Laser

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  • Publié le : 29 novembre 2011
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TP d’optique :
Laser Nd-YAG pompe par diode

Lors de ce TP, nous allons réaliser le laser à solide (le milieu amplificateur est un cristal : Nd-YAG).
Au cours de cette réalisation, nous allons ainsi déterminer successivement les points suivants :
- Caractérisation de la diode excitatrice ou de pompe : la diode laser
- Caractérisation du milieu amplificateur : le barreau Nd-YAG- Procédure de réglage de la cavité résonante et obtention de l’effet laser continu infrarouge
- Doublage de fréquence et obtention de l’effet laser continu vert visible

Introduction

Un LASER (“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiations “) est composé de deux elements:
- Un milieu amplificateur optique (milieu actif)
- Une cavité optique ou résonateur (ouboite optique). Cette cavité est généralement constituée de deux miroirs, dont au moins l’un des deux est partiellement réfléchissant.

Il existe différents types de laser :
- Laser à solide
- Laser à gaz
- Lasers à semi-conducteurs
- Lasers à liquide
- Lasers à électrons libres
- Lasers à fibre

Pour obtenir l’effet laser, il faut d’abord « pomper » le milieuamplificateur avec une source d’énergie extérieure.
Le pompage peut être optique, électrique ou même chimique. Il sert à amener les atomes du milieu actif dans un état excité pour qu’il y ait émission de photons de lumière.
On parle alors d’émission spontanée.
On aura effet laser quand ces photons émis auront stimulé les atomes du milieu actif, pour qu’il y ait émission d’autres photonsclones du premier photon émis spontanément (même fréquence, même direction, même phase).
On a alors affaire à de l’émission stimulée qui est à l’origine de l’effet laser.

Le rayonnement sortant de cet amplificateur est rebouclé sur son entrée au moyen de miroirs, qui constituent une « cavité » (où la lumière est piégée). Bien sûr, un dispositif (comme un miroir partiellement réfléchissant)permet d’extraire de la lumière de ce système, pour obtenir le rayonnement laser utilisable.
Ainsi un rayonnement initialement présent dans le système va être amplifié une première fois, puis rebouclé, puis réamplifié etc. Si les pertes introduites par le miroir partiellement réfléchissant sont au moins compensées par le gain apporté par le milieu amplificateur (condition d’auto oscillationsatisfaite) on obtient alors un rayonnement laser.
On peut ainsi construire un rayonnement extrêmement important, cohérent, mono chromatique même à partir d’un rayonnement extrêmement faible (comme un seul photon émis spontanément dans la cavité).

I. Caractérisation de la diode-laser

Avant toute chose, il faut s’assurer que la commande d’intensité soit tournée à fond vers lagauche, puis mettre le boîtier de commande sous tension et tourner la clef en position « ON ». C’est seulement après ces réglages qu’on peut faire varier la tension.

Dans un premier temps, nous avons réglé la température de la diode-laser à 25°C et le courant d’alimentation i à une valeur permettant de visualiser le faisceau sur l’écran placé devant la photodiode de mesure.
A la sortie dela diode-laser, le collimateur est déjà en place : il nous permet d’obtenir un faisceau de sortie parallèle à la sortie de la diode. A cause de la petite ouverture de cette dernière, il y a un effet de diffraction qui donne un faisceau très divergent. Le collimateur (focale très petite) permet de corriger ce problème.
On centre le faisceau de la diode laser grâce à ses propres vis XY
On règleensuite le centrage de la photodiode sur son support en plaçant ses vis XY en position moyenne. La photodiode nous permet de visualiser sur un multimètre ou sur un oscilloscope une tension continue proportionnelle au flux lumineux reçu (via un amplificateur de signal).
Une fois que le faisceau à la sortie de la lentille est à peu près parallèle, la diode-laser est réglée.

On fait...
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