Physique des lasers
Présentation
- Chapitre 1 : Le processus Laser : interactions photon-atome, amplification de lumière, milieu amplificateur en cavité, équations temporelles du laser (modèle « rate equation »), régime stationnaire, stabilité de la cavité.
- Chapitre 2 : Les propriétés Laser : spectrales, spatiales et temporelles
- Chapitre 3 : Les différents types de Laser : propriétés optiques et caractéristiques techniques des lasers à gaz, lasers à liquide (colorant), lasers à solide (ions dans une matrice cristalline, diodes laser, lasers à fibre).
- Chapitre 4 : Les applications des Laser : communication, métrologie, applications scientifiques majeures, industrie des matériaux, médecine, sécurité laser.
- TP1 : Réalisation d’un laser Nd:Yag continu pompé par diode
- TP2 : Réalisation et caractérisation d’un laser He:Ne continu
- TP3 : Régimes temporels d’un laser Nd:Yag pompé par diode
- TP4 : Amplificateur à fibre dopée Erbium
Pré-requis nécessaires
- Optique ondulatoire en L3
- Optique et matériaux en S7
Objectifs
L’objectif principal de cet enseignement est de se familiariser avec le concept de source laser d’un point de vue fondamental et applicatif. Il s’agit d’un enseignement d’introduction à la physique des lasers qui pourra être approfondi en fonction du choix de la spécialité de M2. A la fin de cet enseignement, l’étudiant devra être capable:
- de décrire le principe de fonctionnement d’un laser en maîtrisant le vocabulaire associé,
- d’appréhender les propriétés d’un faisceau laser et connaître les ordres de grandeurs associés,
- de faire le lien entre les propriétés d’un laser et les applications qui en découlent,
- de mettre en œuvre expérimentalement un dispositif laser (Nd:YAG, He-Ne) et de caractériser le rayonnement.
Compétences visées
- effectuer un bilan d’énergie lumineuse sur un aller-retour dans une cavité laser.
- effectuer un bilan sur la population des niveaux d’énergie mis en jeu dans une transition laser et appliquer des approximations.
- estimer si une cavité laser est stable.
- connaître les caractéristiques techniques (dimensions, mode de pompage,..) et optiques (spectrale, spatiale, puissance, temporel) des principaux types de laser.
- décrire quelques exemples de lasers couramment utilisés.
- décrire quelques exemples d’application des lasers en justifiant l’intérêt d’utiliser tel ou tel laser pour tel type d’application.
Bibliographie
- C. Delsart, « Lasers et optique non-linéaire », Ellipses
- B. Cagnac et J.P. Faroux, « Lasers, interaction lumière -atomes », EDP Sciences
- D. Dangoisse, D. Hennequin, V. Zehnlé-Dhaoui, « Les lasers », Dunod
- F. Bretenaker, N. Treps, « Le Laser », EDP Sciences
- A.E. Siegman, « Lasers », University Science Book