Laser à semi conducteur ou diode laser

Résumé du document

Le mot Laser est un acronyme pour Light Amplification of Stimulated Emission Radiation (en français : amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement).
Il s'agit une source d'émission intense de lumière monochromatique (cohérence temporelle) où toute la lumière semble venir d'un seul point (cohérence spatiale) et dont la longueur d'onde va, selon les types, du domaine de l'ultra violet lointain (laser à excimères) au domaine de l'infra rouge (laser CO2) (...)

Extraits

[...] Dans une diode laser, l'énergie nécessaire à l'amplification est apportée par un courant électrique. La probabilité pour qu'un photon produise une transition électronique E2 E1 (émission stimulée) est la même que celle qu'il produise une transition E1 E2 (absorption). En général, N1 N2 et le milieu est absorbant. Il est possible néanmoins, d'inverser les populations en appliquant la méthode du pompage optique de Kastler. Cette méthode varie en fonction de la nature du milieu. Dans le cas des semi-conducteurs, on procède à une injection de courant dans une jonction. [...]

[...] Comme nous l'avons vu précédemment, on obtient ce type de laser à semi- conducteur en clivant une simple jonction p-n polarisée dans le sens direct. Elle se présente sous la forme d'un parallélépipède rectangle aux cotés rugueux afin de supprimer les réflexions sur les faces qui ne forment pas la cavité Fabry-Perot (cavité optique dans laquelle la lumière se répercute). Schéma d'une diode laser à homo jonction Chaque volume de zone active produit un nombre de photon proportionnel au courant injecté. [...]

[...] En effet, le laser à semi-conducteur permet un couplage direct entre l'énergie électrique et la lumière. De plus, cette conversion d'énergie se fait avec un très bon rendement : de l'ordre de 30 à 40%. Les autres types de laser ont, eux, un rendement proche des 3%. Sa taille est de l'ordre du millimètre avec une zone active micrométrique (voire moins) ce qui lui assure une compacité importante. Sa facilité de modulation à des fréquences élevées joue également en sa faveur mais c'est sans compter sa qualité première : son coût. [...]

[...] On les retrouve dans tous les domaines d'activités qui sont actuellement au cœur de l'actualité. Les diodes laser sont aisément modulées ce qui permet une utilisation aisée dans les fibres optiques de communication. Elles sont également à la base d'instruments de mesure comme les télémètres. Les lasers visibles (en général de couleur rouge) sont présents dans les pointeurs et les lecteurs de codes barres. Dans l'industrie, les diodes laser de basses mais aussi de hautes puissances sont beaucoup utilisées dans l'imprimerie comme sources de lumière pour la numérisation d'images mais également pour la fabrication de plaques d'impressions. [...]

[...] Le second principe sur lequel repose le fonctionnement du laser est le pompage optique inventé en 1950 par le français Alfred Kastler. Il propose une méthode pour obtenir une inversion de population c'est à dire le placement de la majorité des atomes dans un état métastable (état excité que les atomes peuvent occuper en moyenne fois plus longtemps que les états excités ordinaires). En 1953, C.Townes construisit le premier prototype de maser (amplificateur de micro-ondes) qui fonctionnait. La légende raconte que Townes compris, en attendant l'ouverture d'un restaurant, que certaines molécules avaient des états d'énergie qui correspondaient exactement aux fréquences micro-ondes qu'il voulait émettre. [...]