Bibliographie & annexes
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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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Cavité résonnante et intensité émise par le faisceau laser5. Coefficients d’Einstein d’absorption, d’émission spontanée et d’émission stimulée (ou induite)
L’action réciproque d’une onde électromagnétique et d’un système atomique caractérisé par ses niveaux d’énergie discrets peut être traitée par les processus d’absorption, d’émission spontanée et d’émission induite. Einstein a défini ces différents mécanismes par des coefficients traduisant les probabilités de chacun.
5.1 Mécanisme d’absorption
Considérons une cavité contenant n0 atomes dont n1 sont dans le niveau fondamental, éclairée par un faisceau de lumière parallèle de fréquence ν , telle que E2 – E1 = hν et de densité spectrale énergétique ρ (ν ) × ρ (ν ) représente l’énergie contenue dans le faisceau excitateur par unité d’intervalle de fréquence et par unité de volume. Cette densité est reliée à l’intensité spectrale énergétique par la relation simple :
avec :
- v :
- célérité de l’onde dans le milieu considéré.
Pour un milieu d’indice n*, on écrit :
avec :
- c :
- célérité de l’onde dans le vide.
Par exemple, pour le cas simple et naturel d’une excitation donnée par une source thermique assimilée à un corps noir émettant un spectre continu, la densité ρ (ν ) suit la loi de Planck qui dépend essentiellement de la température T :
Einstein postule que le nombre d’atomes...
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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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