Bibliographie & annexes
Présentation
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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This paper presents the fundamental physics of solid-state laser-type materials, including the basis of laser action and the optical and electronic properties of laser materials. The main parts treat of specific solid-state laser-type materials of activator ions like transition metal ions and rare earth ions-doped inorganic crystals, glasses, transparent ceramics, history, energy level diagrams, population of energy levels, inversion of population, 3 and 4-level schemes, absorption and emission mechanisms, spontaneous and stimulated emissions, amplification, laser resonator, optics of Gaussian laser beams, modes and coherence of laser beams.
Auteur(s)
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Georges BOULON : Professeur - Institut Lumière Matière, Unité Mixte de Recherche CNRS 5306 - Université Claude Bernard Lyon1, Lyon, France
INTRODUCTION
Cet article sur les fondements des sources lasers à l’état solide est associé avec trois autres articles sur la luminescence cristalline appliquée aux sources lasers [AF3276], les cristaux et l’optique non linéaires [AF3278] et la génération d’impulsions lasers courtes (ns) à ultracourtes jusqu’à la femtoseconde (fs) [AF3282].
Il a pour objectif de présenter 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.
Nous définissons le vocabulaire sur les notions de base comme le pompage optique des cristaux et des verres dopés par des ions actifs, les principaux éléments d’une source laser, les transitions d’absorption et d’émission des centres actifs, la population des niveaux d’énergie et particulièrement des systèmes à 3 et 4 niveaux appliqués aux lasers, les coefficients d’Einstein d’absorption, d’émission spontanée et d’émission stimulée (ou induite), les sections efficaces d’absorption et d’émission, la durée de vie d’un niveau d’énergie. Enfin, pour la cavité résonnante nous définissons l’intensité émise par le faisceau laser, l’optique des faisceaux gaussiens, les caractéristiques spectrales, les modes et la cohérence.
L'expertise technique et scientifique de référence
KEYWORDS
energy level diagrams | laser materials | dopant ions | laser cavity | coherence
VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 2006 par Georges BOULON
DOI (Digital Object Identifier)
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Contexte7. Conclusion
Nous avons présenter le thème des sources lasers à l’état solide en constante évolution depuis le début des années 1960. Les principaux paramètres physiques ont été présentés en y associant quelques exemples de valeurs numériques quant aux longueurs d’onde d’émission de l’ultraviolet à l’infrarouge, les largeurs spectrales des raies de fluorescence, les durées de vie des niveaux excités mis en jeu, les sections efficaces d’absorption et d’émission stimulée puis les modes de la cavité résonnante laser, pour enfin en déduire les longueurs de cohérence des trains d’onde émis.
Ce premier article sur les fondements de la physique des sources lasers à l’état solide constitue un des éléments d’une série de quatre articles sur les matériaux pour l’optique à applications lasers. Il est, de fait, l’introduction des trois autres, intitulés respectivement : Luminescence cristalline appliquée aux sources lasers à solides dopées par des ions de transition ou de terres rares [AF3276], Cristaux lasers à propriétés non linéaires [AF3278] et, enfin, Génération d’impulsions lasers ultracourtes jusqu’à la femtoseconde [AF3282].
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Conclusion
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 inorganiques : 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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