FR2888409A1 - Source laser multi-longeurs d'onde dans l'infrarouge - Google Patents
Source laser multi-longeurs d'onde dans l'infrarouge Download PDFInfo
- Publication number
- FR2888409A1 FR2888409A1 FR0507239A FR0507239A FR2888409A1 FR 2888409 A1 FR2888409 A1 FR 2888409A1 FR 0507239 A FR0507239 A FR 0507239A FR 0507239 A FR0507239 A FR 0507239A FR 2888409 A1 FR2888409 A1 FR 2888409A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- laser source
- crystal
- radiation
- source according
- laser
- 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
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 46
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 claims abstract description 24
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 24
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 17
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 45
- 229910007475 ZnGeP2 Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 claims description 8
- 229910009372 YVO4 Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 7
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 4
- QWVYNEUUYROOSZ-UHFFFAOYSA-N trioxido(oxo)vanadium;yttrium(3+) Chemical compound [Y+3].[O-][V]([O-])([O-])=O QWVYNEUUYROOSZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);selenium(2-) Chemical compound [Se-2].[Cd+2] UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 claims description 3
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 abstract description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 abstract description 2
- JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N aluminum;oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Y+3] JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910019901 yttrium aluminum garnet Inorganic materials 0.000 description 10
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 101100456571 Mus musculus Med12 gene Proteins 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 YALO Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000005383 fluoride glass Substances 0.000 description 1
- UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N gadolinium atom Chemical compound [Gd] UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- FRNOGLGSGLTDKL-UHFFFAOYSA-N thulium atom Chemical compound [Tm] FRNOGLGSGLTDKL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- PBYZMCDFOULPGH-UHFFFAOYSA-N tungstate Chemical compound [O-][W]([O-])(=O)=O PBYZMCDFOULPGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
- H01S3/108—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
- H01S3/1083—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering using parametric generation
-
- 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/30—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects
- H01S3/305—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects in a gas
-
- 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06708—Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
- H01S3/06729—Peculiar transverse fibre profile
- H01S3/06741—Photonic crystal fibre, i.e. the fibre having a photonic bandgap
-
- 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/08086—Multiple-wavelength emission
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Lasers (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
La présente invention concerne notamment le domaine des lasers et a plus particulièrement pour objet une source laser comportant un cristal (2 ) dopé au néodyme apte à être pompé par des moyens de pompage (3 ), un convertisseur non linéaire à effet Raman stimulé dans le méthane (4 ) et un oscillateur paramétrique optique (5 ).Applications : notamment dans le domaine des lidars la détection de polluants atmosphériques ou les contre mesures optroniques,
Description
L'invention concerne notamment le domaine des lasers et a plus
particulièrement pour objet une source laser apte à émettre à plusieurs longueurs d'onde différentes dans l'infrarouge.
Pour de nombreuses applications, telles par exemple les Lidars, la détection de polluants atmosphériques ou les contre mesures optroniques, on a besoin de sources lasers capables d'émettre plusieurs longueurs d'onde dans les différentes bandes de transmission atmosphérique.
L'élément commun aux différentes architectures de ce type de lasers développés aujourd'hui est l'utilisation d'une source solide à longueur d'onde fixe ou accordable associée à des composants optiques non linéaires tel par exemple un oscillateur paramétrique optique (OPO) ou un convertisseur Raman.
Les problèmes rencontrés pour le développement de ces sources concernent la qualité spatiale des faisceaux obtenus, les performances en puissance moyenne ou en énergie par impulsion ainsi que le rendement global exprimé en puissance laser utilisable générée dans les bandes spectrales à couvrir par rapport à la puissance électrique injectée dans les diodes de pompage. Très souvent, à la sortie d'un convertisseur OPO, l'une des deux longueurs d'onde générées (signal ou complémentaire) se trouve en dehors du domaine spectral recherché. Ainsi, lorsque la longueur d'onde ne dépasse pas 2pm, un OPO destiné à couvrir la bande II, à savoir entre 3 et 5 pm, ne peut pas à la fois émettre dans la partie haute vers 5pm et dans la partie basse. Lorsque, pour des applications aux contre mesures optroniques, on s'attache à couvrir la bande I vers 2.1 - 2.2 pm et la bande Il, vers 4.1/4.2 et 4.6/4.7 pm, avec un laser de pompage suivi d'un OPO, la longueur d'onde de pompage doit se situer au-dessus de 2 pm. Aujourd'hui, pour ces applications, on privilégie deux architectures de sources solides pompées par diodes.
Une source basée sur un laser à néodyme, émettant vers 1 pm, et associé à 2 OPO en cascade pour atteindre la bande Il. Ex: Nd:YVO4 émettant à 1.06 pm, à une cadence de 5 kHz suivi d'un premier OPO (PPNL, PPKTP, KTP, KTA.. .) qui fournit deux ondes à 2.18 pm et 2.06 pm. On peut considérer que 2 = 2.06 pm se trouve dans la bande I. L'onde à 2.18 pm pompe un deuxième OPO (ZGP par exemple) permettant d'obtenir deux longueurs d'onde de sortie à savoir 4.1 et 4.6 pm dans la bande Il. Le rendement théorique est de 18% à la sortie du premier OPO pour a, = 2.18 pm à supposer que les rendements soient presque identiques pour le signal et le complémentaire. Par rapport au faisceau de pompe à 1.06 pm, le faisceau à 2.18 pm possède un profil spatial de nettement moins bonne qualité. A la sortie du deuxième OPO pour les deux ondes en bande II, 2^,2 à 4.1/4.2 pm et X3 à 4.6/4.7 pm, le rendement global est inférieur à 9% et les profils des faisceaux émis encore plus dégradés.
Une autre solution au moins aussi avantageuse s'appuie sur une source TmHo émettant à 2.09 pm associée à un seul OPO pour émettre dans la bande Il. A 2.09 pm la qualité de faisceau est excellente (M2<1.2) et le rendement est de plus de 20%. Cependant dans un OPO ZGP émettant à 3.83 et 4.6 pm, l'une des deux longueurs d'onde, X2 = 3.83 pm, n'est pas placée de façon idéale pour les applications de contre mesures optroniques. De plus le cristal de ZGP possède à 2.09 pm, suivant la qualité, un coefficient d'absorption compris entre 0.03 et 0.1 cm-1. Cette architecture à source Tm:YLF - Ho:YAG comme source de pompage d'un OPO possède deux autres inconvénients: L'onde de pompage de Ho:YAG fournie par Tm:YLF à 1.91 pm est proche d'une raie d'absorption de la vapeur d'eau, ce qui conduit à des fluctuations d'intensité. Pour une application militaire la source Tm:YLF doit être placée dans une enceinte à air sec. Le remplacement de Tm:YLF pour un laser à fibre silice dopée thulium rend le montage plus stable mais conduit à un rendement plus faible, car l'efficacité du pompage du thulium à a, = 0,793 pm n'est pas la même dans la silice que dans un cristal d'YLF. De plus, la durée des impulsions d'un laser à cristal de Ho:YAG en mode déclenché varie notablement avec la cadence. La durée passe de 30 ns à 120 ns pour une cadence qui passe de 10 kHz à 50 kHz. Ainsi, l'OPO, placé derrière la source pulsée Ho:YAG, a un comportement qui varie beaucoup avec la cadence de répétition. Dans la source Tm:YLF -* Ho:YAG, le cristal de Tm:YLF reste assez fragile malgré l'utilisation de cristaux composites qui permet de repousser la limite de fracture jusqu'à 15 kW/cm2.
L'objet de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif apte à émettre des rayonnements laser à plusieurs longueurs d'onde différentes et permettant de générer un rayonnement pulsé, haute cadence ou basse cadence avec une énergie par impulsion élevée, et pouvant atteindre la centaine de kHz avec une très faible variation de la durée des impulsions et présentant un rendement élevé.
La solution apportée est une source laser comportant un cristal dopé au néodyme apte à être pompé par des moyens de pompage, un convertisseur non linéaire à effet Raman stimulé dans le méthane et un oscillateur paramétrique optique.
Selon une caractéristique particulière, les moyens de pompage sont aptes à obtenir l'émission d'un cristal dopé au néodyme sur sa transition 4F312 4113,2.
Selon une autre caractéristique, le cristal dopé au néodyme est choisi parmi les matrices suivantes YAG, YALO,YVO4 ou KGW.
Selon une autre caractéristique, les moyens de pompage comportent un laser solide, tel par exemple au moins une diode laser.
Selon une caractéristique préférentielle, le cristal au néodyme pompé par lesdits moyens de pompage est apte à émettre un rayonnement laser à une longueur d'onde comprise entre 1,3 et 1,4 pm.
Selon une caractéristique additionnelle, le convertisseur Raman est apte à convertir le rayonnement généré par le cristal au néodyme en au moins un second rayonnement de longueur d'onde comprise entre 2,1 et 2,2 pm.
Selon une caractéristique particulière, le convertisseur Raman est constitué par une fibre creuse renfermant du méthane sous pression.
Selon une autre caractéristique, cette fibre creuse est une fibre à cristaux photoniques.
Selon une caractéristique additionnelle, l'oscillateur paramétrique optique est apte à être pompé par ledit second rayonnement issu du convertisseur Raman.
Selon une autre caractéristique, l'oscillateur paramétrique optique est constitué par une cavité laser utilisant un cristal, tel par exemple du ZnGeP2 (ZGP) ou du CdSe, ou des semi-conducteurs à quasi-accord de phase comme GaAs ou ZnSe.
Selon une caractéristique particulière, l'oscillateur paramétrique optique est apte à émettre deux rayonnements dont la longueur d'onde est comprise entre 3,8 et 25 5 pm Selon une caractéristique particulière, l'oscillateur paramétrique optique est apte à générer un premier rayonnement à une longueur d'onde comprise entre 4,1 et 4,2 pm et un second rayonnement à une longueur d'onde comprise entre 4,6 et 4,7 pm.
D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront dans la description de différentes variantes de réalisation de l'invention, en regard des figures annexées parmi lesquelles: - La figure 1 présente les moyens généraux constitutifs de l'invention, - La figure 2 montre une première variante de réalisation de l'invention - La figure 3 présente une seconde variante de réalisation de l'invention.
La figure 1 présente un schéma général d'une source laser selon l'invention. Cette source laser comporte un cristal dopé au néodyme 2 apte à être pompé par des moyens de pompage 3, un convertisseur non linéaire à effet Raman stimulé dans le méthane 4 et un oscillateur paramétrique optique 5.
Les moyens de pompage 3 sont aptes à faire émettre le cristal dopé au néodyme sur sa transition 4F312 - 4113/2 de telle sorte que ce dernier cristal émet un rayonnement laser 6 à une longueur d'onde ? p comprise entre 1,3 et 1,4 pm en 10 fonction de la nature du cristal.
Le convertisseur non linéaire à effet Raman stimulé dans le méthane 4 est de type connu et constitué par une fibre creuse qui renferme, dans sa partie creuse, du méthane sous pression.
Le rayonnement laser émis par le cristal dopé au néodyme est guidé à l'intérieur de la fibre creuse et réagit avec le méthane de sorte à générer un rayonnement 7 à une longueur d'onde 21 comprise entre 2,1 et 2, 3 pm en fonction de la longueur d'onde Xp d'entrée du rayonnement et donc, comme mentionné précédemment, de la nature du cristal dopé au néodyme.
Des moyens de partage 8,9 du rayonnement 7 issu du convertisseur Raman 4 sont disposés entre ce convertisseur et l'oscillateur paramétrique optique 5. Ces moyens de partage 8,9 sont aptes à partager le rayonnement 7 issu du convertisseur Raman 4 en un premier rayonnement 10 apte à être émis directement par la source laser et en un second rayonnement 11 apte à alimenter l'oscillateur paramétrique optique 5.
L'oscillateur paramétrique optique 5 est classique et correspond à l'état de l'art. II utilise une cavité simplement résonante à simple passage de la pompe, et met en oeuvre des cristaux classiques de ZnGeP2 permettant un accord de phase pour X, = 2.2 m.
Le rayonnement 11, alimentant l'oscillateur paramétrique optique 5 de 30 longueur d'onde ?A, est transformé, dans ce dernier, en deux rayonnements 12 et 13 de longueurs d'onde respectives 22 et 2^,3 comprises entre 3 et 5pm.
Le tableau ci-dessous, présente les valeurs approximatives des longueurs d'onde ? p, i1 X,2 et 2^,3 pour différents cristaux Nd:X, à savoir les cristaux suivants: le grenat d'yttrium aluminium (YAG), le vanadate d'yttrium (YVO4), l'oxyde d'Yttrium et d'aluminium (YALO), le tungstate de gadolinium et de potassium (KGW).
Nd:X (Pm) (Pm) X2/ X3 (lem) Nd:YAG 1,321 2,148 3,76 / 5 Nd:YALO 1,341 2, 201 4,06/4,8 Nd:YVO4 1,3425 2,205 4,1 / 4,8 Nd:KGW 1,351 2,228 4,018 / 5 La figure 2 présente un mode de réalisation particulier d'une source laser selon l'invention. Cette source comporte trois cavités 20,30 et 40.
La première cavité 20 comporte un premier miroir 21, un modulateur acousto-optique ou un Q-switch électro-optique 22, un cristal 23 et un second miroir 34. Des moyens de pompage 25 de ce cristal 23 sont associés à cette cavité et, plus particulièrement à ce cristal 23. La cavité 20 est ainsi délimitée par les deux miroirs 21 et 34.
Le modulateur acousto-optique 22 est de type connu. Sa fonction est de permettre un fonctionnement discontinu de la source laser et de régler sa fréquence de fonctionnement en fonction de l'application souhaitée. Ainsi, il permet, par exemple, de travailler à haute cadence, notamment jusqu'à plus de 100 kHz, lorsque le cristal est constitué par du vanadate d'Yttrium dopé au néodyme (Nd:YVO4).
Le cristal 23 est constitué par du vanadate d'Yttrium dopé au néodyme, tandis que les moyens de pompage 25 comportent des diodes et des moyens d'alimentation de ces dernières. Ces diodes sont aptes à émettre à une longueur d'onde de 0,808 pm permettant ainsi d'obtenir l'émission du cristal dopé au néodyme sur sa transition 4F312 > 4I13,2 de telle sorte qu'il émet, lorsqu'il est ainsi pompé, un rayonnement laser 26 à une longueur d'onde 2^,p de 1,3425 pm. Les miroirs 21 et 34, sont hautement réfléchissants à la longueur d'onde d'émission Xp de 1,3425 pm du cristal 23 de façon à permettre le pompage du convertisseur Raman à la puissance maximale disponible dans la cavité 20.
La seconde cavité 30 comporte un miroir 24 ayant une transmission maximale à la longueur d'onde Xp de 1,3425 pm et une réflexion maximale à la longueur d'onde X1 vers 2,1 et 2,2 pm. Elle comporte aussi une première lentille de collimation 31, un convertisseur non linéaire à effet Raman stimulé dans le méthane 32 (CH4, V R= 2914 cm-1), une seconde lentille de collimation 33 et le troisième miroir 34 commun à la cavité 20 et ayant une réflexion maximale à la longueur d'onde Xp de 1,3425 pm et une transmission optimisée aux longueurs d'onde ? vers 2,1 et 2,2 pm afin d'obtenir le meilleur rendement du convertisseur Raman.
Ce convertisseur Raman 32 est constitué par une fibre creuse, à guidage par cristaux photoniques bi-bande ayant peu de pertes à 1,34 pm et 2,2 pm et comportant une fenêtre à chacune de ses extrémités. Pour obtenir un rendement de conversion satisfaisant de 1.3 vers 2,1/2,2 pm, le méthane est utilisé à une pression de plusieurs dizaines d'atmosphères et la densité de puissance de pompe atteint quelques 100 MW/cm2 à 1 GW/cm2 [1]. Le coeur de la fibre creuse a un diamètre de l'ordre de 20 à 50 pm tandis que sa longueur est de quelques dizaines de cm. L'efficacité théorique à la sortie du convertisseur Raman est de près de 45% et, pratiquement, une efficacité d'au moins 15% est obtenue (diode 0,808 pm --> 2.2 pm).
Le second miroir 24 est hautement réfléchissant à la longueur d'onde d'émission du convertisseur Raman 32 tandis que le troisième miroir 34 présente une transmission optimisée pour les longueurs d'onde situées vers 2,1/2,2 pm.
Ainsi le convertisseur Raman est pompé par le rayonnement laser 26 et émet un rayonnement 36 sur la première raie Stokes du méthane à une longueur d'onde X1 20 qui se situe entre 2.1 et 2.2 pm.
La troisième cavité 40 est constituée par un oscillateur paramétrique optique 41 classique utilisant une cavité simplement résonante entre les miroirs 44 et 54, à simple passage de la pompe, en l'occurrence le rayonnement 36 à une longueur d'onde Â,p = 2.2 m, et mettant en oeuvre des cristaux classiques de ZnGeP2 permettant un accord de phase pour Xp = 2.2 m. Cet oscillateur paramétrique optique 41 est apte à émettre deux rayonnements 45 et 46, à savoir le signal et son complémentaire, l'un à une longueur d'onde X2 de l'ordre de 4.1/4.2 pm et l'autre à une longueur d'onde k3 de l'ordre de 4.6/4.7 pm.
En outre des moyens 50 de partage du rayonnement 36 issu du convertisseur Raman 32 sont disposés entre la seconde cavité 30 et la troisième 40. Une partie 52 de ce rayonnement est dirigée en direction de l'oscillateur paramétrique optique 41 via des moyens de focalisation 51, en l'occurrence une lentille de focalisation, tandis qu'une seconde partie 53 est apte à être émise par la source laser.
Le fonctionnement de la source laser est le suivant: Lorsque les diodes laser sont alimentées électriquement, elles émettent, en direction du cristal 23, un rayonnement continu à une longueur d'onde de 0,808pm donnant lieu à une émission correspondant à la transition 4F312 --* 4I13, 2 du néodyme. Le modulateur acousto-optique 22 étant réglé sur une certaine fréquence de fonctionnement de la source, par exemple 100kHz, le cristal 23 se met à laser à cette fréquence générant ainsi un rayonnement 26 impulsionnel à une longueur d'onde de 1,3425 pm. Ce rayonnement impulsionnel 26 sort de la première cavité et pénètre dans la seconde cavité 30 puis dans le convertisseur Raman 32 apte à modifier sa longueur d'onde. En effet, le convertisseur Raman 32 est pompé par le rayonnement impulsionnel laser 26 et émet un rayonnement 36 sur la première raie Stokes du méthane à une longueur d'onde I1 qui se situe entre 2.1 et 2.2 pm. Une partie de ce rayonnement impulsionnel 36 est prélevée par des moyens 50 de partage du rayonnement 36 issu du convertisseur Raman 32 et peut ainsi être émise par la source tandis que l'autre partie de ce rayonnement 36 passe au travers de la lentille de focalisation 51 qui permet de créer une tache focale de quelques centaines de pm de diamètre, la longueur d'interaction (longueur de Rayleigh) pourra être de quelques millimètres ou du cm, suivant la focale de la lentille, le M2 et le diamètre du faisceau de pompe. Le rayonnement sortant de la lentille de focalisation pénètre dans la troisième cavité 40, en l'occurrence l'oscillateur paramétrique optique 41 duquel ressortent deux rayonnements impulsionnels synchronisés, à savoir le signal 45 et son complémentaire 46, l'un à une longueur d'onde X2 de l'ordre de 4.1/4.2 pm et l'autre à une longueur d'onde X3 de l'ordre de 4.6/4.7 pm, ces deux rayonnements 45 et 46 étant aptes à être émis par la source laser.
L'utilisation d'un cristal Nd:YVO4 permet de travailler à haute cadence (plus de 100 kHz) et de fournir des énergies par impulsion de 0.1 à 0.5 mJ, voire plus.
La figure 3 montre un schéma d'un second mode de réalisation de l'invention dans laquelle, par rapport au mode de réalisation décrit précédemment, la première cavité est remplacée par un système oscillateur et amplificateur de puissance laser (MOPA) qui comporte un oscillateur 60 utilisant un cristal en oxyde d'yttrium et d'aluminium dopé au néodyme (Nd:YALO) et une chaîne d'amplification 61 du rayonnement issu de l'oscillateur 60. Avec une telle source laser, il est possible de fonctionner à une cadence limitée à quelques dizaines de Hz avec une énergie de plus de 100 mJ par impulsion et par onde générée à la sortie de l'oscillateur paramétrique optique. L'utilisation d'un cristal Nd:YAG (? p = 1.321 pm) permet aussi d'obtenir de telles cadences de fonctionnement.
Bien entendu, de nombreuses modifications peuvent être apportées aux 5 modes de réalisation précédemment décrits sans sortir du cadre de l'invention.
Ainsi, d'autres cristaux dopés au néodyme que ceux cités dans la demande, peuvent être utilisés dans le cadre de l'invention. Par ailleurs, l'oscillateur paramétrique optique (OPO) utilisant des cristaux de ZnGeP2 (ZGP) peut être remplacé par un OPO utilisant des cristaux de CdSe ou des semi-conducteurs à quasi-accord de phase comme GaAs ou ZnSe. A la place des sources dopées au néodyme utilisant des cristaux et émettant vers 1, 32/1,34 pm, on peut également mettre en oeuvre des sources à fibres dopées. Ainsi un laser en verre fluoré dopé au néodyme pourrait être utilisé.
Claims (4)
1. Source laser comportant soit un cristal (2; 23) soit une fibre dopé au néodyme et apte à être pompé par des moyens de pompage (3; 25), ainsi qu'un 5 convertisseur non linéaire à effet Raman stimulé dans le méthane (4; 32) et un oscillateur paramétrique optique (5; 41).
2. Source laser selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de pompage (3; 25) sont aptes à permettre l'émission du cristal (2; 23) ou la fibre dopé au néodyme sur sa transition 4F3/2 -> 4I13/2.
3 Source laser selon la revendication 2, caractérisée en ce que le cristal (2; 23) ou la fibre pompé par lesdits moyens de pompage (3; 25) est apte à émettre un rayonnement laser à une longueur d'onde comprise entre 1,3 et 1,4 pm.
4. Source laser selon la revendication 3, caractérisée en ce que le cristal au néodyme est choisi parmi les cristaux suivants Nd: YAG, Nd: YALO, Nd: YVO4 ou Nd: KGW.
Source laser selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les moyens de pompage (3; 25) comportent un laser solide, tel par exemple au moins une diode laser.
6. Source laser selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le convertisseur Raman (4; 32) est apte à convertir le rayonnement généré par le cristal (2; 23) ou par la fibre en au moins un second rayonnement (7; 36) de longueur d'onde comprise entre 2,1 et 2,2 pm.
7 Source laser selon la revendication 6, caractérisée en ce que le convertisseur Raman (4; 32) est constitué par une fibre creuse renfermant du 25 méthane sous pression.
8 Source laser selon la revendication 6, caractérisée en ce que cette fibre creuse est à guidage par cristaux photoniques.
9 Source laser selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que l'oscillateur paramétrique optique (5; 41) est apte à être pompé par ledit 30 second rayonnement (7; 36) issu du convertisseur Raman (4; 32).
Source laser selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'oscillateur paramétrique optique (5; 41) est constitué par une cavité laser utilisant un cristal, tel par exemple du ZnGeP2 (ZGP) ou du CdSe, ou des semi-conducteurs à quasi-accord de phase comme GaAs ou ZnSe.
11 Source laser selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que l'oscillateur paramétrique optique (5; 41) est apte à émettre deux rayonnements dont la longueur d'onde est comprise entre 3,8 et 5 pm.
12 Source laser selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que le cristal (2; 23) est constitué par du vanadate d'yttrium dopé au néodyme et en ce que l'oscillateur paramétrique optique (5; 41) est apte à générer un premier rayonnement à une longueur d'onde comprise entre 4,1 et 4,2 pm et un second rayonnement à une longueur d'onde comprise entre 4,6 et 4,7 pm.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0507239A FR2888409B1 (fr) | 2005-07-07 | 2005-07-07 | Source laser multi-longeurs d'onde dans l'infrarouge |
| DE102006031183A DE102006031183B4 (de) | 2005-07-07 | 2006-07-04 | Laserquelle für verschiedene Wellenlängen im IR-Bereich |
| US11/482,049 US7974318B2 (en) | 2005-07-07 | 2006-07-07 | Infra-red multi-wavelength laser source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0507239A FR2888409B1 (fr) | 2005-07-07 | 2005-07-07 | Source laser multi-longeurs d'onde dans l'infrarouge |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2888409A1 true FR2888409A1 (fr) | 2007-01-12 |
| FR2888409B1 FR2888409B1 (fr) | 2009-10-09 |
Family
ID=36128436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR0507239A Expired - Fee Related FR2888409B1 (fr) | 2005-07-07 | 2005-07-07 | Source laser multi-longeurs d'onde dans l'infrarouge |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7974318B2 (fr) |
| DE (1) | DE102006031183B4 (fr) |
| FR (1) | FR2888409B1 (fr) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN119315363A (zh) * | 2024-12-18 | 2025-01-14 | 中国人民解放军国防科技大学 | 基于气体受激拉曼散射的超宽带可调谐光纤通讯光源 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2926932A1 (fr) * | 2008-01-25 | 2009-07-31 | Saint Louis Inst | Procede d'emission d'un rayonnement laser pulse et source laser associee |
| DE102011114474B3 (de) | 2011-09-28 | 2012-12-13 | Deutsch Französisches Forschungsinstitut Saint Louis | Laseranordnung |
| US9667021B2 (en) * | 2014-10-07 | 2017-05-30 | Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. | Phosphate photonic crystal fiber and converter for efficient blue generation |
| CN109861060A (zh) * | 2017-11-30 | 2019-06-07 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 3.8微米激光器、激光频率变换器、1.06微米变换至3.8微米的激光频率变换方法 |
| CN110416870A (zh) * | 2019-07-15 | 2019-11-05 | 中国电子科技集团公司第十一研究所 | 中长波红外激光器及中长波红外激光输出方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4213060A (en) * | 1977-02-14 | 1980-07-15 | The Board Of Trustees Of Leland Stanford University | Tunable infrared source employing Raman mixing |
| US5400173A (en) * | 1994-01-14 | 1995-03-21 | Northrop Grumman Corporation | Tunable mid-infrared wavelength converter using cascaded parametric oscillators |
| US5566195A (en) * | 1994-07-02 | 1996-10-15 | Carl-Zeiss-Stiftung | Intracavity raman laser |
| FR2798779A1 (fr) * | 1999-09-16 | 2001-03-23 | Centre Nat Rech Scient | Source laser intense pour le pompage des amplificateurs a fibres optiques pour les telecommunications |
| US6496634B1 (en) * | 2001-07-17 | 2002-12-17 | Marc David Levenson | Holey fibers filled with raman active fluid |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2649833A1 (fr) * | 1989-07-11 | 1991-01-18 | Thomson Csf | Source laser de puissance accordable |
| FR2652685B1 (fr) * | 1989-10-03 | 1991-12-06 | Thomson Csf | Source laser de puissance a commande optique de balayage de faisceau. |
| AU640489B2 (en) * | 1990-06-20 | 1993-08-26 | Nippon Telegraph & Telephone Corporation | Optical functioning glass and fiber amplifier |
| FR2677500B1 (fr) * | 1991-06-10 | 1993-10-01 | Cilas | Laser raman. |
| US5163061A (en) * | 1991-10-17 | 1992-11-10 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method of frequency shifting using a chromium doped laser transmitter |
| US7039076B2 (en) * | 2001-08-10 | 2006-05-02 | Jds Uniphase Corporation | Fiber amplifier system for producing visible light |
| US6782014B1 (en) * | 2001-09-28 | 2004-08-24 | Konstantin Vodopyanov | Laser wavelength tripler with high quantum efficiency |
| GB2413004B (en) * | 2003-02-03 | 2007-03-21 | Bae Systems Information | Method and apparatus for generating mid and long ir wavelength radiation |
| US7110109B2 (en) * | 2003-04-18 | 2006-09-19 | Ahura Corporation | Raman spectroscopy system and method and specimen holder therefor |
| US7391794B2 (en) * | 2005-05-25 | 2008-06-24 | Jds Uniphase Corporation | Injection seeding of frequency-converted Q-switched laser |
-
2005
- 2005-07-07 FR FR0507239A patent/FR2888409B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2006
- 2006-07-04 DE DE102006031183A patent/DE102006031183B4/de not_active Expired - Fee Related
- 2006-07-07 US US11/482,049 patent/US7974318B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4213060A (en) * | 1977-02-14 | 1980-07-15 | The Board Of Trustees Of Leland Stanford University | Tunable infrared source employing Raman mixing |
| US5400173A (en) * | 1994-01-14 | 1995-03-21 | Northrop Grumman Corporation | Tunable mid-infrared wavelength converter using cascaded parametric oscillators |
| US5566195A (en) * | 1994-07-02 | 1996-10-15 | Carl-Zeiss-Stiftung | Intracavity raman laser |
| FR2798779A1 (fr) * | 1999-09-16 | 2001-03-23 | Centre Nat Rech Scient | Source laser intense pour le pompage des amplificateurs a fibres optiques pour les telecommunications |
| US6496634B1 (en) * | 2001-07-17 | 2002-12-17 | Marc David Levenson | Holey fibers filled with raman active fluid |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| HANNA D C ET AL: "A synchronously pumped waveguide CH4 Raman laser at 1.54 [mu]m", OPTICS COMMUNICATIONS NETHERLANDS, vol. 65, no. 4, 15 February 1988 (1988-02-15), pages 279 - 282, XP002377280, ISSN: 0030-4018 * |
| LEFEBVRE M ET AL: "Raman injected optical parametric oscillator", OPTICS COMMUNICATIONS, NORTH-HOLLAND PUBLISHING CO. AMSTERDAM, NL, vol. 139, no. 4-6, 1 July 1997 (1997-07-01), pages 241 - 246, XP004082573, ISSN: 0030-4018 * |
| ROY G ET AL: "COMPARISON OF RAMAN AND DEGENERATED OPTICAL PARAMETRIC OSCILLATORS FOR A HIGH-ENERGY AND HIGH-REPETITION-RATE EYE-SAFE LASER", OPTICAL ENGINEERING, SOC. OF PHOTO-OPTICAL INSTRUMENTATION ENGINEERS. BELLINGHAM, US, vol. 35, no. 12, 1 December 1996 (1996-12-01), pages 3579 - 3584, XP000678986, ISSN: 0091-3286 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN119315363A (zh) * | 2024-12-18 | 2025-01-14 | 中国人民解放军国防科技大学 | 基于气体受激拉曼散射的超宽带可调谐光纤通讯光源 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102006031183A1 (de) | 2007-08-02 |
| FR2888409B1 (fr) | 2009-10-09 |
| DE102006031183B4 (de) | 2011-01-13 |
| US7974318B2 (en) | 2011-07-05 |
| US20070019688A1 (en) | 2007-01-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5673281A (en) | Solid state system for frequency conversion using raman-active media and non-linear media | |
| EP0408406A1 (fr) | Source laser de puissance accordable | |
| Kato | High-power difference-frequency generation at 5-11 µm in AgGaS 2 | |
| EP0409682B1 (fr) | Générateur d'impulsion laser de puissance | |
| US7974318B2 (en) | Infra-red multi-wavelength laser source | |
| CN113363798B (zh) | 一种可调控高光学效率宽带多纵模拉曼微片激光器 | |
| FR2649548A1 (fr) | Laser solide a longueur d'onde d'emission 0,5-0,65 micrometres | |
| McKay et al. | High average power (11 W) eye-safe diamond Raman laser | |
| US8315283B2 (en) | Wavelength selectable laser systems and related methods | |
| Grigoryan et al. | Synchronously pumped picosecond Raman laser utilizing an LiIO3 crystal | |
| CN114597758A (zh) | 一种主动调Q内腔式Nd:YAG陶瓷/BaWO4双波长拉曼激光器 | |
| EP2443705B1 (fr) | Système d'émission d'une lumière polychromatique a sous-cavités couplées | |
| EP1861902A1 (fr) | Dispositif laser à deux longueurs d'onde, et système comprenant un tel dispositif | |
| EP1175716B1 (fr) | Dispositif et procede permettant le mode-blocage d'un laser | |
| FR2866488A1 (fr) | Dispositif de generation d'un rayonnement laser dans l'infrarouge | |
| RU2300834C2 (ru) | Непрерывный компактный твердотельный вкр-лазер (варианты) | |
| Naumov et al. | Miniature optical parametric 1064/1573 nm converter. | |
| Guy et al. | Mode-locked diode-pumped Nd: YAP laser | |
| FR2785098A1 (fr) | Laser solide pompe par diode laser | |
| Grasyuk et al. | Generation of single picosecond pulses of up to 0.6 mJ energy andof 9.2 μ wavelength by stimulated Raman scattering | |
| Vasilye et al. | Long-wave IR femtosecond supercontinuum generation with Cr: ZnS lasers | |
| Fischer | Power-scaling of ultrafast thin-disk laser oscillators for intra-oscillator high harmonic generation | |
| JPH1079550A (ja) | 半導体レーザ励起固体レーザ装置 | |
| CN119009639A (zh) | 一种光纤种子源装置 | |
| Mahnke et al. | Comparison of a non-resonant and a signal-resonant four mirror optical parametric oscillator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 12 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 13 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 14 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 16 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 17 |
|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20230305 |