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En anglais
Auteur(s)
-
Jean-Pierre PRENEL : Professeur à l’Université de Franche-Comté
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Lire l’articleINTRODUCTION
En quelques années, le laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) est passé du statut d’appareil de laboratoire pour physicien à celui de système industriel très répandu.
L’objectif de cet article est donc de permettre aux très nombreux utilisateurs non spécialistes de comprendre le fonctionnement de cette source de lumière très particulière et de se familiariser avec ses différentes configurations pratiques.
La démarche proposée consiste à présenter en première partie les phénomènes physiques variés contribuant à l’émission de lumière cohérente, ainsi que les propriétés spécifiques de cette lumière. L’article suivant présente les principaux appareils présents sur le marché, en respectant le traditionnel classement en deux familles : lasers à solides et lasers à gaz. Avant la lecture de ce texte, il peut être profitable de consulter quelques articles du thème « optique » du traité de Sciences fondamentales, notamment « optique ondulatoire », « optique des milieux matériels » et « optique cohérente ».
Les applications, très nombreuses, ne sont pas traitées dans cet article. Le lecteur intéressé par un domaine d’application spécifique pourra trouver les informations adaptées dans les traités spécialisés : mécanique (traitement des matériaux, usinage), électricité (optronique, communications)...
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Propriétés du faisceau laser
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6. Rôle de la cavité optique
6.1 Oscillateur laser
Toutes les pièces du puzzle semblent en place : choix du milieu émissif, mode de pompage, connaissance des raies d’émission. Cependant, nous savons que le simple passage d’une onde incidente déclenche une émission stimulée produisant un effet amplificateur limité 4. De plus, l’hypothèse de calcul impose un effet unidirectionnel (figure 6). Si le milieu émissif est placé entre deux miroirs plans et parallèles, ces deux restrictions disparaissent : l’amplificateur devient périodique et la directivité est assurée puisque la seule direction de propagation privilégiée est la normale aux deux miroirs ; toute lumière ne se propageant pas strictement suivant cet axe est rapidement perdue par réflexions multiples et ne participe plus à l’effet amplificateur. Les deux miroirs constituent une cavité optique, multipliant les amplifications de lumière dans le milieu émissif, à condition toutefois que l’inversion de population y soit maintenue pendant un temps suffisant. L’ensemble milieu émissif amplificateur − système de pompage-cavité optique, constitue un oscillateur laser (figure 8). Naturellement, l’extraction d'une énergie exploitable à l’extérieur de la cavité exige la présence d’un miroir non totalement réfléchissant.
HAUT DE PAGE6.2 Modes de résonance longitudinaux
L’analyse du fonctionnement de la cavité optique débouche, comme pour tout oscillateur, sur la notion de résonance. Si l’on admet l’existence, en un point de la cavité, à un instant appelé initial, d’une émission d’amplitude a 0 , spontanée par exemple, il est facile d’écrire l’expression...
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Rôle de la cavité optique
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - EINSTEIN (A.) - Zur Quanten Theorie der Strahlung. - Phys. Zeit., 18, p. 121-128, 1917.
-
(2) - BITTER (F.) - * - Phys. Rev., 76, 833, 1949.
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(3) - KASTLER (A.) - * - J. Phys. Rad., 11, 255, 1950.
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(4) - GORDON (J.P.), ZEIGER (H.J.), TOWNES (C.H.) - * - Phys. rev., 95, 282, 1954.
-
(5) - SCHAWLOW (A.L.), TOWNES (C.H.) - Infrared and optical masers. - Phys. Rev., 112, 1940-1949, 1958.
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(6) - MAIMAN (T.H.) - Stimulated optical radiation in ruby. - Nature, 187, 493-494, 1960.
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(7) - JAVAN (A.), BENNETT (W.R.), HERRIOT (D.R.) - Population inversion and continuous optical...
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