Le laser : Fondamentaux

Le laser Nd :YAG

L'ensemble du laser est visible sur la figure E8. On y reconnaît les différents composants du laser, son optique de pompage et la cavité. Cette photo permet de constater que les différents composants sont positionnés dans des montures réglables : les objectifs de collimation et de focalisation sont montés dans des translations "xyz" dans les trois directions.

Il est important de comprendre que ces translations doivent être très précises. En effet, la taille des faisceaux dans le cristal de Nd:YAG n'est que de 70 µm en rayon. Pour que le faisceaux laser et le faisceau de pompe soient au même endroit, il faut donc être capable de déplacer le faisceau de pompe avec une précision d'une dizaine de microns dans le plan perpendiculaire à l'axe optique.

Les miroirs de la cavité (Nd:YAG d'un côté et miroir de sortie de l'autre) sont montés dans des supports réglables en angle. En effet, il faut que les miroirs soient en regard l'un de l'autre avec une très grande précision pour que l'onde gaussienne puisse faire indéfiniment des allers et retours dans la cavité. Pour avoir un ordre de grandeur de la précision angulaire du réglage sur le miroir de sortie, il faut pouvoir régler son axe optique afin qu'il traverse la zone pompée dans le cristal. Cette zone ne faisant qu'une centaine de microns, il faut un réglage à 10 µm près alors que le miroir de sortie se trouve à 7 cm environ du Nd:YAG. Ceci donne un angle de 0,1 mrad.


   
    Figure E8 : Photo de l'ensemble des composants du laser (construit par BM Industries).
Figure E8 : Photo de l'ensemble des composants du laser (construit par BM Industries). [zoom...]

Pratiquement, on commence par collimater le faisceau de pompe puis par l'aligner parallèle au banc. Le faisceau de pompe défini alors un axe de référence (l'axe optique) qui va nous être utile pour régler les miroirs de la cavité. En effet, nous sommes ici dans le cas d'un pompage "colinéaire" pour lequel l'axe de pompe est confondu avec l'axe optique de la cavité.

On profite donc de ce faisceau pour régler le miroir "Nd:YAG" par autocollimation. On fait de même avec le miroir de sortie. On focalise ensuite le faisceau de pompe dans le cristal de Nd:YAG. En plaçant le miroir de sortie à une distance inférieure à la distance critique (qui est ici de 100 mm = Rc), on obtient assez facilement l'effet laser.

Celui-ci se caractérise par un point lumineux intense, bien sûr invisible à l'oeil (nous sommes à 1064 nm) mais visible avec une caméra CCD ou un simple appareil photo, comme le montre la figure E9. Cette photo est prise hors de l'axe optique. Les photons laser qui arrivent sur le détecteur sont des photons diffusés par le miroir. Proportionnellement aux photons qui sont dans l'axe de la cavité, ils sont très peu nombreux. Ils sont cependant en nombre largement suffisant pour créer un signal sur le détecteur du même ordre de grandeur que celui des montures et de la pièce environnante. Il faut bien comprendre que si nous avions mis l'appareil photo directement dans le faisceau de sortie, celui-ci aurait été fortement ébloui, voir même endommagé. On peut noter également sur la photo E9 que le faisceau laser a une faible extension spatiale par rapport à la taille du miroir. Sur le miroir de sortie, il a un rayon de l'ordre de 1 mm.


   
    Figure E9 : Photo du miroir de sortie en présence d'effet laser. Le point est invisible à l'oeil mais visible par le détecteur de l'appareil photo numérique.
Figure E9 : Photo du miroir de sortie en présence d'effet laser. Le point est invisible à l'oeil mais visible par le détecteur de l'appareil photo numérique. [zoom...]
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