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Mesure de la puissance laser - Techniques de mesure basées sur la pression de radiation

Le présent article a pour objectif de présenter les différentes techniques de mesure de la puissance d’un laser et, plus spécifiquement, les nouvelles techniques basées sur la pression de radiation pour une étendue de mesure allant de quelques milliwatts jusqu’à une dizaine de kilowatts. Ces nouvelles techniques répondent à de nombreux enjeux industriels et besoins métrologiques, par exemple une mesure in situ d’une puissance laser. Cette mesure peut s’effectuer sans interrompre l’utilisation du laser dans une large étendue de longueurs d’onde, des rayonnements ultraviolets aux rayonnements infrarouges. La mesure de puissance via la pression de radiation est traçable aux unités du SI (système international des unités) des grandeurs mécaniques telles que longueur et masse.

Après quelques rappels de définitions sur les grandeurs radiométriques et les principales caractéristiques d’un laser, l’article présente les principaux détecteurs (thermiques et quantiques) utilisés pour la mesure de la puissance d’un laser. Cela permet de mieux appréhender les besoins industriels, médicaux ou métrologiques actuels nécessitant le développement de nouveaux détecteurs avec des principes totalement différents. Se plaçant d’un point de vue métrologique, l’article s’attarde à décrire la traçabilité métrologique des détecteurs en présentant, par exemple, le radiomètre cryogénique à substitution électrique, référence radiométrique de nombreux laboratoires nationaux de métrologie.

L’utilisation de la pression de radiation à des fins métrologiques est le principal aspect qui est développé ici. En effet, à l’aide d’un simple miroir associé à un capteur de faible force, il est possible de mesurer, entre autres, la puissance d’un laser. Les nombreux développements dans les laboratoires nationaux de métrologie basés sur ce principe ouvrent de grandes perspectives pour la réalisation d’étalons primaires de puissance laser. Outre un aspect complémentaire aux méthodes dites « conventionnelles », les avantages et limites de la mesure de puissance d’un laser par la pression de radiation sont présentés.