Physique des lasers

Responsable de l'UE : Rémo GIUST

Volume horaire : CM : 22h

                           TD : 22h

                           TP : 16h

Objectifs

Fournir aux étudiants une connaissance fine du fonctionnement des différents types de lasers aussi bien d'un point de vu théorique que pratique.

Pré-requis

Connaissances en électromagnétisme (EM dans la matière), d'optique géométrique et physique, structure de la matière (structure atomique, moléculaire), mécanique quantique (formalisme de base) et statistique (classique).

Contenus

I] Description simplifiée des lasers

I.1] Interaction matière-rayonnement (types d'interactions, bilan énergétique, forme de raie, ...)

I.2] Inversion de population (systèmes à 2,3 et 4 niveaux)

I.3] Cavité Laser (Notion de modes, approximation paraxiale, matrice ABCD, ...)

I.4] L'oscillateur laser (Milieu à gain et cavité)

I.5] Description des grands types de lasers (gaz, liquides, solides)

II] Etude approfondie des lasers

II.1] Modèle quantique semiclassique de l'interaction matière-rayonnement (matrice densité, équations de Bloch optiques, ...)

II.2] Equations d'évolutions des grandeurs caractéristiques d'un laser (populations, cohérences, champs optiques, ...)

II.3] Simplification des équations d'évolution (élimination adiabatique de la polarisation du milieu à gain, ...)

II.4] Etude de la stabilité des points de fonctionnement des lasers (mono et multimodes)

II.5] Etude des lasers relaxés, déclenchés et verrouillés en phase

II.6] Approche statistique de l'émission laser (largeur limite d'un laser monomode, ...)

III] Les diodes lasers

III.1] Rappels de la physique de semiconducteur

III.2] Etude de la structure d'un diode laser (homojonction et hétérojonction)

III.3] Equations de base et comportement

III.4] Evolutions des structures (puits quantiques, boîtes quantique, VCSEL)

Travaux pratiques :

1) Laser YAG (étude pratique des caractéristique et simulation du simulations du comportement dynamique)

2) Laser à amplificateur Erbium

3) Etude d'une diode laser

4) Etude d'un laser fibré verrouillé en phase