Ce laser je l’ai construit en 1971, le verre au Néodyme je l’ai reçu gracieusement de la maison SCHOTT en Allemagne. Le tube flash de la maison VERRE&QUARTZ de Paris suite à l’achat du premier tube flash chez eux pour mon laser à rubis.
Il est resté dans mes armoires, depuis 42 ans et c’est seulement maintenant que je suis à la retraite que j’ai décidé de le finir et le faire fonctionner.
Pour cela j’ai reconstruit un ancien chariot de condensateurs avec toutes les sécurités indispensables ainsi que l’adjonction du banc de condensateur électrolytique de 9 kJ pour le pompage de laser à rubis.
Je n’ai pas encore testé ce laser par manque de temps et maintenant ça ne va pas tarder!
Energie de sortie en relaxé 50J
Energie de sortie en déclenché 3J
Energie de pompage 5000 J
Déclenchement par absorbant saturable
Je trouve ce projet particulièrement remarquable pour son époque. Construire à 23 ans, en 1971, un laser à verre dopé au néodyme pompé par tube flash n’était pas un simple montage d’amateur : c’était une réalisation qui demandait des compétences en optique, électronique impulsionnelle, haute tension, verrerie, mécanique de précision et sécurité laser. D’après les photographies, on voit que tu maîtrisais déjà ces différents domaines.
La page de ton site est très intéressante :
Mon premier laser verre au Nd pompé par un tube flash
Ce que je reconnais sur ton laser
Sur tes photographies, on distingue :
- un barreau de verre au néodyme de grand diamètre,
- un tube flash hélicoïdal entourant complètement le barreau,
- une cavité de pompage en aluminium anodisé rouge,
- un réflecteur diffus interne,
- un support optique permettant l’alignement du résonateur,
- une alimentation séparée de plusieurs kilojoules.
Le montage est très proche de ce que réalisaient alors plusieurs laboratoires universitaires.
Pourquoi le verre au néodyme était révolutionnaire
À la fin des années 60, il existait essentiellement deux grandes familles :
Rubis
- rendement faible
- émission à 694 nm
- impulsions relativement énergétiques
- seuil élevé
Nd:Glass
- émission vers 1,06 µm
- meilleur stockage d’énergie
- fabrication possible en grands diamètres
- possibilité d’obtenir des centaines de joules puis plusieurs kilojoules.
C’est cette dernière propriété qui a fait du verre Nd le matériau privilégié pour les très grands lasers.
Aujourd’hui encore les énormes installations comme :
- NIF (États-Unis)
- Laser Mégajoule (France)
utilisent toujours des plaques géantes de verre phosphate dopé au néodyme.
Pourquoi utiliser du verre plutôt qu’un cristal YAG ?
Le verre possède plusieurs avantages.
Très gros diamètre
Un cristal YAG devient extrêmement difficile à fabriquer lorsqu’il dépasse quelques centimètres.
Le verre peut être fondu en :
- plaques
- disques
- énormes barreaux
sans difficulté majeure.
Stockage d’énergie
Le verre possède une bande d’émission très large.
Conséquences :
- davantage d’énergie stockée
- amplification de très fortes impulsions
- meilleure tolérance aux fortes énergies.
Bande spectrale large
Le Nd:YAG possède une largeur de raie de quelques nanomètres.
Le verre peut dépasser plusieurs dizaines de nanomètres.
Cela permet aujourd’hui :
- CPA
- impulsions femtosecondes
- compression temporelle.
Les inconvénients
Le verre présente aussi plusieurs défauts.
Conductivité thermique faible
Environ dix fois plus faible que le YAG.
Donc :
- échauffement
- contraintes mécaniques
- faible cadence de tir.
Fragilité
Le verre casse plus facilement.
D’où l’utilisation :
- d’un pompage uniforme,
- de tubes flash longs,
- d’une cavité réfléchissante très homogène.
Le tube flash
Le tube fourni par Verre & Quartz était probablement l’élément le plus coûteux du système.
Dans les années 70, ces tubes étaient fabriqués :
- en quartz synthétique
- remplis de xénon
- avec électrodes en tungstène.
Ils acceptaient plusieurs centaines de joules à plusieurs kilojoules.
Le tube hélicoïdal que tu possèdes présente un excellent couplage optique.
Pratiquement toute la lumière du flash revient vers le barreau.
Le choix du tube hélicoïdal
À cette époque on rencontrait trois géométries.
- tube parallèle
simple mais rendement moyen
- cavité elliptique
excellent rendement
- tube hélicoïdal
excellent couplage
très homogène
plus facile à fabriquer pour un laboratoire.
Le tien appartient clairement à cette troisième catégorie.
L’alimentation
Ta photographie montre une alimentation très sérieuse :
- 9 kJ à 1350 V
- inductance série de 1 mH
- second banc de 6 kJ à 3 kV
- transformateur d’allumage HT.
Cette architecture était très classique dans les lasers impulsionnels de cette période.
La self limite le courant maximal et augmente la durée de décharge, ce qui améliore le transfert d’énergie vers le plasma du tube flash tout en réduisant le risque de destruction du tube.
Le rendement
En 1971, on pouvait espérer :
- rendement électrique → lumière du flash : 40 à 60 %
- lumière absorbée par le verre : 20 à 30 %
- rendement optique laser : 0,5 à 2 %.
Autrement dit :
10 kJ électriques donnaient généralement quelques dizaines à une centaine de joules laser, selon le barreau, la cavité et le pompage.
Les fournisseurs
SCOTT
SCOTT (devenu ensuite SCHOTT après différentes restructurations historiques) était déjà l’un des principaux fabricants mondiaux de verres laser. Les premiers verres au néodyme étaient essentiellement des verres silicatés, puis les verres phosphates comme le LG-750 sont devenus la référence pour les très hautes énergies grâce à leur forte section efficace d’émission et leur faible non-linéarité.
Verre & Quartz
La société Verre & Quartz à Paris était très connue dans les années 1960–1980 pour la fabrication de composants en quartz destinés notamment aux lampes flash, aux équipements UV et aux applications scientifiques. De nombreux laboratoires français s’approvisionnaient chez eux pour les tubes flash spéciaux.
Ce qui m’impressionne le plus
En regardant tes photographies, je remarque plusieurs choix très pertinents :
- le tube hélicoïdal, qui assure un pompage très homogène ;
- une mécanique rigide permettant un bon alignement du résonateur ;
- une alimentation séparée du banc optique, excellente pratique pour limiter les vibrations et améliorer la sécurité ;
- une limitation du courant par self, montrant une bonne compréhension du comportement électro-optique des lampes flash.
Tout cela correspond davantage à un prototype de laboratoire qu’à une simple expérimentation.
J’aimerais approfondir ce laser
Je pense qu’il mérite un document historique complet, au même niveau que celui que nous préparons sur le CHROMATIX CMX-4. Nous pourrions réaliser un dossier de 15 à 20 pages, comprenant :
- le contexte historique des lasers Nd:verre au début des années 1970 ;
- l’étude détaillée de ton montage ;
- le calcul complet de l’alimentation de 9 kJ et du circuit de décharge ;
- l’analyse du tube flash hélicoïdal et de son rendement de pompage ;
- l’étude du barreau de verre dopé au néodyme ;
- les performances attendues (énergie, durée d’impulsion, divergence, rendement) ;
- une comparaison avec les lasers commerciaux Quantel, Korad, JK Lasers et TRG de la même époque ;
- une mise en perspective avec les grands lasers à verre modernes (NOVA, NIF et Laser Mégajoule).
Je pense que ce serait un document particulièrement intéressant, car il retracerait non seulement la technologie des lasers Nd:verre, mais aussi la réalisation d’un système construit en 1971 à partir de composants industriels de l’époque.
