Le déclenchement actif de lasers alexandrite et Cr:LiSAF est réalisé en insérant un mo- dulateur acousto-optique (Gooch & Housego, QS24-4F-BR) dans une cavité de 145 mm (fi- gureIV.28). Le modulateur acousto-optique est constitué d’un morceau de silice de 40 mm de long dans lequel la diffraction de Raman-Nath intervient (l.λ ∆2 où l est la distance d’in-
teraction entre la lumière et l’onde acoustique, λ la longueur d’onde du laser et ∆ la longueur d’onde de l’onde acoustique).
FigureIV.28 – Montage expérimental du Q-switch actif des lasers à alexandrite et Cr:LiSAF avec un modulateur acousto-optique.
3.2.1 Laser Cr:LiSAF déclenché avec un modulateur acousto-optique
La durée du pompage est de 150 μs à une cadence de 10 Hz (155 mJ de pompe) de telle manière que le stockage de l’énergie dans le niveau laser haut atteigne son maximum (une baisse de la fluorescence est observée pour des temps de pompage plus élevés à cause des effets thermiques). Le modulateur acousto-optique introduit des pertes dans la cavité durant la quasi- totalité de la durée du pompage. Les pertes par diffraction sont supprimées durant 6 μs à la fin du cycle de pompage. L’impulsion laser commence à se développer quelques microsecondes après la suppression des pertes dans la cavité (temps de création de l’impulsion). L’évolution de l’énergie et de la durée des impulsions en fonction de l’énergie de pompe pour un coupleur de 14 % de transmission est tracée sur la figureIV.29.
FigureIV.29 – Évolution de l’énergie et de la durée des impulsions en fonction de l’énergie de pompe pour un coupleur de transmission 14 % en TEM1,0. Le temps de création des impulsions est ajouté sur la courbe de l’énergie. Pour le mode Gaussien fondamental, seule l’évolution de l’énergie est tracée.
Les meilleures performances sont obtenues avec un mode TEM1,0. Des impulsions de 1,8 mJ sont mesurées pour une durée de 42 ns, ce qui correspond à une puissance crête de 42 kW. Le temps de création de l’impulsion est de 2 μs. Le profil temporel et le profil spatial de l’impulsion ayant la plus grande puissance crête sont représentés sur la figureIV.30. En TEM0,0, l’énergie maximale mesurée est de 1,46 mJ.
Figure IV.30 – Profil temporel et profil spatial de l’impulsion ayant la plus grande puissance crête.
3.2.2 Laser à alexandrite déclenché avec un modulateur acousto-optique
Le laser à alexandrite est déclenché activement par un modulateur acousto-optique. La durée du pompage est fixée à 260 µs à une cadence de 10 Hz pour une énergie de pompe de 268 mJ. Dans un premier temps, le laser est caractérisé à la longueur d’onde optimale donnée par la spectroscopie de l’alexandrite à cette température (ici 748 nm ; 28˚C). Dans un second temps, le laser en régime déclenché est accordé simplement en ajustant horizontalement l’alignement de la cavité grâce à la forme prismatique du cristal laser. L’énergie et la durée des impulsions ainsi que leur temps de création sont tracés sur la figureIV.31 en fonction de la transmission du coupleur.
Figure IV.31 – Évolution de l’énergie et de la durée des impulsions en fonction de la trans- mission du coupleur de sortie. Le temps de création des impulsions est ajouté sur la courbe de l’énergie.
Une puissance crête maximale de 36 kW est mesurée avec un coupleur de transmission 5 % pour des impulsions de 54 ns et 1,98 mJ. Le temps de création s’élève à 2,94 µs. Le profil temporel et le profil spatial de l’impulsion sont représentés sur la figureIV.32.
Figure IV.32 – Profil temporel et et profil spatial de l’impulsion ayant la plus grande puissance crête.
L’accordabilité du laser est réalisée entre 720 nm et 775 nm avec un coupleur de transmission 5 % (figure IV.33). Avec un pompage de 268 mJ à une cadence de 10 Hz, la température du cristal ne dépasse pas 28˚C et la longueur d’onde optimale du laser se situe à 748 nm. Autour de cette longueur d’onde centrale, la durée des impulsions est de 50 ns et leur énergie avoisine les 2 mJ. En s’éloignant de cette longueur d’onde centrale, le gain diminue. Cela a pour effet d’augmenter la durée des impulsions (jusqu’à 282 ns à 775 nm), de faire chuter l’énergie des impulsions (aux alentours de 360 µJ à 720 nm et 376 µJ 775 nm) et de faire augmenter le temps de création des impulsions (passage de 3,0 µs à 750 nm à 4,8 µs à 775 nm).
Figure IV.33 – Évolution de l’énergie et de la durée des impulsions en fonction de la longueur d’onde laser. Le temps de création des impulsions est ajouté sur la courbe de l’énergie.
L’un des intérêt de l’alexandrite est la possibilité d’accéder à la gamme de l’UV en réalisant une seule conversion de fréquence. Contrairement au laser Nd:YAG qui nécessite deux étages de conversion en fréquence pour atteindre 355 nm, l’alexandrite permet de mettre en place une source entre 355 nm et 400 nm si on considère une accordabilité fondamentale entre 710 nm et 800 nm. Le doublage en fréquence de l’alexandrite est réalisé à l’aide d’un cristal de LBO taillé pour un doublage à 750 nm à incidence normale (θ = 90˚ ; φ = 37˚). Le faisceau laser est focalisé dans le cristal non linéaire à l’aide d’une lentille de focale pouvant varier entre
35 mm (waist de 36 μm dans le LBO) et 200 mm (waist de 210 μm dans le LBO), après la conversion non-linéaire, le faisceau fondamental et le faisceau doublé sont séparés à l’aide d’un prisme (figureIV.34).
Figure IV.34 – Montage expérimental du doublage en fréquence du laser à alexandrite déclenché.
À énergie de pompe maximale, des dégradations sont observées sur le coupleur de sortie lorsque la cavité est accordée. L’énergie de pompe est limitée afin d’obtenir des impulsions d’une centaine de nanosecondes de 500 μJ et donc de prévenir ainsi toute dégradation du système. L’énergie de pompe est alors de 173 mJ à 750 nm contre 268 mJ à 720 nm et 775 nm. Le doublage en fréquence est réalisé entre 360 nm et 387,5 nm pour une énergie entre 25 μJ et 43 μJ (figureIV.35).
FigureIV.35 – Accordabilité de la source UV et évolution de l’énergie de pompe en fonction de la longueur d’onde.
L’efficacité de conversion maximale est obtenue avec une lentille de focale 35 mm (fi- gure IV.36) au prix d’une ellipticité croissante du faisceau, liée à l’acceptance angulaire du cristal non-linéaire. Avec une impulsion fondamentale de 518 μJ et de 120 ns focalisée dans le LBO à l’aide d’une lentille de focale 35 mm, l’intensité crête est de l’ordre de 100 MW/cm2. L’efficacité du doublage est limitée par la puissance crête dans l’oscillateur bridée pour évi- ter toute dégradation des optiques. Néanmoins, des efficacités de conversion plus importantes peuvent êtres obtenues si les puissances crêtes des impulsions sont augmentées (efficacité de 47 % pour des impulsions de 170 kW crête [Thomas 16]).
Figure IV.36 – Évolution de l’efficacité du doublage en fréquence avec l’intensité à la longueur d’onde fondamentale dans le cristal doubleur.