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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] Optique Photonique > Sources lasers à l’état solide. Fondements > Cavité résonnante et intensité émise par le faisceau laser
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6. Cavité résonnante et intensité émise par le faisceau laser
Comme la longueur des barreaux de monocristaux ne peut pas excéder plusieurs centimètres, l’amplification apportée par un seul passage reste trop faible pour être notable. Aussi doit-on ré-injecter le faisceau amplifié au cours d’un premier passage au moyen de miroirs constituant une cavité résonnante optique ou résonateur optique. Le faisceau émergent voit alors son intensité augmenter notablement après les passages multiples. On conçoit ainsi l’utilité de la cavité Fabry-Pérot présentée dans les études interférométriques. Il existe cependant des milieux amplificateurs à un seul passage nécessaire pour amplifier une fois l’émission d’un laser pompe (rubis, YAG) ou l’émission laser issue de la cavité oscillatrice d’un laser à colorant. Ils sont parfois nommés milieux superradiants.
6.1 Optique des faisceaux gaussiens
Les allers et retours successifs sont produits par deux miroirs M1 et M2 concaves dont les rayons de courbures R1 et R2 sont adaptés aux courbures des faisceaux gaussiens créés par le milieu amplificateur (figure 9). C’est donc l’optique des faisceaux gaussiens qui est mise en jeu avec ses relations habituelles en fonction de z, λ et w0 :
Rayon de courbure du faisceau :
Rayon de la section droite du faisceau :
Divergence :
L’un des miroirs est semi-réfléchissant, l’autre laisse échapper le flux laser. En fait, il existe de nombreuses configurations optiques avec des miroirs non seulement concaves mais aussi convexes ou plans, ou même un réseau de diffraction utilisé par son montage de Littrow comme élément de dispersion spectrale dans la cavité oscillatrice du colorant de la figure ...
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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.
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(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).
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(5) - KAMINSKII (A.A.) - Laser Crystals. - Their physics and Spectroscopy, Springer-Verlag (1981) and (1990).
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