Séance numéro 4 - Laboratoire de Physique des Lasers

Pompage par diode
Pompage longitudinal
Un exemple d’application : les Microlasers
Principe : les miroirs de la cavité sont déposés directement sur le cristal
•
•
•
pas d’alignement et des désalignement de la cavité
assemblage monolithique
possibilité de fonctionnement monomode
Cristal : Nd:YAG (qql mm)
faisceau à 1,064 µm
Diode de
pompage @ 808 nm
Miroirs de la cavité
Entrée HT @ 808 nm, HR @ 1064 nm
Sortie HR @ 808 nm, T= 5 % @ 1064 nm
Séance 4
Sébastien Forget/Laboratoire de Physique des Lasers / Université Paris Nord
Pompage par diode
Pompage longitudinal
Un exemple d’application : les Microlasers
Substrat de Nd:YAG
= 25 mm, 0,5 - 1,5 mm
Polissage
Épitaxie en phase liquide d’une
couche de Cr4+:YAG
100 - 150 µm
Polissage du Cr4+:YAG, 30 - 50 µm
Dépots des miroirs
Découpage des microlasers 1 x 1 mm2
Production de masse : Bas coût
> 200 microlasers sur un substrat de 1 pouce
de diamètre (25,4 mm)
Séance 4
Sébastien Forget/Laboratoire de Physique des Lasers / Université Paris Nord
Pompage par diode
Pompage longitudinal
Microlaser impulsionnel
Volume total : 1mm3
Cristal : Nd:YAG
faisceau à 1,064 µm
Diode de
pompage @ 808 nm
Application : pointeurs lasers verts
Absorbant saturable
Cr4+:YAG (30-50 µm)
Séance 4
Sébastien Forget/Laboratoire de Physique des Lasers / Université Paris Nord
Pompage par diode
Pompage longitudinal
Système RGB :
Séance 4
Sébastien Forget/Laboratoire de Physique des Lasers / Université Paris Nord
Pompage par diode
Pompage transverse
Un exemple d’application
Pour le développement de lasers Nd:YAG de forte puissance pompés par des barettes ou des stacks
Barreau
(adapté aux barettes)
Pompage
configuration “zigzag”
plaque pour les stacks
miroir de
fond de cavité
Pompage
Gestion de la thermique
(homogénéisation)
Miroir
de sortie
1. barreau Nd:YAG
2. faisceau laser
3. miroir de sortie
4. barette de diodes
5. optique de collimation
6. miroir Rmax
7. refroidissement
8. alimentation électrique
Séance 4
Sébastien Forget/Laboratoire de Physique des Lasers / Université Paris Nord
Pompage par diode
Pompage transverse
Un exemple d’application
Ultra-forte puissances : configuration MOPA
(Master Oscillator-Power Amplifier)
Laser “infinity” de Coherent®
Séance 4
Sébastien Forget/Laboratoire de Physique des Lasers / Université Paris Nord
Pompage par diode
Pompage transverse
Un exemple d’application
Ultra-forte puissances : configuration MOPA
Optique de conjugaison
des deux barreaux de Nd:YAG
Amplificateur
Cristaux
non linéaires
(BaB2O4)
Miroir à conjugaison
de phase
Laser solide pompé
par diode
Séance 4
Isolateur optique
(rotateur de Faraday)
Sébastien Forget/Laboratoire de Physique des Lasers / Université Paris Nord
Pompage par diode
Pompage transverse
Un exemple d’application
Ultra-forte puissances : configuration MOPA
(Master Oscillator-Power Amplifier)
Séance 4
Sébastien Forget/Laboratoire de Physique des Lasers / Université Paris Nord
Les Lasers à fibre

Le milieu amplificateur est une fibre
optique dopée avec des ions terres rares
(Erbium et/ou Ytterbium essentiellement)


Compacité, souplesse, robustesse
La cavité peut être très longue


Répartition des effets thermiques
Fortes puissances avec bonne qualité spatiale
Pompe
s
p
s
Oscillation à s
Séance 4
Sébastien Forget/Laboratoire de Physique des Lasers / Université Paris Nord
Les Lasers à fibre
Cavité:
Miroirs type Bragg
Excitation UV extérieure
(Ex : Laser Excimere, cf plus loin)
Miroir basé sur un
principe interférentiel
Masque de phase
Très sélectif en
longueur d’onde
n
Fibre optique
Séance 4
Sébastien Forget/Laboratoire de Physique des Lasers / Université Paris Nord
Les Lasers à fibre
Effets Non-Linéaires : très présents car les densités de
puissance sont fortes (diamètre fibre = qql µm)
Problème : Limitent la puissance accessible avec une
bonne qualité spectrale
Avantage : Nouvelles longueurs d’ondes  Laser Raman
Effet Raman  décalage de la  de 
Ex :
Laser dans
la fibre
Lasers
Séance 4
Solides
Milieu amplificateur: Fibre dopée au
phosphore
  

  
s1
s2
s3
p
s3
s2
s1
100%
100%
100%
100%
100%
100%
80%
3 stokes en
cascade
Sébastien Forget/Laboratoire de Physique des Lasers / Université Paris Nord
Les Lasers à fibre
Le pompage : Comment injecter une diode de puissance
(multimode) dans une fibre optique monomode ?
Une solution : fibre à double coeur
Gaine silice haut indice
Polymère
Fibre silice
dopée Yb
monomode
Gaine polymère
bas indice
Fortes puissances possibles !
Le Futur : fibres photoniques…
Séance 4
Sébastien Forget/Laboratoire de Physique des Lasers / Université Paris Nord
Différents types de lasers





Lasers à Gaz
Lasers à liquide (colorants)
Lasers Solides
Un cas à part : les lasers à Semiconducteurs
ou diodes laser
l’optique non linéaire : comment changer la
couleur d’un laser ?
Séance 4
Sébastien Forget/Laboratoire de Physique des Lasers / Université Paris Nord
Optique NON linéaire
Séance 4
Sébastien Forget/Laboratoire de Physique des Lasers / Université Paris Nord
Origine de la nonlinéarité



Les électrons des atomes oscillent à la fréquence
du champ électrique de l’onde
Les électrons en mouvement rayonnent un champ
(comme une antenne) de même fréquence :
phénomènes de propagation, réfraction,
diffusion… usuels
Si les électrons sont “trop secoués” (par un champ
intense), le déplacement du centre de masse du
nuage électronique n’est plus sinusoïdal (comme
un ressort qu’on a tiré trop fort) : il apparait des
fréquences nouvelles dans le champ rayonné par
l’atome
Séance 4
(par ex ici dans un cristal non centrosymétrique
où le déplacement du nuage ne se fait plus de
façon symétrique)
-
Nuage
électronique
noyau
noyau
Sébastien Forget/Laboratoire de Physique des Lasers / Université Paris Nord
En pratique
•Très utilisé pour convertir le rayonnement infrarouge (très facile à
obtenir) en rayonnement visible et UV (pas de cristaux émettant
directement dans l’UV) : la plupart des lasers solides visibles et UV du
commerce sont en fait des lasers infrarouges suivis de cristaux nonlinéaires
Ex : les pointeurs laser verts
Séance 4
Sébastien Forget/Laboratoire de Physique des Lasers / Université Paris Nord
Autres applications
Laser “blanc” (continuum) obtenu à
partir d’un laser monochromatique
dans une fibre optique présentant de
très fortes nonlinéarités
Système RGB (laser
rouge, vert, bleu) pour
le cinéma ou la
télévision laser :
Séance 4
Sébastien Forget/Laboratoire de Physique des Lasers / Université Paris Nord