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SPHYM109 - Physique des lasers

Objectifs

- Le 1er objectif est d'assurer les connaissances de base en physique des lasers. Les différents éléments qui constituent un laser seront expliqués en

détails ainsi que les propriétés du rayonnement laser. - Le 2d objectif est de comprendre le fonctionnement de quelques lasers tels que le laser He-Ne, le

laser à CO2, la diode-laser et le laser basé sur des OPO. Pour chacun, les éléments constitutifs et leurs caractéristiques seront détaillés. Les principales

applications seront aussi données.

Contenu

Ce cours est un exposé de la physique des lasers. Les concepts du laser sont d'abord présentés: milieu actif (émission stimulée, équations d'Einstein ...),

pompage (électrique, optique ...), cavité résonante (oscillateur laser ...). Au fur et à mesure de l'exposé, les concepts de physique de base sont rappelés

(absorption, émission ...) . Ensuite, les propriétes du rayonnement laser sont explicitées. Muni de ces concepts, plusieurs types de laser sont décrits en

détails (fonctionnement, propriétés et applications). Au cours théoriques sont associés des travaux dirigés.

Table des matières

Première partie: - I. Introduction Historique ... - II. Principes du laser 1. Eléments de base d'un laser 2. Milieu amplificateur (Types d'interactions,

coefficients de transition d'Einstein, relations entre les coefficients d'Einstein, inversion de population) 3. Pompage (Schémas des niveaux, taux de

pompage, types de pompage) 4. Cavité résonante (Amplificateur, oscillateur, familles de cavité, critères de stabilité, caractérisation des modes lasers,

oscillateurs lasers, structure spatiale du faisceau laser) - III. Propriétés du rayonnement laser 1. Monochromaticité 2. Cohérence (spatiale et temporelle)

3. Directivité 4. Luminosité - Puissance - IV. Lasers à solide 1. Laser à rubis 2. Laser au Nd - V. Lasers à gaz 1. Laser à gaz atomique (He-Ne, azote) 2.

Laser à gaz atomique ionisé (Argon et krypton ionisé) 3. Laser moléculaire (CO2) - VI Lasers de superpuissance - VII Diode-lasers - VIII Sécurité laser

2ième partie: 1. Propagation d'un faisceau laser 1.1. Matrice de transfert ou matrice ABCD 1.2. Définition d'un faisceau Gaussien 1.3. Propagation de

l'onde gaussienne calculée à l'aide de la matrice ABCD 1.4. Mode Gaussien d'une cavité optique 1.5. Modes Transverses d'une cavité optique 2.

Interaction rayonnement matière 2.1. Coefficients d'Einste 2.2. Largeur de transition optique 2.3. Section efficace d'absorption 2.4. Condition d'oscillation

d'un laser 2.5. Phénomènes de saturation 2.6. Affinement spectral d'une cavité laser 2.7. Modes de fonctionnement temporels des lasers 3. Types de

lasers 3.1. Les lasers à gaz 3.2. Lasers à isolants dopés 3.3. Lasers à semi-conducteur 4. Optique non-linéaire 4.1. Introduction 4.2. Processus non-

linéaires du second ordre 4.2. Propriété de symétrie de la susceptibilité non linéaire du second ordre 4.3. Mélange 3 ondes 4.4. Génération de seconde

harmonique 4.5. Oscillateur Paramétrique Optique

Méthodes d'enseignement

Le cours est donné par une présentation Powerpoint (1ère partie) Le cours est donné par une présentation Powerpoint (2ième partie).

Description des TP/Exercices

Les exercices réalisés aux séances de TD sont orientés sur la compréhension et l'application des concepts vu au cours théorique. L'étude de cas relatif à

des applications de la vie courante est privilégié. Citons par exemple, l'étude de la configuration d'un lecteur de cd.

Mode d'évaluation

Examen oral englobant toutes les notions vues dans la 1ère partie du cours. Présentation orale de réponses préparées par écrit. Les questions portent

sur le contenu théorique et sur des exercices (2ième partie du cours).

Sources, références et supports éventuels

"Lasers et optique non linéaire - Cours, exercices et problèmes corrigés - Niveau M1-M2", Christian Delsart, Ed. Ellipses

Suppléant(s): Fissiaux Laurent

Titulaire(s) : Lepere Muriel

Enseignants

Lieu de l'activité :

Langue d'enseignement : French / Français

NAMUR