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RÉSUMÉ
Cet article présente la physique fondamentale des sources lasers à l’état solide, incluant les bases de l’émission laser et les propriétés optiques et électroniques des matériaux lasers. Les principales parties traitent spécifiquement des matériaux lasers comme les cristaux et les verres dopés par les ions de transition ou les ions de terres rares, l’histoire, les diagrammes de niveaux d’énergie, la population des niveaux d’énergie, l’inversion de population, les systèmes à 3 et 4 niveaux, les mécanismes d’absorption et d’émission, les émissions spontanées et stimulées, l’amplification, la cavité laser, l’optique des faisceaux lasers gaussiens, les modes et la cohérence des faisceaux lasers.
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Georges BOULON : Professeur des Universités - Laboratoire de Physico-Chimie des Matériaux Luminescents - Université Claude Bernard Lyon 1 - Unité Mixte de Recherche CNRS 5620
INTRODUCTION
Cet article sur la physique du laser est l’un des six articles relatif à la présentation générale des sources laser à l’état solide qui inclut en outre la luminescence cristalline appliquée aux sources lasers, les cristaux et l’optique non linéaire, et la génération des impulsions laser d’abord jusqu’à la picoseconde puis jusqu’aux ultra-brèves à l’échelle de la femtoseconde. Il a pour objectif de situer le thème des sources laser à l’état solide et de décrire les principaux paramètres physiques, essentiellement optiques, nécessaires à une bonne compréhension de leur fonctionnement.
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- Version courante de juil. 2016 par Georges BOULON
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Accueil > Ressources documentaires > Archives > [Archives] Physique / Chimie > Sources lasers à l’état solide. Fondements > Transitions d’absorption et d’émission des centres actifs
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3. Transitions d’absorption et d’émission des centres actifs
On représente le diagramme des niveaux d’énergie de l’ion actif selon le schéma de la figure 3. Les transitions spectrales observées dans le spectre d’émission sont dessinées par des flèches verticales descendantes. La longueur d’onde λ en nanomètres de l’onde lumineuse (λ = c/ν) et le nombre d’onde σ = 1/λ sont associés au photon d’énergie hν par :
avec :
- h :
- constante de Planck (h = 6,62 × 10–34 J × s)
- ν :
- fréquence
- c :
- vitesse de la lumière dans le vide (c » 3 × 108 m/s).
Pour fixer un ordre de grandeur, à λ = 5 000 A˚ = 500 nm = 0,5 µm correspond un nombre d’onde σ = 20 000 cm–1, une fréquence = 6 × 1014 Hz et donc un photon d’énergie 2,47 eV, c’est-à-dire 4 × 10–19 J.
Inversement un photon dont l’énergie correspond à la différence entre E1, énergie minimale pour laquelle l’atome est initialement stable et celle En d’un état excité, peut être absorbé par l’atome :
Les transitions d’absorption sont donc en nombre plus faible que celles d’émission puisque dans les conditions habituelles l’état initial ne peut être que dans le niveau fondamental tandis que sous excitation par une cause extérieure, l’atome rencontre...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - Les Lasers et Leurs Applications Scientifiques et Médicales, - Édition C. Fabre et J. P. Pocholle, Les Éditions de Physique (Paris) (1996). 1.1 C. Fabre, Les Lasers -Principes Fondamentaux, pp. 1-40. 1.2 G. Boulon, Matériaux pour Lasers à Solide, pp. 259-286. 1.3. H. Monerie, Fibres optiques dopées et applications, pp. 357-382.
-
(2) - BOULON (G.) - Les solides luminescents iorganiques : un dopage réussi. - Numéro spécial de L’Actualité Chimique, no 11 et Lettre des Sciences Chimiques du CNRS, no 72 (1999) pp. 96-105.
-
(3) - KOECHNER (W.) - Solid State Laser Engineering. - Springer, Berlin (1976).
-
(4) - SIEGMANN (A.E.) - An Introduction to Lasers and masers, - Mc Graw Hill, New York (1971).
-
(5) - KAMINSKII (A.A.) - Laser Crystals. - Their physics and Spectroscopy, Springer-Verlag (1981) and (1990).
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