Fiche descriptive de cours :- la condition sur le gain est telle que l'intensité sur un tour (ou un aller et retour) puisse croitre. En langage parlé, cela revient à dire que le gain doit être supérieur aux pertes.
- lorsque le laser fonctionne, un état stationnaire est atteint dans le laser et l'intensité ajuste sa valeur pour que le gain sur un tour (ou un aller et retour) compense exactement les pertes.
- la condition sur la fréquence indique que seules des fréquences discrètes peuvent exister dans un laser : elles correspondent aux pics de transmission d'un interféromètre Fabry Perot.
Puissance de sortie d'un oscillateur laser
L'intensité en sortie d'un oscillateur peut être obtenue de façon simple dans certains cas (cavité en anneau sans pertes internes, cavités à faibles pertes). Il existe d'autres exemples (voir l'analyse de Rigrod, Siegman "Lasers" p485-489).
Le miroir de sortie doit être choisi de façon adéquate pour optimiser la puissance de sortie.
Les pertes passives de la cavité ont une très grande influence sur la puissance de sortie : il faut les réduire au maximum.
Il existe une solution simple pour estimer la puissance de sortie d'un laser en fonction de la puissance de pompe absorbée. Il suffit de dire qu'au dessus du seuil d'oscillation, tous les photons émis par le milieu sont stimulés. La puissance de sortie est une droite en fonction de la puissance de pompe. La pente de la droite donne l'efficacité du laser. Ce type d'approximation est valable pour tout type de laser (cavité en anneau ou cavité linéaire).
Cavité linéaire
Dans une cavité linéaire, les interférences entre les deux ondes qui voyagent en sens inverse dans la cavité créent des zones dans lesquelles le gain ne peut pas être utilisé pour l'émission stimulée. La pente d'efficacité se trouve réduite à proximité du seuil.
Négliger les effets d'interférences permet d'avoir une expression simple de la puissance de sortie. L'approximation est justifiée loin du seuil du laser.
Une cavité en anneau a un seuil deux fois plus élevé qu'une cavité linéaire (sur un tour, on ne passe qu'une fois dans le milieu amplificateur).
Composition Partie Pédagogique :
Ce fichier excel présente l'évolution de l'intensité dans un oscillateur à partir de l'émission spontanée.
Il suppose que les populations ont atteint un état stationnaire.
Le fichier donne également l'évolution de l'intensité à l'intérieur du milieu laser.
Cette animation montre que si le gain est inférieur aux pertes, le laser ne démarre pas.
Lorsque le gain petit signal est supérieur aux pertes, le laser démarre et sa puissance se stabilise de telle sorte que le gain devienne égal aux pertes après saturation.
Ce fichier montre l'évolution de l'intensité dans le milieu laser au démarrage et une fois l'état stationnaire établi. Il permet de voir que si les pertes de la cavité sont faibles, l'intensité ne varie presque pas.
Cette animation montre comment la puissance de sortie du laser passe par un maximum.
Elle montre aussi la forte dépendance aux pertes passives.
Cet exercice permet de comparer les efficacités d'oscillateurs laser à trois niveaux, à quasi-trois niveaux et à quatre niveaux, qui auraient les mêmes caractéristiques spectroscopiques.
Cette animation montre comment l'effet de l'onde stationnaire dans la cavité crée une modulation du gain saturé (hole burning spatial)