Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
NOTE DE L'ÉDITEUR
La norme NF EN 60825-1 (C43-805) du 10/10/2014 citée dans cet article a été modifiée par la norme NF EN 60825-1/A11 de juin 2021 : Sécurité des appareils à laser - Partie 1: Classification des matériels et exigences
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2105 (Mai 2021).
RÉSUMÉ
Cet article traite des différentes méthodes de mesure de la puissance d’un laser en se focalisant largement sur les nouvelles techniques utilisant la pression de radiation. Ces dernières répondent à de nombreux enjeux industriels et besoins métrologiques. Ainsi, il est possible de mesurer in situ une puissance laser sans interrompre son utilisation dans une large étendue de longueur d’onde allant des rayonnements ultraviolets aux rayonnements infrarouges, avec une traçabilité aux unités du SI des grandeurs mécaniques telles que longueur et masse.
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
Lire l’articleABSTRACT
This article deals with the different methods for measuring laser power, focusing largely on new techniques using radiation pressure. These meet many industrial challenges and metrological needs. Thus, it is possible to measure in situ a laser power without interrupting its use over a wide range of wavelengths from ultraviolet radiation to infrared radiation with traceability to SI units of mechanical quantities such as length and mass.
Auteur(s)
-
Patrick PINOT : Docteur en systèmes physiques et métrologie du Conservatoire national des arts et métiers (Cnam), expert indépendant en métrologie, consultant LNE - Ancien directeur adjoint du Laboratoire commun de métrologie LNE-Cnam (EA 2367), La Plaine Saint-Denis, France
-
Zaccaria SILVESTRI : Docteur en lasers, métrologie et communications du Cnam, Ingénieur de recherche, chef de projet au département « masse et grandeurs dérivées » - Laboratoire commun de métrologie LNE-Cnam, La Plaine Saint-Denis, France
-
Alain VISSIERE : Docteur en sciences physiques, ingénieur des Arts et Métiers, Ingénieur de recherche au Cnam - Laboratoire commun de métrologie LNE-Cnam, La Plaine Saint-Denis, France
INTRODUCTION
Le présent article a pour objectif de présenter les différentes techniques de mesure de la puissance d’un laser et, plus spécifiquement, les nouvelles techniques basées sur la pression de radiation pour une étendue de mesure allant de quelques milliwatts jusqu’à une dizaine de kilowatts. Ces nouvelles techniques répondent à de nombreux enjeux industriels et besoins métrologiques, par exemple une mesure in situ d’une puissance laser. Cette mesure peut s’effectuer sans interrompre l’utilisation du laser dans une large étendue de longueurs d’onde, des rayonnements ultraviolets aux rayonnements infrarouges. La mesure de puissance via la pression de radiation est traçable aux unités du SI (système international des unités) des grandeurs mécaniques telles que longueur et masse.
Après quelques rappels de définitions sur les grandeurs radiométriques et les principales caractéristiques d’un laser, l’article présente les principaux détecteurs (thermiques et quantiques) utilisés pour la mesure de la puissance d’un laser. Cela permet de mieux appréhender les besoins industriels, médicaux ou métrologiques actuels nécessitant le développement de nouveaux détecteurs avec des principes totalement différents. Se plaçant d’un point de vue métrologique, l’article s’attarde à décrire la traçabilité métrologique des détecteurs en présentant, par exemple, le radiomètre cryogénique à substitution électrique, référence radiométrique de nombreux laboratoires nationaux de métrologie.
L’utilisation de la pression de radiation à des fins métrologiques est le principal aspect qui est développé ici. En effet, à l’aide d’un simple miroir associé à un capteur de faible force, il est possible de mesurer, entre autres, la puissance d’un laser. Les nombreux développements dans les laboratoires nationaux de métrologie basés sur ce principe ouvrent de grandes perspectives pour la réalisation d’étalons primaires de puissance laser. Outre un aspect complémentaire aux méthodes dites « conventionnelles », les avantages et limites de la mesure de puissance d’un laser par la pression de radiation sont présentés.
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
KEYWORDS
Metrology | Radiation pressure | laser power
DOI (Digital Object Identifier)
Cet article fait partie de l’offre
Mesures mécaniques et dimensionnelles
(120 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Présentation
Conclusion, perspectives métrologiques
En anglais
3. Mesure de puissance via la pression de radiation
3.1 Pression de radiation
3.1.1 Réflexion d’une onde plane par un miroir plan parfait
On considère un faisceau laser monochromatique idéal se propageant dans le vide (onde électromagnétique plane de longueur d’onde λ) qui irradie la surface plane A d’une cible de manière uniforme sous une incidence normale.
Dans la suite de cette sous-section, on choisit une approche quantique basique et simplifiée en considérant le faisceau comme un flux constant de photons monoénergétiques (E = hν) se déplaçant selon une direction normale au plan de la surface de la cible. Si
est la densité volumique d’énergie du flux incident (énergie incidente par unité de volume), on peut écrire :
( 11 )
où dN est le nombre de photons dans un volume élémentaire de surface élémentaire dA et de hauteur cdt. dt représente un élément infinitésimal de temps.
Si la surface de la cible est parfaitement absorbante (l’énergie de chaque photon est absorbée par la surface), l’énergie totale E T du flux incident uniforme, intégré sur une surface A, contenue dans un volume de base A et de hauteur cdt a pour expression :
( 12 )
où
est la quantité totale de mouvement des δN photons incidents dans le petit volume Acdt à la surface...
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Mesures mécaniques et dimensionnelles
(120 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Mesure de puissance via la pression de radiation
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MAXWELL (J.C.) - VIII. A dynamical theory of the electromagnetic field. - Philos. Trans. R. Soc. Lond., vol. 155, p. 459-512, janv. 1865, doi: 10.1098/rstl.1865.0008.
-
(2) - SUBRAN (C.), SAGAUT (J.), LAPOINTE (S.) - Lasers : principes, applications et mesures énergétiques. - p. 18 (2009).
-
(3) - DESVIGNES (F.) - Radiométrie. Photométrie. - Tech. Ing., p. 24 (1992).
-
(4) - Termlist | eilv - Vocabulaire – Commission Internationale de l’Eclairage. - https://cie.co.at/.
-
(5) - CIE. – CIE Publication 17.4: International Lighting Vocabulary - Vocabulaire international de l’éclairage. - (1987). http://itu.tind.io/.
-
(6) - ROUGIÉ (B.), COUTIN (J.-M.) - Références...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Sécurité des appareils à laser – Partie 1 : classification des matériels et exigences. - NF EN 60825-1 - 2014
-
Exigences générales concernant la compétence des laboratoires d’étalonnages et d’essais. - NF EN ISO/IEC 17025 - 2017
ANNEXES
Organismes – Associations – Fédérations
BIPM : https://www.bipm.org
Commission internationale de l’éclairage : https://cie.co.at/
Cofrac : https://www.cofrac.fr/
HAUT DE PAGE
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Mesures mécaniques et dimensionnelles
(120 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
