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Article

1 - MILIEUX AMPLIFICATEURS ACCORDABLES

2 - PRINCIPES DE L'ACCORDABILITÉ DANS UN OSCILLATEUR

3 - EXEMPLES DE FILTRES SPECTRAUX POUR ACCORDER UN OSCILLATEUR

4 - EXEMPLE DE LASERS ACCORDABLES : LES DIODES LASER

5 - APPLICATIONS DES LASERS ACCORDABLES

  • 5.1 - Lasers accordables pour interagir avec la matière par absorption
  • 5.2 - Lasers accordables pour caractériser ou mesurer (sans absorption)

6 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : E6480 v2

Conclusion
Lasers accordables

Auteur(s) : François BALEMBOIS

Relu et validé le 21 sept. 2017

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RÉSUMÉ

L’objectif de cet article est de présenter le principe, les performances et les technologies associés aux lasers accordables. La définition de laser est prise ici au sens des oscillateurs optiques, capables de générer de la lumière à partir d’un milieu amplificateur optique placé dans une cavité. Après une description des différents milieux amplificateurs (milieux laser et non linéaires) et de leur largeur spectrale, nous décrivons les principes de l’accordabilité d’un oscillateur laser qui sont basés sur les effets de filtrage dans la cavité. Nous présentons ensuite différents filtres spectraux qui permettent d’accorder le laser lorsqu’ils sont insérés dans la cavité. Nous donnons enfin un exemple de laser accordable : la diode laser, et présentons les domaines d’application des lasers accordables.

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ABSTRACT

Tunable lasers

The objective of this article is aimed at presenting the principle, performances and technologies associated to tunable lasers. The term "laser" is here defined as optical oscillators which are able to generate light from an optical amplifying medium placed into a cavity. After initially presenting the various amplifying mediums (laser and non-linear media)and their spectral width, we proceed by describing the tuning principles of a laser oscillator which are based upon the filtering effects within the cavity. We then go on to describing various spectral filters which allow the tuning of the laser when inserted into the cavity. Finally, we provide an example of a tunable laser i.e. the laser diode as well as the various areas of application regarding tunable lasers.

Auteur(s)

INTRODUCTION

On a souvent tendance à associer le terme de « lasers accordables » aux milieux laser dont la largeur spectrale dépasse plusieurs dizaines de nanomètres (quelques THz en fréquence). L'accordabilité peut prendre cependant une définition plus générale qui indique la capacité d'un oscillateur optique à changer sa longueur d'onde d'émission. Selon la nature des milieux amplificateurs et le type de dispositifs mis en place pour contrôler le spectre, la gamme spectrale peut s'étendre de quelques Hz à une centaine de THz. L'accordabilité peut se faire par saut ou de façon continue. Elle peut être réalisée de façon définitive ou alors donner au laser une certaine agilité en fréquence. Tous les milieux laser sont-ils « accordables » ? On peut se poser la question pour des atomes, des molécules ou des ions dont les diagrammes d'énergie sont simples avec des niveaux quantifiés parfaitement définis, correspondant donc à des longueurs d'onde discrètes. En fait, les niveaux sont toujours élargis par une multitude d'effets physiques dont le plus fondamental est la durée de vie des niveaux impliquant un élargissement spectral par transformée de Fourier. Tous les milieux amplificateurs de lumière utilisant l'émission stimulée sont donc accordables, il faut simplement regarder dans quelle mesure.

On peut même aller plus loin en utilisant des milieux qui ne sont pas basés sur l'émission stimulée mais sur des effets non linéaires. Avec des cristaux non linéaires d'ordre 2, on peut réaliser des oscillateurs paramétriques optiques capables de concurrencer voire de surpasser les sources accordables basées sur l'émission stimulée. En utilisant l'effet non linéaire d'ordre 3 dans des fibres photoniques, on peut générer un continuum de lumière sur une très grande plage de longueurs d'onde et le filtrer pour obtenir une lumière accordable.

L'objet de cet article est de faire le point sur les principes et les performances des « lasers accordables » pris dans le sens le plus général. Le paragraphe 1 décrit les milieux amplificateurs accordables, lasers et non linéaires, en donnant l'origine physique de la largeur des spectres suivant les milieux considérés. Le paragraphe 2 donne les grands principes de l'accordabilité qui est réalisée dans la très grande majorité des cas à partir d'une cavité optique contenant le milieu amplificateur de lumière. Une méthode très courante pour accorder un laser est d'insérer un filtre spectral à l'intérieur de la cavité, c'est pourquoi le paragraphe 3 donne des exemples de filtres spectraux utilisés dans ce but. Le paragraphe 4 donne un exemple de laser accordable : la diode laser. Le paragraphe 5 présente les domaines d'application des lasers accordables.

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KEYWORDS

laser   |   tunable laser   |   non linear optics   |   optical cavity   |   spectral filter

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-e6480


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6. Conclusion

Cet article montre que tous les milieux amplificateurs de lumière sont accordables. Les plages spectrales potentielles sont très variables en fonction du type de milieu : laser ou non linéaire. Pour les milieux lasers, les largeurs spectrales sont faibles dans les gaz (de l'ordre du GHz) et sont beaucoup plus importantes dans les solides avec parfois des records sur certains matériaux comme le saphir dopé au titane ou les lasers à cascade quantique. Tout comme il y a une multitude de milieux lasers, il y a une multitude de façons d'accorder un laser. Des méthodes intrinsèques à l'oscillateur laser consistent à jouer sur la longueur de la cavité ou sur les propriétés spectroscopiques du milieu à gain. D'autres méthodes consistent à rajouter des filtres spectraux dans la cavité pour sélectionner la longueur d'onde d'intérêt. Tout composant optique capable de donner des pertes, même faibles, en fonction de la longueur d'onde peut convenir : les composants réfractifs, interférentiels, biréfringents ou diffractifs. Le choix d'un composant par rapport à un autre dépend du milieu amplificateur : de sa largeur spectrale et de la valeur de son gain. Ce choix dépend également du cahier des charges concernant les applications, incluant des données comme la finesse spectrale ou la capacité à changer la longueur d'onde rapidement.

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - SALEH (B.E.A.), TEICH (M.C.) -   Fundamentals of photonics.  -  Wiley series pures and applied optics, GOODMAN (J.W.) Editor, p. 444-446 (1991).

  • (2) - DELSART (C.) -   Laser et optique non linéaire.  -  Physique LMD, Ellipses, p. 111 (2008).

  • (3) - MOULTON (P.F.) -   Spectroscopic and laser characteristics of Ti:Al2O3 .  -  J. Opt. Soc. Am., B, 3, p. 125-133 (1986).

  • (4) - LIU (H.), SPENCE (D.J.), COUTTS (D.W.), SATO (H.), FUKUDA (T.) -   Broadly tunable ultraviolet miniature cerium-doped LiLuF lasers.  -  Opt. Express,16, p. 2226-2231 (2008).

  • (5) - EHRLICH (D.J.), MOULTON (P.F.), OSGOOD (R.M.Jr) -   Ultraviolet solid-state Ce:YLF laser at 325 nm.  -  Opt. Lett., 4, p. 184-186 (1979).

  • (6) - SALEH (B.E.A.), TEICH (M.C.) -   Fundamentals of Photonics.  -  Wiley series pure...

1 Annuaire

Une liste d'entreprises commercialisant des lasers accordables peut être trouvée sur : http://www.directindustry.com/industrial-manufacturer/tunable-laser-79117.html

La liste suivante n'est pas exhaustive, elle donne quelques pistes de fournisseurs.

Lasers accordables : saphir dopé au titane

– COHERENT http://www.coherent.com/

– Spectra-physics (a Newport Corporation Brand) http://www.newport.com/

– Continuum http://www.continuumlasers.com/

Lasers accordables : lasers à colorant

– Quantel http://www.quantel.fr/

– Sirah laser und plasma technik http://www.sirah.com/

– Laser science http://www.laserscience.in/

– Exciton http://www.exciton.com

Diodes laser accordables

– Toptica http://www.toptica.com/

– New Focus (a Newport Corporation Brand) http://www.newport.com/

– Sacher lasertechnik http://www.sacher-laser.com/

– Daylight solutions (lasers à cascade quantique) http://www.daylightsolutions.com/

Oscillateurs et amplificateurs paramétriques optiques

– Ekspla http://www.ekspla.com/

– Lightconversion...

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