Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
LASER OSCILLATOR WITH MULTIPLE CAVITIES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2000/005789
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention concerns a laser oscillator (28) with multiple cavities comprising a row of at least two cavities (36) with parallel axes and stable at least in a plane parallel to the axes of the cavities in said row, and light coupling means (38) between said at least two stable cavities (36). Said coupling means comprise an unstable cavity (38), parallel to said at least two stable cavities (36) and arranged in said row between the latter.

More Like This:
Inventors:
COTTIN PATRICE (FR)
LESCROART GUILLAUME (FR)
BOURDET GILBERT (FR)
Application Number:
PCT/FR1999/001663
Publication Date:
February 03, 2000
Filing Date:
July 08, 1999
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
SYSTEME OPTRONIQUE IND (FR)
COTTIN PATRICE (FR)
LESCROART GUILLAUME (FR)
BOURDET GILBERT (FR)
International Classes:
H01S3/08; H01S3/03; H01S3/06; H01S3/23; (IPC1-7): H01S3/08
Foreign References:
DE4300700A11993-07-29
DE3148905A11983-06-23
US4221468A1980-09-09
Attorney, Agent or Firm:
Systeme, Optronique Industriel (4 chemin du Montois Noisy sur Ecole, FR)
Systeme, Optronique Industriel (4 chemin du Montois Noisy sur Ecole, FR)
Download PDF:
Claims:
REVENDICATIONS
1. Oscillateur (28) laser à cavités multiples. comprenant une rangée d'au moins deux cavités (36) d'axes parallèles et stables dans au moins un plan parallèle aux axes des cavités de ladite rangée, et des moyens (38) de couplage de lumière entre lesdites au moins deux cavités stables (36), caractérisé en ce que lesdits moyens de couplage compren nent chacun une cavité instable (38), parallèle auxdites au moins deux cavités stables (36) et disposée dans ladite rangée entre cellesci.
2. Oscillateur laser à cavités multiples selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite cavité instable (38) comprend au moins un élément de miroir (34) à surface bombée.
3. Oscillateur laser à cavités multiples selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit au moins un élément de miroir à surface bombée possède une forme convexe.
4. Oscillateur laser à cavités multiples selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit au moins élément de miroir à surface bombée (34) est un élément de miroir de forme cylindrique, l'axe de cylindre étant perpendiculaire à un plan parallèle aux axes des cavités stables (36) de ladite rangée.
5. Oscillateur laser à cavités multiples selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ladite cavité instable (38) comprend un élément de miroir à surface bombée (34) et un élément de miroir plan (24).
6. Oscillateur laser à cavités multiples selon la revendication 5, caractérisé en ce que les cavités stables (36) et instables (38) disposées en alternance de ladite rangée possèdent un miroir plan commun de sortie (24).
7. Oscillateur laser à cavités multiples selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un miroir plan de sortie (24) et un miroir (20) sensiblement totalement réfléchissant et com portant sur sa face (22) en regard du miroir plan de sortie un motif d'élé ments de miroir (30) formé d'une part de portions creuses (32) définissant avec ledit miroir plan de sortie (24) ladite rangée de cavités stables (36) et d'autre part de portions bombées (34) disposées respectivement entre deux portions creuses (32) et définissant avec ledit miroir plan de sortie (24) lesdites cavités instables (38) de couplage de deux cavités stables (36) voisines.
8. Oscillateur laser à cavités multiples selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdites portions bombées (34) et creuses (32) possèdent une forme cylindrique, les axes de cylindre étant perpendiculaire à un plan parallèle aux axes des cavités stables (36) de ladite rangée.
9. Oscillateur laser à cavités multiples selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que pour générer en sortie un faisceau laser (26) dont l'amplitude est sensiblement la somme de 2*N modes laser élémentai res fondamentaux de profil transversal gaussien, 2*N étant le nombre desdites portions creuses, ledit motif d'éléments de miroir (30) possède dans ladite direction transversale (X) de la rangée de cavités (36, 38) un profil A donné par la formule suivante : A(x) = R * 0(x) où À. est la longueur d'onde de la lumière et ¢(x) est une variation de phase en fonction de la direction transversale x du miroir (20) et est extraite de l'équation suivante : qui est un nombre complexe de la forme : A(x) = A"B(x)exp(i0(x)) où Al,* B(x) est le module et ¢(x) la phase recherchée de ce nombre complexe A (x), j est un nombre naturel allant de 1 à N, i est le nombre imaginaire, d est la distance entre les centres de deux modes laser élé mentaires de profil gaussien voisins, et k est le nombre d'onde k = 2z où wo est le rayon de col d'un des modes laser élémentaires de profil transversal gaussien, L étant la longueur de la cavité et <BR> <BR> <BR> <BR> 2 <BR> <BR> <BR> R À <BR> R.
10. Miroir pour un oscillateur (28) selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte une face (22) sensi blement totalement réfléchissante présentant un motif d'éléments de miroir (30) formé d'une part des portions creuses (32) destinées à définir, avec un miroir plan de sortie (24), ladite rangée de cavités stables (36) et d'autre part des portions bombées (34) disposées respectivement entre deux portions creuses (32) et destinées à définir, avec ledit miroir plan de sortie (24), lesdites cavités instables (38) de couplage de deux cavités stables (36) voisines.
11. Miroir selon la revendication 10, caractérisé en ce que lesdites portions bombées (34) et creuses (32) possèdent une forme cylindrique, les axes de cylindre étant parallèles.
12. Miroir selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que pour obtenir avec un miroir plan (24) correspondant 2*N modes laser élémentaires fondamentaux de profil transversal gaussien, 2*N étant le nombre desdites portions creuses, le profil A transversal gravé du motif d'éléments de miroir (30), est donné par la relation suivante : où k est la longueur d'onde de la lumière et ¢(x) est une variation de phase en fonction de la direction transversale x du miroir (20) et est extraite de l'équation suivante : qui est un nombre complexe de la forme : A(x) = A"B(x) exp(i0(x)) où A" * B(x) est le module et ¢(x) la phase recherchée de ce nombre complexe A (x), j est un nombre naturel allant de 1 à N, i est le nombre imaginaire, d est la distance entre les centres de deux modes laser élé mentaires de profil gaussien voisins, et k est le nombre d'onde k = 2x où wo est le rayon de col d'un des modes laser élémentaires de profil transversal gaussien, L étant la longueur de la cavité et <BR> <BR> <BR> <BR> #w²0<BR> ZR = . <BR> <P> #.
13. Procédé de fabrication d'un miroir laser selon l'une quelcon que des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que l'on grave dans une face sensiblement totalement réfléchissante d'un miroir plan, par l'intermé diaire d'un faisceau d'ions, ledit motif d'éléments de miroir (30) formé des portions creuses (32) destinées à définir, avec un miroir plan de sortie (24), ladite rangée de cavités stables (36) et d'autre part des portions bombées (34) disposées respectivement entre deux portions creuses (32) et desti nées à définir, avec ledit miroir plan de sortie (24), lesdites cavités instables (38) de couplage de deux cavités stables (36) voisines.
14. Laser, caractérisé en ce qu'il comprend un oscillateur laser (28) à cavités multiples selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 et un milieux amplificateur disposé dans ledit oscillateur (28).
15. Laser selon la revendication 14, caractérisé en ce que le milieux amplificateur est un mélange de gaz, notamment du gaz C02, disposé entre deux électrodes en forme de plaque (3, 5), parallèles à ladite rangée de cavités (36,38) et séparées d'un intervalle (h) prédéfini pour former un guide d'onde pour les modes laser se propageant dans le milieu s amplificateur.
16. Laser selon la revendication 14, caractérisé en ce que le milieu amplificateur est un solide, notamment une tranche sensiblement rectangle d'une matrice critalline contenant un dopant laser et dont les grandes faces forment pour les modes laser se propageant dans le milieu amplificateur un guide d'onde par réflexion totale.
Description:
OSCILLATEUR LASER A CAVITES MULTIPLES L'invention est relative à un oscillateur laser à cavités multiples. un miroir pour un tel oscillateur, un procédé de fabrication de ce miroir et un laser comportant un tel oscillateur.

L'énergie fournie par un laser dépend essentiellement du volume du milieu amplificateur exploité par un mode laser qui s'y propage.

Par conséquent, plus le mode laser est large. mieux est exploité le volume disponible du milieu amplificateur.

On peut obtenir des modes laser de grandes dimensions transversales en allongeant par exemple la cavité.

Toutefois, si la largeur du mode est augmentée, l'allongement de la cavité ne peut permettre de mieux exploiter le milieu amplificateur que si le rapport entre la longueur de la cavité et la largeur du mode laser reste constant, car la stabilité d'un mode laser dépend de la diffraction que celui- ci subit sur un aller-retour dans la cavité.

En conséquence, la solution consistant à allonger ta cavité laser conduit à des ensembles laser encombrants. mécaniquement instables et difficiles à alimenter en énergie.

De plus. si dans une telle cavité allongée, l'excitation du milieu amplificateur est optimisée, le gain que le mode laser a acquis au cours d'un aller retour, peut provoquer l'apparition de modes laser transverses qui sont gênants du fait qu'ils ne permettent pas de réaliser des taches focales de petites dimensions.

En outre, si le mode laser au sein du milieu amplificateur présente des dimensions larges, des problèmes liés au refroidissement du milieu amplificateur deviennent critiques.

Par ailleurs. on connaît des lasers dans lesquels sont associées plusieurs cavités en parallèle, par exemple par guidage dans un réseau carré ou autofocaiisani de guides. Chaque guide individuel supporte un

mode élémentaire qui est couplé aux modes des autres cavités par exemple par filtrage.

Du document DE-43 00 700, on connaît un laser CO2 à plaques équipé d'un oscillateur laser comprenant une rangée de plusieurs cavités d'axes parallèles et stables dans un plan parallèle aux axes de la rangée de cavités. Les cavités stables sont couplées entre elles par diffusion sur des bords vifs des miroirs des cavités.

Cette solution présente l'inconvénient que le couplage entre deux cavités stables ne peut pas bien être maîtrisé.

L'invention vise à proposer un oscillateur laser à cavités multi- ples comprenant une rangée de plusieurs cavités d'axes parallèles et stables au moins dans un plan parallèle aux axes de la rangée de cavités et dont le couplage entre deux cavités stables puisse être maîtrisé de manière satisfaisante.

A cet effet, l'invention a pour objet un oscillateur laser à cavités multiples. comprenant une rangée d'au moins deux cavités d'axes parallèles et stables dans au moins un plan parallèle aux axes des cavités de ladite rangée, et des moyens de couplage de lumière entre lesdites au moins deux cavités stables, caractérisé en ce que lesdits moyens de couplage comprennent chacun une cavité instable, parallèle auxdites au moins deux cavités stables et disposée dans ladite rangée entre celles-ci.

L'oscillateur selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - ladite cavité instable comprend au moins un élément de miroir à surface bombée, - ledit au moins un élément de miroir à surface bombée possède une forme convexe,

- ledit au moins élément de miroir à surface bombée est un élément de miroir de forme cylindrique, l'axe de cylindre étant perpendicu- laire à un plan parallèle aux axes des cavités stables de ladite rangée, - ladite cavité instable comprend un élément de miroir à surface bombée et un élément de miroir plan, - les cavités stables et instables disposées en alternance de ladite rangée possèdent un miroir plan commun de sortie, - l'oscillateur comprend un miroir plan de sortie et un miroir sensiblement totalement réfléchissant et comportant sur sa face en regard du miroir plan de sortie un motif d'éléments de miroir formé d'une part de portions creuses définissant avec ledit miroir plan de sortie ladite rangée de cavités stables et d'autre part de portions bombées disposées respective- ment entre deux portions creuses et définissant avec ledit miroir plan de -' sortie lesdites cavités instables de couplage de deux cavités stables voisines, - lesdites portions bombées et creuses possèdent une forme cylindrique, les axes de cylindre étant perpendiculaire à un plan parallèle aux axes des cavités stables de ladite rangée.

- pour générer en sortie un faisceau laser dont l'amplitude est sensiblement la somme de 2*N modes laser élémentaires fondamentaux de profil transversal gaussien, 2*N étant le nombre desdites portions creuses, ledit motif d'éléments de miroir possède dans ladite direction transversale de la rangée de cavités un profil A donné par la formule suivante : <BR> <BR> <BR> <BR> A (x) = À * 0 (x) <BR> <BR> <BR> 9 .7r où A est la longueur d'onde de la lumière et ¢(x) est une variation de phase en fonction de la direction transversale x du miroir et est extraite de l'équa- tion suivante :

qui est un nombre complexe de la forme : A (x) = AB (x) exp (-io (x » où A,, *B (x) est le module et +(x) la phase recherchée de ce nombre complexe A (x), j est un nombre naturel allant de 1 à N, i est le nombre imaginaire, d est la distance entre les centres de deux modes laser élémentaires de profil gaussien voisins, et k est le nombre d'onde k = 2x où wo est le rayon de col d'un des modes laser élémentaires de profil transversal gaussien, L étant la longueur de la cavité et <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> 2 <BR> <BR> <BR> <BR> R À <BR> <BR> <BR> R L'invention a également pour objet un miroir pour un oscillateur laser tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comporte une face sensiblement totalement réfléchissante présentant un motif d'éléments de miroir formé d'une part des portions creuses destinées à définir, avec un miroir plan de sortie, ladite rangée de cavités stables et d'autre part des portions bombées disposées respectivement entre deux portions creuses et destinées à définir, avec ledit miroir plan de sortie, lesdites cavités instables de couplage de deux cavités stables voisines.

Le miroir selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - lesdites portions bombées et creuses possèdent une forme cylindrique, les axes de cylindre étant parallèles, - pour obtenir avec un miroir plan correspondant 2*N modes laser élémentaires fondamentaux de profil transversal gaussien, 2*N étant le nombre desdites portions creuses, le profil A transversal gravé du motif d'éléments de miroir, est donné par la relation suivante : <BR> <BR> <BR> <BR> #(x) = # * #(x)<BR> 2# <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> ou A est la longueur d'onde de la lumière et ¢(x) est une variation de phase en fonction de la direction transversale x du miroir et est extraite de l'équa- tion suivante : qui est un nombre complexe de la forme : A(x) = A"B(x) exp( (x)) où A,, *B (x) est le module et +(x) la phase recherchée de ce nombre complexe A (x), j est un nombre naturel allant de 1 à N, i est le nombre imaginaire, d est la distance entre les centres de deux modes laser élé- mentaires de profil gaussien voisins, et k est le nombre d'onde k = 27r/X, où wo est le rayon de col d'un des modes laser élémentaires de profil transversal gaussien, L étant la longueur de la cavité et

"fi"~," <BR> <BR> <BR> <BR> /.

En outre, l'invention a pour objet un procédé de fabrication du miroir tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce que l'on grave dans une face sensiblement totalement réfléchissante d'un miroir plan, par l'intermé- diaire d'un faisceau d'ions, ledit motif d'éléments de miroir formé des portions creuses destinées à définir, avec un miroir plan de sortie, ladite rangée de cavités stables et d'autre part des portions bombées disposées respectivement entre deux portions creuses et destinées à définir, avec ledit miroir plan de sortie, lesdites cavités instables de couplage de deux cavités stables voisines.

L'invention a également pour objet un laser, caractérisé en ce qu'il comprend un oscillateur laser à cavités multiples tel que défini ci- dessus et un milieux amplificateur disposé dans ledit oscillateur.

Le laser selon l'invention peut de plus comporter une ou plu- sieurs des caractéristiques suivantes : - le milieu amplificateur est un mélange gaz, notamment du gaz CO2, disposé entre deux électrodes en forme de plaque, parallèles à ladite rangée-de cavités et séparées d'un intervalle prédéfini pour former un guide d'onde pour les modes laser se propageant dans le milieu amplificateur, - le milieu amplificateur est un solide, notamment une tranche sensiblement rectangle d'une matrice critalline contenant un dopant laser et dont les grandes faces forment pour les modes laser se propageant dans le milieu amplificateur un guide d'onde par réflexion totale.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple, sans caractère limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels : La figure 1 montre un schéma simplifié en perspective d'un laser comportant un oscillateur laser selon l'invention,

La figure 2 représente une vue en coupe suivant la ligne 11-11 de la figure 1, La figure 3 représente un graphique montrant un premier exemple d'un profil de surface du motif d'éléments de miroir gravé dans le miroir selon l'invention, La figure 4 représente un graphique montrant un second exemple d'un profil de surface du motif d'éléments de miroir gravé dans le miroir selon l'invention, La figure 5 représente un graphique montrant les profils trans- verses théorique et expérimental de l'intensité en champ proche d'un faisceau en sortie d'un laser selon l'invention, et La figure 6 représente un graphique montrant les profils trans- verses théorique et expérimental de l'intensité en champ lointain d'un faisceau en sortie d'un laser selon l'invention.

Sur les figures 1 et 2 est représenté de façon schématique un laser 1 à plaques dont le milieu amplificateur est par exemple comprenant du CO2 confiné dans une enceinte non représentée (pour des caractéristi- ques classiques d'un laser à plaques, on se rapportera par exemple à l'article-de S. Yatsiv,"Conductively cooled capacitively coupled RF excited CO2 lasers!', conférence lors du 6ème Symposium International Gas Flow and Chemical Lasers, Jerusalem, 8-12 septembre 1986).

Pour l'excitation du milieu amplificateur, ce laser 1 comprend deux électrodes 3 et 5 en forme de plaque et espacées d'un intervalle h définissant ainsi avec leurs faces en regard l'une de l'autre un canal 7 formant guide d'onde pour les modes laser se propageant dans le milieu amplificateur entre les électrodes 3 et 5. L'amplitude de ces modes est en cosinus.

Ainsi, le milieu amplificateur excité par les électrodes 3 et 5 possède la forme d'une tranche rectangle ayant par exemple les dimensions suivantes : longueur LA= 520mm, largeur WA = 8mm et hauteur h = 2. 5mm.

Chaque électrode 3,5 est alimentée électriquement par l'inter- médiaire de deux tubes métalliques creux respectivement 9 et 11 ainsi que 13 et 15 raccordés à un générateur de puissance haute fréquence non représenté pour exciter le milieu amplificateur dans le canal 7.

De plus, dans chaque électrode 3,5 sont ménagés des canaux de circulation d'un liquide de refroidissement (non visibles sur les figures) qui sont raccordés par l'intermédiaire des tubes creux 9 et 11 ainsi que 13 et 15 à un circuit externe de refroidissement.

Selon une variante non représentée du laser, le milieu amplifi- <BR> <BR> <BR> cateur peut également être formé d'une matrice critalline contenant un dopant laser, comme par exemple du Nd : YAG, Nd : YLF ou du Yb : YAG, en forme d'une tranche sensiblement rectangle de faible épaisseur de sorte qu'elle forme par réflexion interne totale sur ses grandes faces un guide d'onde pour les modes laser se propageant dans la tranche. Pour l'excita- tion de cette tranche par exemple en Nd : YAG, on prévoit un pompage optique- par exemple par des diodes laser couplées optiquement à la tranche par un ou plusieurs condenseurs optiques disposés au niveau des petits côtés latéraux de la tranche de Nd : YAG.

En outre, comme on le voit sur la figure 1, le laser 1 comprend, disposés respectivement aux extrémités opposées du canal 7, deux miroirs 20 et 24 sensiblement parallèles, un miroir 20 dont la face 22 en regard des électrodes 3 et 5 est sensiblement totalement réfléchissante, et un miroir 24 de sortie d'un faisceau laser 26 sensiblement en forme d'un pinceau.

Sur la figure 1, on a également reporté un repère direct de coordonnées. Selon ce repère, le faisceau laser 26 se propage selon la direction Z, les miroirs 20 et 24 sont sensiblement parallèles à un plan

contenant les axes X et Y du repère. et les électrodes 3 et 5 sont sensible- ment parallèles à un plan contenant les axes Z et X du repère.

Ces deux miroirs 20 et 24 forment un oscillateur laser 28 qui supporte un mode fondamental stable de grande extension transversale comme cela sera expliqué plus loin.

Comme on le voit sur la figure 1 et plus particulièrement sur la figure 2 montrant l'oscillateur 28 en coupe transversale, le miroir 20 com- prend sur sa face 22 un motif d'éléments de miroir 30 formé d'une part de portions creuses 32 et d'autre part de portions bombées 34 disposées respectivement entre deux portions creuses 32.

Aussi bien les portions creuses 32 que les portions bombées 34 présentent par exemple une forme cylindrique, les axes de cylindre des portions 32 et 34 étant parallèles entre eux et perpendiculaire à la fois à la - direction de propagation Z du faisceau laser 26 et à la direction transverse du canal 7. c'est-à-dire à la direction X du repère défini ci-dessus.

Chaque portion creuse 32 définit avec le miroir plan 24 de sortie une cavité laser individuelle 36 (ce qui est illustré sur la figure 2 par des zones en gris) dans lequel un mode fondamental élémentaire peut se propager et dont l'axe longitudinal est parallèle à l'axe Z du repère direct défini ci-dessus. Le miroir 20 représenté sur les figures 1 et 2 comprend quatre portions creuses 32 définissant ainsi avec le miroir plan 24 de sortie une rangée de quatre cavités 36 individuelles dont les axes sont parallèles entre eux.

La courbure des portions cylindriques creuses 32 est choisie de telle façon que les cavités 36 sont stables au moins dans un plan parallèle aux axes des cavités 36 et permettent d'obtenir dans chaque cavité 36, avec le guide d'onde formé par les électrodes 3 et 5, la propagation d'un mode laser élémentaire à profil d'amplitude transversal sensiblement gaussien.

Chaque portion bombée 34 définit avec le miroir plan 24 de sortie une cavité laser individuelle instable 38 dont l'axe est également parallèle à la direction Z de propagation du faisceau laser 26 et qui sert à coupler en phase les modes fondamentaux se propageant dans deux cavités stables 36 voisines.

En d'autres termes, le miroir 20 définit avec le miroir 24 une rangée de cavités parallèles stables 36 et instables 38 disposées en alternance, les premières pour assurer la propagation de modes laser fondamentaux élémentaires à profil transversal sensiblement gaussien dans le milieu amplificateur excité, les secondes pour coupler en phase les cavités stables 36 entre lesquelles elles sont disposées de sorte que l'amplitude A (x) du faisceau laser en sortie possède, comme cela est indiqué schématiquement sur la figure 2 par le graphique 40, un profil transversal large composé de la somme des amplitudes de chaque mode laser fondamental à profil transversal gaussien. Bien entendu, les cavités d'extrémité de ladite rangée de cavités stables 36 et instables 38 disposées en alternance sont des cavités stables 36.

On comprend donc que le mode fondamental stable de grande extension transversale peut être associé à une somme de N modes élé- mentaires propres espacés d'une distance d et couplés entre eux par les cavités instables 38 (N étant un nombre entier supérieur à deux).

La longueur de la cavité Le est déterminée par la distance Rayleigh ZR pour chaque mode fontamental élémentaire et est proche de celle-ci.

Cette distance Rayleigh ZR est donnée par la relation suivante : <BR> <BR> <BR> <BR> 7 _ nw <BR> <BR> uD- <BR> <BR> <BR> R À où wo est le rayon du col au niveau du miroir de sortie 24.

Le motif 30 du miroir 20 est dimensionné de telle sorte que chaque mode laser fondamental d'une cavité stable individuelle 36 pos- sède, en sortie. un rayon de col transversal wo, c'est-à-dire une largeur transversale, (également appelé"waist"dans la technique) de taille prédéfi- nie, et les maximums d'intensité des modes laser fondamentaux, c'est-à-dire leurs centres respectifs, sont espacés les uns des autres d'une distance d.

Avantageusement, on fabrique le miroir 20 d'après un procédé selon lequel on grave dans la face sensiblement totalement réfléchissante d'un miroir plan. par l'intermédiaire d'un faisceau d'ions, ledit motif d'élé- ments de miroir 30 formé des portions creuses 32 et des portions bombées 34. Ce procédé de gravure présente l'avantage de conserver l'état poli de la face gravée.

Plus particulièrement, pour obtenir un miroir 20 avec des portions creuses 32 et bombées 34, permettant d'obtenir avec un miroir plan 24 correspondant 2*N modes laser élémentaires fondamentaux de profil transversal gaussien couplés en phase, 2*N étant le nombre desdites portions creuses, le profil transversal gravé du motif 30, c'est-à-dire la profondeur A jusqu'à laquelle la matière du miroir plan à travailler doit être enlevée pour obtenir le motif d'éléments de miroir 30 souhaité, est donné par la relatron suivante : AM=-(x)(1) où k est la longueur d'onde de la lumière et ¢(x) est une variation de phase en fonction de la direction transversale x du miroir 20. A l'état monté du miroir 20 dans un laser, la direction transversale x du miroir est parallèle à la direction X du repère droit défini ci-dessus.

La variation de phase ¢(x) est extraite de l'équation suivante :

qui est un nombre complexe de la forme : A (x) = A,) B (x) exp (-io (x » (3) où A"* B(x) est le module et ¢(x) la phase recherchée de ce nombre complexe A (x), j est un nombre naturel allant de 1 à N, i est le nombre imaginaire, d est la distance entre les centres de deux modes laser élé- mentaires de profil gaussien voisins, et k est le nombre d'onde k = 2n/,, où wo est le rayon de col d'un des modes laser élémentaires de profil transversal gaussien, L étant la longueur de la cavité et ZR est la distance Rayleigh définie ci-dessus.

Pour extraire +(x), on résout l'équation (3) de manière numéri- que par ordinateur ce qui ne présente aucune difficulté particulière.

Deux exemples représentatifs de profils transversaux A (x) de motifs 30 gravés dans un miroir 20 sont respectivement représentés sur les figures 3 et 4.

Sur la figure 3 est représenté un premier exemple d'un profil transversal du motif d'éléments de miroir 30 selon l'axe x du miroir 20 comprenant six portions creuses 32 entre lesquelles sont disposées res- pectivement cinq portions bombées 34.

Sur la figure 4 est représenté un second exemple de profil transversal du motif d'éléments de miroir 30 selon l'axe x du miroir 20

comprenant deux portions creuses 32 entre lesquelles est disposée une portion bombée 34. Comme on le voit, il s'agit d'un profil continu de quel- ques micromètres de profondeur.

La figure 5 représente un graphique montrant l'intensité norma- lisée par l'intensité maximale en champ proche d'un faisceau en sortie d'un laser équipé d'un oscillateur laser 28 selon l'invention ayant un motif 30 tel que représenté sur la figure 4.

La courbe 50 représente un résultat expérimental et la courbe 52 une simulation numérique. Ces courbes 50 et 52 présentent un accord satisfaisant. On voit donc que le faisceau de sortie en champ proche est large d'environ 6 mm dans la direction transversale X et résulte de la somme de deux modes laser élémentaires de type gaussien correspondant respectivement aux deux maxima d'intensité 54 et 56, et couplés de façon maîtrisée entre eux dans l'oscillateur 28.

La figure 6 représente un graphique montrant, en fonction de l'angle de diffraction, l'intensité normalisée en champ lointain du faisceau de la figure 5. La courbe 64 représente un résultat expérimental et la courbe 66 une simulation numérique. On voit clairement qu'un laser équipé d'un oscillateur selon l'invention permet d'obtenir en champ lointain un faisceau ayant un angle de diffraction petit, inférieur à 2 mrad.

De plus, l'oscillateur présente l'avantage d'être compact et mécaniquement stable.

Bien entendu, l'oscillateur 28 selon l'invention peut être modifié de multiples manières sans sortir du cadre de la présente invention.

Ainsi, les cavités stables 36 et instables 38 peuvent aussi être réalisées par des cavités individuelles composées chacune par respective- ment de deux miroirs ou éléments de miroir et alignées en alternance selon une rangée de cavités stables 36 et instables 38.

De plus, au lieu des formes cylindriques des portions creuses 32 et bombées 34, on peut également envisager d'autres formes, en particulier une forme sphérique. de sorte qu'une portion creuse 32 possède une forme concave et qu'une portion bombée 34 possède une forme convexe.