Introduction à la physique du laser

Introduction à la physique du laser
PC Lycée Dupuy de Lôme
E. Ouvrard (PC Lycée Dupuy de Lôme) Physique des ondes 1 / 15

1Interaction photon-matière
Niveaux d’énergie des atomes
Faisceau lumineux
Passages entre deux niveaux d’énergie
Émission spontanée
Absorption
Émission stimulée
2Pompage
Inversion de population
Pompage
3L’oscillateur en électronique
Système bouclé
Oscillateur à pont de Wien
Système bouclé
Condition d’oscillation
Cavité optique
Principe
Conditions d’oscillation
Limitation des modes
E. Ouvrard (PC Lycée Dupuy de Lôme) Physique des ondes 2 / 15

Interaction photon-matière Niveaux d’énergie des atomes
Population N1
E
E1
E2
h.ν0
Population N2
E
E1
E2
Population
Nombre de particules par unité de volume d’un niveau d’énergie donné.
Relation d’Einstein
E2−E1=h.ν0
E. Ouvrard (PC Lycée Dupuy de Lôme) Physique des ondes 3 / 15

Interaction photon-matière Faisceau lumineux
Flux associé au faisceau laser
On note ϕple flux surfacique de photons associés au faisceau laser
Densité volumique d’énergie
On admet que l’énergie se propage à la vitesse ve=cde la lumière dans le
vide.
On note uem la densité volumique d’énergie associée au faisceau laser
uem =ϕp.h.ν
c
E. Ouvrard (PC Lycée Dupuy de Lôme) Physique des ondes 4 / 15

Interaction photon-matière Passages entre deux niveaux d’énergieÉmission spontanée
Émission spontanée
Un atome excité au niveau E2possède une durée de vie τaprès laquelle il
revient spontanément au niveau d’énergie E1en libérant un photon
d’énergie (E2−E1)
polarisation, direction et phase du photon sont
aléatoires
E
E1
E2Émission
spontanée
E
E1
E2
Coefficient d’Einstein pour l’émission spontanée
On définit le coefficient A21 tel que
dN2sp = −A21.N2.dt A21 =1
ττ≡1ns
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