to fix the orientation of the intracavity field in the case where the laser medium does not bring a natural selectivity by its spectroscopic properties. The second polarizer introduces low intensity operation rate losses that are adjustable by adjusting the angular misalignment a with the first polarizer.

La Figure 2 illustre un premier exemple selon l'invention, de laser à modes bloqués en phase. II comprend un milieu amplificateur MA, dont l'émission laser n'est pas naturellement polarisée, deux miroirs M1 et M2 définissant la cavité. En sortie du milieu amplificateur MA, un premier polariseur Pi force l'émission laser à émettre sur un mode de polarisation rectiligne dont l'orientation est décalée par rapport aux axes neutres du cristal non linéaire CNL, introduit dans la cavité laser. Un second polariseur A présente une orientation ajustée de manière à pouvoir moduler les pertes dans la cavité. Son orientation réalise un angle a avec la polarisation en sortie de P1. Le rayonnement laser peut être extrait soit grâce au polariseur P1, du fait de la biréfringence du milieu. laser (naturelle ou induite), ou de la biréfringence d'une lame supplémentaire introduite entre le milieu amplificateur MA et le polariseur Pi, soit par un des miroirs de la cavité Ml ou M2, disposant d'un coefficient de transmission non nul. FIG. 2 illustrates a first example according to the invention of phase locked mode laser. It comprises an amplifying medium MA whose laser emission is not naturally polarized, two mirrors M1 and M2 defining the cavity. At the output of the amplifying medium MA, a first polarizer Pi forces the laser emission to be transmitted on a rectilinear polarization mode whose orientation is shifted relative to the neutral axes of the nonlinear crystal CNL introduced into the laser cavity. A second polarizer A has an orientation adjusted so as to modulate the losses in the cavity. Its orientation makes an angle with the polarization at the output of P1. The laser radiation can be extracted either by means of the polarizer P1, because of the birefringence of the medium. laser (natural or induced), or the birefringence of an additional blade introduced between the amplifying medium MA and the polarizer Pi, or by one of the mirrors of the cavity Ml or M2, having a non-zero transmission coefficient.

Dans le cas d'un milieu amplificateur MAP qui impose naturellement, du fait de ses propriétés spectroscopiques un mode de polarisation du faisceau intracavité, on peut s'affranchir du polariseur P1. Selon un second exemple de laser à modes bloqués en phase, les moyens de sélection angulaire de polarisation comprennent un second milieu amplificateur MAP2 dont le gain dépend de la polarisation incidente. Son axe de plus fort gain possède la même orientation que le second polariseur A de l'exemple 1 et fait un angle a avec la direction de plus fort gain du milieu amplificateur MAP1. La Figure 3 illustre notamment cette variante dans le cas où le milieu amplificateur MAP1 impose naturellement un mode de polarisation du faisceau laser intracavité. Le laser comprend ainsi selon cet exemple, deux milieux amplificateurs MAP1 et MAP2 dont l'orientation relative entre leur axe de polarisation est décalée, d'un miroir de repli M3 concave ou plan, et deux miroirs de fond de cavité M1 et M3, le cristal non linéaire étant compris entre le miroir de repli M3 et le second milieu amplificateur MAP2. Selon un troisième exemple de laser illustré en Figure 4, le laser à modes bloqués en phase comprend un rotateur de polarisation non réciproque de (type rotateur de Faraday) RF, capable de faire tourner la polarisation d'un angle a par rapport à l'axe du polariseur P ou de la polarisation naturelle en sortie du milieu amplificateur MAP. In the case of a MAP amplifier medium which naturally imposes, because of its spectroscopic properties, a mode of polarization of the intracavity beam, it is possible to dispense with the polarizer P1. According to a second example of a phase-locked mode laser, the polarization angular selection means comprise a second amplifying medium MAP2 whose gain depends on the incident polarization. Its axis of highest gain has the same orientation as the second polarizer A of Example 1 and makes an angle with the direction of greater gain of the amplifying medium MAP1. FIG. 3 illustrates in particular this variant in the case where the amplifying medium MAP1 naturally imposes a mode of polarization of the intracavity laser beam. The laser thus comprises according to this example, two amplifying media MAP1 and MAP2 whose relative orientation between their axis of polarization is shifted, a concave mirror M3 concave or plane, and two cavity background mirrors M1 and M3, the nonlinear crystal being between the folding mirror M3 and the second amplifying medium MAP2. According to a third example of a laser illustrated in FIG. 4, the phase-locked mode laser comprises a non-reciprocal polarization rotator (Faraday rotator type) RF, capable of rotating the polarization by an angle α relative to the axis of the polarizer P or of the natural polarization at the output of the amplifying medium MAP.

Selon cet exemple le laser comprend dans sa cavité, un milieu amplificateur MA, un polariseur P, un rotateur de polarisation non réciproque RF et un cristal doubleur de fréquence CNL. Avec un rotateur de polarisation non réciproque, la rotation du plan de polarisation change avec le sens de propagation du faisceau laser. Le rotateur de polarisation non réciproque fait tourner la polarisation, en sortie du polariseur P par rapport à l'axe de ce dernier. Cette rotation linéaire est alors compensée lors du passage du faisceau laser dans le cristal non linéaire et permet ainsi de diminuer les pertes lors du nouveau passage à travers le polariseur P. According to this example, the laser comprises, in its cavity, an amplifying medium MA, a polarizer P, a non-reciprocal polarization rotator RF and a doubling crystal of frequency CNL. With a non-reciprocal polarization rotator, the rotation of the polarization plane changes with the direction of propagation of the laser beam. The non-reciprocal polarization rotator rotates the polarization at the output of the polarizer P relative to the axis of the latter. This linear rotation is then compensated during the passage of the laser beam in the nonlinear crystal and thus reduces the losses during the new passage through the polarizer P.

Selon un quatrième exemple, le laser à modes bloqués en phase comprend en lieu et place du rotateur de Faraday RF de la figure 4, une lame de phase quart d'onde pour la pulsation laser, dont les axes neutres sont alignés avec ceux du cristal non linéaire CNL. Le déphasage introduit par cette lame de phase sera compensé par celui, dépendant de l'intensité, apporté par le cristal doubleur de fréquence. Dans une variante de cette configuration la lame quart d'onde peut être supprimée et son action remplacée par celle de la biréfringence naturelle linéaire du cristal CNL. According to a fourth example, the phase-locked mode laser comprises, in place of the Faraday RF rotator of FIG. 4, a quarter-wave phase blade for the laser pulsation, the neutral axes of which are aligned with those of the crystal. nonlinear CNL. The phase shift introduced by this phase plate will be compensated by that, depending on the intensity, provided by the crystal doubling frequency. In a variant of this configuration the quarter-wave plate can be suppressed and its action replaced by that of the linear natural birefringence of the CNL crystal.

Dans une autre variante l'association du milieu amplificateur MA et du polariseur P peut être remplacée par un milieu amplificateur MAP à section efficace d'émission naturellement polarisée. In another variant, the combination of the amplifying medium MA and the polarizer P can be replaced by a MAP amplifying medium having a naturally polarized emission cross-section.

Ainsi la variante la plus simple de la configuration illustrée figure 4 ne comprendrait que les miroirs M1 et M2, un milieu amplificateur MAP pour une seule orientation de la polarisation rectiligne de l'onde laser et le cristal non linéaire CNL. Selon un cinquième exemple de laser à modes bloqués en phase, illustré en Figure 5, le laser de l'invention permet d'obtenir un effet de modulation des pertes de la cavité en fonction de l'intensité du faisceau, en fermant la cavité laser par un miroir non linéaire anti-résonant. Plus précisément la cavité laser est formée d'un milieu amplificateur MA, d'un polariseur P, et d'un ensemble de composants réalisant le miroir non linéaire sous forme d'un interféromètre de Sagnac. Celui-ci est formé d'une lame séparatrice LS de deux miroirs de renvoi M2 et M3, d'un rotateur de polarisation RF réciproque ou non réciproque et d'un cristal non linéaire CNL. La réflectivité de la lame séparatrice peut être variable et se situer entre 30 et 50%. En régime linéaire et du fait de l'action du rotateur de polarisation RF, l'interférence des ondes parcourant la boucle dans le sens horaire<B>(ILS</B> - M2 - M3 - LS) avec celles parcourant la boucle dans le sens anti-horaire (LS - M3 - M2 - LS) donne lieu à un faible retour énergétique vers le milieu amplificateur MA et un fort couplage vers l'extérieur du résonateur (d'où l'appellation anti-résonant). Le cristal non-linéaire CNL a des lignes neutres orientées de telle sorte que la polarisation de l'onde circulant dans le sens horaire et celle de l'onde circulant dans le sens anti-horaire subissent avec l'intensité des rotations différentes afin que leur interférence au niveau de la séparatrice LS renforce le retour énergétique vers le milieu amplificateur MA (et donc la réflectivité apparente de l'interféromètre de Sagnac). Selon un sixième exemple de laser à modes bloqués en phase, illustré en Figure 6, la cavité laser peut être une cavité en anneau définie par trois miroirs M1, M2, M3, et comprenant un milieu amplificateur MA, un séparateur de polarisation SP, une lame de phase quart d'onde LPV4 située entre le miroir M1 et le séparateur SP de manière à former un repli de la cavité en anneau. Par ailleurs le laser comprend une lame de phase demi-onde LP@ 2 et un cristal non linéaire CNL. Les exemples de lasers précédemment décrits peuvent tout aussi bien être des lasers fonctionnant en régime continu ou en régime pulsé. Ils peuvent comprendre des milieux amplificateurs de toute nature, pompés par décharges électriques, par pompage optique par lampe ou laser, le pompage pouvant être effectué longitudinalement ou transversalement. Thus, the simplest variant of the configuration illustrated in FIG. 4 only includes the mirrors M1 and M2, an amplifying medium MAP for a single orientation of the linear polarization of the laser wave and the nonlinear crystal CNL. According to a fifth example of a phase-locked mode laser, illustrated in FIG. 5, the laser of the invention makes it possible to obtain an effect of modulation of the losses of the cavity as a function of the intensity of the beam, by closing the laser cavity by a non-linear anti-resonant mirror. More precisely, the laser cavity is formed of an amplifying medium MA, a polarizer P, and a set of components producing the nonlinear mirror in the form of a Sagnac interferometer. It consists of a separating blade LS of two deflection mirrors M2 and M3, a reciprocal or non-reciprocal polarization rotator RF and a non-linear crystal CNL. The reflectivity of the splitter blade can be variable and be between 30 and 50%. In linear mode and because of the action of the RF polarization rotator, the interference of the waves traveling in the loop in the clockwise direction <B> (ILS </ B> - M2 - M3 - LS) with those traversing the loop in the anti-clockwise direction (LS - M3 - M2 - LS) gives rise to a weak energy return towards the amplifying medium MA and a strong coupling towards the outside of the resonator (hence the anti-resonant name). The CNL nonlinear crystal has neutral lines oriented so that the polarization of the clockwise and the counterclockwise circulating waves undergo different rotations with the intensity so that their interference at the level of the separator LS strengthens the energy return to the amplifying medium MA (and therefore the apparent reflectivity of the Sagnac interferometer). According to a sixth example of a phase locked mode laser, illustrated in FIG. 6, the laser cavity may be a ring cavity defined by three mirrors M1, M2, M3, and comprising an amplifying medium MA, a polarization splitter SP, a LPV4 quarter-wave phase plate located between the mirror M1 and SP separator so as to form a fold of the ring cavity. In addition, the laser comprises a LP @ 2 half-wave phase plate and a non-linear CNL crystal. The examples of lasers previously described may equally well be lasers operating in continuous mode or in pulsed mode. They may comprise amplifying media of any kind, pumped by electric discharges, optical pumping by lamp or laser, the pumping may be carried out longitudinally or transversely.

Dans le cas de laser impulsionnel, pour assurer une production d'impulsions de durée minimale le laser à modes bloqués en phase, peut comporter un élément biréfringent destiné à compenser la différence de vitesse de groupe entre champs ordinaire et extraordinaire dans le cristal non linéaire ou une ligne dispersive (à prismes, à réseaux ou à interféromètre Gire-Tournois). Pour rendre le laser à modes bloqués en phase selon l'invention, accordable en longueur d'onde il peut comprendre également un filtre spectral dans la cavité et un dispositif mécanique thermique ou électrique assurant le maintien des conditions d'accord de phase dans le cristal non linéaire.In the case of pulsed laser, to ensure a generation of pulses of minimal duration the phase locked mode laser, may comprise a birefringent element intended to compensate for the difference in group velocity between ordinary and extraordinary fields in the nonlinear crystal or a dispersive line (prisms, networks or Interferometer Gire-Tournois). In order to make the phase-locked mode laser according to the invention wavelength-tunable, it may also comprise a spectral filter in the cavity and a mechanical or thermal mechanical device ensuring the maintenance of the phase-matching conditions in the crystal. non-linear.

Claims

A phase-locked mode laser comprising a cavity defined by at least two mirrors (M1, M2), an amplifying medium (MAP) having a laser emission, and means (P1) for generating a rectilinear polarization of the laser emission in the cavity characterized in that it comprises a non-linear crystal (CNL) having an ordinary axis and an extraordinary axis, the linear polarization of the laser emission at the input of the linear crystal being oriented with respect to said axes so as to produce a polarization laser emission at the output of the non-linear crystal, the orientation of which varies as a function of the intensity of the laser emission and which furthermore comprises means of angular selection of said output polarization.

Phase-locked mode laser according to claim 1, characterized in that it comprises a first polarizer (P) for generating the linear polarization of the laser emission, at the input of the nonlinear crystal and a second polarizer (A). to angularly select the output bias, the two polarizers being offset in orientation by a non-zero angle.

Phase-locked mode laser according to claim 1, characterized in that the amplifying medium (MAP) generates a linear polarized laser emission and comprises a single polarizer (A) for selecting the output bias.

4. A mode-locked laser according to claim 1, characterized in that the single amplifying medium (MAP) generates a linear polarized emission and also operates the polarization angular selection after a round-trip of the radiation through the non-linear crystal (CNL). .

5. Phase-locked mode laser according to claim 1, characterized in that it comprises a second amplifying medium (MAP2) at the output of the nonlinear crystal, the second amplifier having a variable gain depending on the incident polarization, so to select the polarization.

6. phase-locked mode laser according to claim 5, characterized in that it comprises an intracavity folding mirror located between the nonlinear crystal and the second amplifying medium so as to create two amplifying media (MAP1, MAP2) of which relative orientation between their polarization axes is shifted.

7. Phase locked mode laser according to claim 1 characterized in that it comprises a non-reciprocal polarization rotator (RF) located between the amplifying medium (MA) and the nonlinear crystal (CNL).

8. Phase locked mode laser according to claim 1 characterized in that it comprises a phase plate whose neutral axes are parallel to the axes of the nonlinear crystal.

9. Phase locked mode laser according to one of claims 1 to 7, characterized in that it comprises at least three mirrors (M1, M2, M3) so as to form a ring cavity.

10. Block mode laser according to claim 9, characterized in that it comprises a first mirror (M1), an amplifying medium (MA), a polarization separator (SP) and a phase plate of thickness @ .I4 if k is the wavelength of the laser emission located between the first mirror and the polarizer so as to form a fold of the cavity and in that it comprises a ring cavity defined by the polarization separator and the mirrors M2 and M3, said ring cavity comprising the nonlinear crystal and polarization rotation means.