La physique des lasers

Thèmes abordés

LASER, mégawatts, impulsionnel, usinage, découpage, médecine, oscillateurs, amplificateur optique, coefficient d'Einstein

Résumé du document

En1960 apparaît le premier laser. Il est depuis devenu un outil de tous les jours, tant pour le scientifique que dans la vie quotidienne. L'augmentation de la puissance de sortie du laser a permis l'apparition de nouveaux domaines de recherche. Les premières cavités délivraient une puissance de l'ordre du kilowatt. En moins d'une décennie, la mise au point du laser déclenché (Q-switch) a permis d'atteindre plusieurs mégawatts.
La situation a brusquement changé en 1985, lors de l'introduction de la technique d'étirement et de compression temporelle des impulsions. La puissance délivrée par les lasers s'éleva de trois ordres de grandeur. L'idée était simple : pour obtenir de hautes puissances de sortie sans utiliser de hautes intensités durant l'amplification, l'impulsion est d'abord étirée temporellement, puis amplifiée, et ensuite compressée. Cette technique a mené à une nouvelle génération de lasers de haute puissance qui a les avantages d'être compacte et bon marché en comparaison aux installations antérieures.

Extraits

[...] On se place assez loin du laser. Le faisceau dirigé selon Oz est coupé par un bord d'écran, que l'on déplace point par point dans la direction Ox avec un micromètre. Figure3 : Méthode de couteau de Foucault On mesure avec un détecteur de large surface l'intensité totale transmise en fonction de x. On peut montrer que la dérivée de cette courbe représente le profil gaussien du faisceau (figure 2). Figure 4 : Répartition d'intensité obtenue en déplaçant un écran devant le faisceau précédent. [...]

[...] Il est relié au temps d'un aller-retour des photons dans la même cavité par : : Réflectivité des miroirs 1et 2. : Pertes de la cavité. : Temps d'aller-retour dans la cavité. : Vitesse de la lumière dans le milieu. : Longueur de la cavité sur un aller-retour On voit donc que le temps d'un aller-retour est diminué à cause des pertes de toutes sortes. La réflectivité des miroirs qui ne sont pas parfaits, ainsi que les pertes intrinsèques et les différentes pertes de connexion sont regroupées dans le terme L. [...]

[...] On remarque que le mode gaussien fondamental correspond à la plus forte concentration de l'intensité lumineuse le long de l'axe de propagation Représentation de la propagation de la lumière laser: Nous allons effectuer également une résolution numérique de l'équation en jouant sur la variation de la valeur de w0 (le diamètre au niveau du waist). Les résultats des simulations sont présentés sur la figure suivante. On constate que cette variation du diamètre au niveau du waist influence la divergence du faisceau. Figure12:présentation du faisceau laser à w0=800µm. Pour étudier l'effet du rayon minimal w0 du faisceau laser, nous avons utilisé plusieurs valeurs de w0.On obtient un faisceau laser moins évasé qui reste constant sur une grande distance selon l'axe de propagation, c'est-à-dire qu'on a une largeur de Rayleigh ZR assez grande (figure 13). [...]

[...] Principe de fonctionnement d'un laser continu 1. Transitions entre les niveaux Selon la théorie quantique, un atome ou une molécule ne peuvent exister qu'avec des états discrets d'énergie (on considère le cas de deux niveaux 1 et de densité de population N1 et N2 et d'énergie E1 et E2). Le champ électromagnétique quant à lui, est composé de photons dont l'énergie E est liée à la fréquence ( du rayonnement par la relation E = h(. Au cours de son interaction avec ces deux niveaux d'énergie, trois mécanismes peuvent se produire (figure 3). [...]

[...] Le miroir de sortie Mc semi-transparent renvoie de la lumière vers l'entrée de l'amplificateur via le miroir totalement réfléchissant M. C'est le couplage entre le système résonnant quantique (amplificateur optique) et le système résonnant EM constitué par la cavité qui est à l'origine des propriétés laser La source de pompage : Elle permet d'exciter les atomes du milieu actif en injectant de l'énergie. Il existe plusieurs sortes de pompage. - Pompage optique Le pompage optique est l'excitation du milieu actif par la lumière. C'est le mode de pompage des lasers à solides. [...]