Lasers à gaz atomiques
Lasers à gaz

3.1 Laser hélium-néon

Le diagramme simplifié des niveaux d’énergie (figure 3) montre le fonctionnement de ce laser, dans lequel on distingue les étapes de pompage par collisions électrons-atomes d’hélium, puis excitation sélective de niveaux métastables du néon par collisions quasi-résonnantes, ce qui donne la possibilité de plusieurs transitions (tableau 1).

La dernière de ces transitions est en concurrence avec la première et est la plus probable (gain élevé). Afin d’obtenir l’émission dans le rouge, il faut éliminer l’oscillation dans l’infrarouge. On y parvient en utilisant des miroirs de résonateur présentant une grande réflectivité dans le rouge et une transmission élevée dans l’infrarouge (vers 3 µm).

Le laser He-Ne est très répandu depuis la découverte des lasers : sa technologie est extrêmement élaborée et a permis la construction de lasers à la fois petits (les anciens stylos pointeurs utilisent ce laser), de bonne qualité optique (on parvient à faire fonctionner le laser en mode Transerse Electro Magnetique TEM₀₀, limité par diffraction) et relativement peu chers. Jusqu’à l’avènement des diodes laser performantes et du Nd:YAG (Yttrium-Aluminium Garnet ) pompé par diodes, le laser He-Ne était le laser le moins cher et le plus répandu. On est parvenu à repousser jusqu’à plus de 20 000 h la durée de vie des tubes, qui vieillissent du fait de l’évaporation du métal des électrodes et du dépôt sur les miroirs et le capillaire de décharge.

La puissance de ce laser est relativement modeste : la gamme du commerce va de 1 à 50 mW, en mode TEM₀₀. Son rendement global électrique-lumineux est inférieur à 1 %, ce qui limite son emploi aux besoins de faible puissance.

3.2 Laser à argon

Plusieurs transitions sont utilisables pour obtenir une inversion de population dans l’argon ionisé ; elles se produisent dans des décharges électriques à très fort courant (densité de 100 A/cm²), dans lesquelles des électrons accélérés atteignent une énergie de 4 à...