Fiche descriptive de cours :Le régime transitoire d'un oscillateur laser est géré par deux équations différentielles couplées : sur l'inversion de population et sur l'intensité dans la cavité. Pour des lasers dont le temps de vie est proche du temps de vie du photon dans la cavité, le régime transitoire est court et le régime stationnaire s'établit rapidement. Pour les lasers qui présentent une différence importante entre les deux temps de vie, le régime transitoire démarrage par des pics puis se termine par des oscillations de relaxation. Le laser peut mettre beaucoup de temps avant d'atteindre son régime stationnaire.
La façon la plus simple de réaliser un laser impulsionnel est de faire une modulation du gain. La pompe est arrêtée dès que le premier pic du régime transitoire est émis.
La modulation des pertes (régime déclenché) permet de stocker une inversion de population beaucoup plus importante dans l'amplificateur. La réduction brutale des pertes permet au laser de passer au dessus du seuil d'oscillation et d'émettre un pic très intense, plus court que le pic du régime transitoire. Pour contrôler la durée et l'intensité du pic, on peut jouer sur la longueur de la cavité, sur le gain du laser et sur les pertes de la cavité. Le front de montée de l'impulsion est contrôlé par le gain, le front de descente par les pertes.
- la durée des impulsions en régime déclenché est généralement plus longue que le temps d'un tour de cavité.
- La synchronisation des modes en phase permet de générer des impulsions par interférences (battements) entre les modes longitudinaux. Un laser synchronisé en phase peut fonctionner en régime stationnaire (contrairement aux lasers déclenchés).
- La durée des impulsions est largement plus courte que le temps d'un tour de cavité. Elle dépend de la largeur spectrale du milieu à gain : spectre et impulsion sont reliés par une transformée de Fourier. La cadence de répétition est égale à l'écart spectral entre deux modes longitudinaux : C/2L pour une cavité linéaire de longueur L.
Composition Partie Pédagogique :
Ces planches montrent la réponse d'un oscillateur laser à un échelon de pompage et décrivent les différents régimes impulsionnels liés aux effets transitoires.
Ce fichier excel propose une étude du régime transitoire et le régime déclenché.
Cette animation montre l'effet des pertes, de la longueur de la cavité et du gain sur la forme de l'impulsion en régime déclenché
Ce fichier décrit comment les interférences entre modes permettent de réaliser des impulsions.
Ce fichier excel permet de voir l'allure des interférences entre modes longitudinaux quand ils sont en phase ou non.