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 article 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 deal specifically with solid-state laser-type materials such as inorganic crystals and glasses doped with transition metal and rare earth ions: background, energy level diagrams, population of energy levels, inversion of population, 3- and 4-level schemes, absorption and emission mechanisms, spontaneous and stimulated emissions, amplification, the laser resonator, optics of Gaussian laser beams, and modes and coherence of laser beams.
Auteur(s)
-
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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KEYWORDS
energy level diagrams | laser materials | dopant ions | laser cavity | coherence
VERSIONS
- Version courante de juil. 2016 par Georges BOULON
DOI (Digital Object Identifier)
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Principaux éléments d’une source laser1. Contexte
les références [1] à [12] sont relatives à la bibliographie générale des ouvrages et articles sur le sujet des matériaux laser.
Sources laser les plus utilisées
-
Lasers à gaz
Excimères : F2 157 nm, ArF 193 nm, KrCl 222 nm, KrF 249 nm, XeCl 308 nm
Azote N2 : 337,1 nm
Argon : plusieurs raies UV et bleues, 448,0 nm et 514,5 nm
Krypton : 461,9 nm ; 530,8 nm ; 647,1 nm et 676,4 nm
Hélium-néon : 632,8 nm
CO2 : 10,6 µm (10 600 nm)
-
Lasers à liquide
Les lasers à colorants recouvrent toute la plage comprise entre 210 nm et environ 900 nm mais en jouant sur le doublage de fréquences (rhodamine 6G entre 546 et 592 nm).
-
Lasers à solide
Rubis (Al2O3 : Cr3+) ; 694,3 nm
Saphir dopé Ti3+ (Al2O3 : Ti3+) ; plage de 670 à 1 070 nm
Alexandrite (BeAl2O4 : Cr3+), plage de 700 à 830 nm
LiSrAlF6 : Cr3+ ; plage de 780 à 920 nm
Y3Al5O12 (YAG) : Nd3+ ; 1 064 nm ; doublé à 532 nm ; triplé 355 nm ; quadruplé 266 nm
LiYF4 : Nd3+ ; 1 047 nm
Gd3Sc2Ga3O12 (GSGG) : Nd3+ ; 1 061 nm
Verres de phosphates : Nd3+ ; 1 054 nm
Verres de silicates : Nd3+ ; 1 061 nm
YAG : Yb3+ ; 1 030 nm
Forstérite Mg2SiO4 : Cr4+ ; plage de 1 167 à 1 345 nm
Verre de silicate : Er3+ ; 1 540 nm
YAG : Tm3+ ; plage de 1 870 à 2 160 nm
1.1 Pompage optique des cristaux et des verres dopés par des ions actifs
Les cristaux et les verres ont d’abord été pompés par des lampes-flashs puis plus récemment par des diodes laser issues des recherches initiales sur les semiconducteurs d’abord étudiés par Basov et P. Aigrain...
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Contexte
BIBLIOGRAPHIE
-
(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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