Laser

[invite204ce29c]

Bonjour à tous!

J'ai un petit souci d'ordre pratique: Est ce que quelqu'un pourrait me dire à quoi correspondent "physiquement" les modes longitudinaux pour un laser?

Je vous remercie
Marie
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[invite50625854]

Bonjour,

Dans une cavité laser, il n'existe que des ondes stationnaires car les miroir font qu'on a deux ondes contra-propagatives.

Ce qui se passe c'est que pour que ces ondes existes, il faut qu'elles ne se détruisent pas par interférence. Il faut donc que la phase de l'onde soit égale à elle même après un aller retour.

Ce qui va s'écrire k.Lambda = 2.L

Il existe une infinité de mode longitudinaux pour une cavité, ensuite il faut garder uniquement les longueurs d'ondes possible de la cavité qui coïncide avec les transitions du matériaux actif. On a alors un nombre fini de mode. Souvent un fabry-pérot ajouté dans la cavité permet de sélectionner un seul mode longitudinal, on a alors un laser monochromatique

[invite204ce29c]

Merci beaucoup... Cela m'a vraiment aidé....
Maintenant, suite à cela, j'ai un eautre question : qu'est ce que les modes tranverses?

Merci encore pour votre aide
Marie

[invite50625854]

Pour les modes transverses c'est un peu plus flou dans ma tête.
Mais il me semble que c'est en rapport avec l'allure de la distribution de l'intensité.

En générale on considère que les faisceau laser sont gaussien. Ce qui correspond au mode transverse, appellé TEM00.

Mais d'autre mode (gaussien) existe, par exemple TEM01 (2 taches alignées gaussiennes)
TEM02 (3 taches alignées gaussiennes)
TEM11 (4 taches en forme de carré)...ect

L'idée pour avoir rapidement une idée de l'allure d'un mode quelquonc TEMxy, c'est de considérer qu'il y a x frontière horizontales (ou verticales suivant les conventions) et y frontière verticales (ou horizontales).
Il y aura alors x+1 taches se répétant selon la verticale. Et c'est x+1 taches sont répétées y+1 fois selon l'horizontal

Par exemple TEM21 resemblerait au 6 d'un dé.
En tout, toujours (x+1)*(y+1) maximum (ce que j'ai appellé tache précédement) sur le profil de l'intensité laser.

En espérant n'avoir pas dire trop d'aneries. Et ne pas t'avoir embrouillé.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitea42aaac7]

Salut,

Il me semble que les modes transverses sont dictés par la géométrie des miroirs de la cavité, et que les modes longitudinaux par l'espacement entre eux.
En considérant le cas idéal de miroir plan, il n'y aurait que des ondes planes et donc pas de modes transverses. Les cavités réelles, stables, ont des miroirs concaves ou convexes. Dans ce cas, correspondant à un mode longitudinal, il y a plusieurs mode transverses qui permettent d'avoir des interférences constructives après un aller-retour dans la cavité. La répartition d'intensité change alors pour chaque mode transverse.
Il y a deux sortes de modes (transverses), les modes d'Hermite-Gauss et ceux de Laguerre-Gauss. Les modes d'Hermite-Gauss sont ceux comportant des taches selon des axes horizontal et vertical, comme le dit Youry. Ces modes peuvent apparaitre si les deux miroirs de la cavités sont légérement décalés angulairement l'un par rapport à l'autre.
Les modes de Laguerre-Gauss sont, je crois, les seules solutions d'une cavité à symétrie axiale. Ces modes comportent des anneaux concentriques et/ou des zéros d'intensité sur des lignes passant par le centre. En pratique, on n'observe jamais ces modes, à moins de les forcer, car toute l'énergie se couple dans le mode 00.
A noter que le mode d'Hermite-Gauss 00 et celui de Laguerre-Gausse 00 sont les même est c'est celui-là que l'on appelle couramment "mode Gaussien fondamental" d'un laser car son profil d'intensité est extrêment proche d'un profil gaussien parfait.

Matt

[invite204ce29c]

Oh...lala!!

J'ai pas tout compris!!
Donc, les modes longitudinaux sont reliés a l'espacement entre miroirs et me donne des "pics" de fréquence....et pour chacun de ces pics, il existe plusieurs modes transversaux....
Mais qu'est ce qui différencie ces deux modes? Comment expérimentalement les voir?
Je pensais que l'on pourrait étudier les modes longitudinaux en regardant les fréquences émises par le laser...mais les modes transversaux?

Je vous remercie
Désolée, mais j'ai plein de questions qui me turlupinent!!

[invite30d411fd]

Les modes longitudinaux sont toutes les longueurs d'ondes qui peuvent interférer constructivement entre les miroirs, je pense que tu l'as compris.

Les modes transverses sont différentes manières qu'a l'onde pour se propager dans la cavité. Au départ, on pense que l'onde se propage uniquement sur l'axe optique des miroirs. C'est le mode le plus simple qu'on dit gaussien (car la répartition de l'intensité suit une loi gaussienne). Mais l'onde peut se propager un peu différemment, avec un petit angle par rapport à l'axe optique par exemple. Les interférences vont donner des répartitions d'intensité plus complexes comme une gaussienne avec plusieurs auréoles ou une fleur. Dans la réalité, l'émission d'un laser est une combinaison de tous ces modes et on peut sélectionner des modes en particulier en introduisant des pertes à certains endroits de la cavité (cache sur l'axe optique pour couper le mode gaussien ou miroir désaxés).

Selon la géométrie de la cavité (miroirs rectangulaires ou circulaires), on adopte deux représentations pour les modes, je t'invite à voir cet article pour voir les modes transverses : http://en.wikipedia.org/wiki/Transverse_mode

[invitefaf9e594]

Salut

Comment je suis pas physicien, j'y vais de mon explication simpliste

Les modes transverses c'est comment la puissance est repartie dans ton faisceau laser ... imagines que ton faisceau laser soit une baguette de pain et que tu coupes une tranche de pain. Ta tranche de pain, elle peut etre ronde mais elle peut aussi être ovale ou peut etre même difforme.. et la mie de pain peut être repartie de différentes manières à l'interrieur de la tranche...

Si tu prends une "tranche" lumière de ton rayon laser, c'est la meme chose. Déjà, ton faisceau peut etre rond, ovale ou... ce que tu veux.
Ensuite, la mie de ton pain, c'est la puissance de ton laser dans le faisceau... Dans le cas d'un tem00 gaussien, le max de puissance est au centre et plus tu t'éloignes, dans tout les axes, plus la puissance diminue.
Si tu fais une mesure de puissance, en partant d'un bord, passant pas le milieu puis le bord opposé de ta "tranche de rayon laser", la courbe de puissance "idéale" c'est une gausienne: Ta courbe de puissance resemble à une cloche dans tout les axes
Mais tout les lasers sont pas comme cela ...
Tu peux avoir "rien" au centre de ton faisceau, rien dans les bords mais à mi chemin entre le bords et le centre, tu as un pic de puissance..
Tu peux aussi immaginer que la puissance est décallée à gauche de ton rayon laser: Tu "prends" ta tranche de lumière et tu la "poses" sur la table...
Horizontallement tu vas voir une coube de puissance genre une pente desendante de gauche à droite et verticallement une courbe qui ressemble à une cloche....

Regardes le lien de Bouli, les deux images noirs. Le faisceau en haut à gauche est "proche" gaussien, les autres sont des exemples possibles qui vont dépendre du type de lasers, des réglages, de la puissance, de ... enfin de beaucoup de chose...que je sais pas...

Comment on mesure ? grossièrement, si ton laser est assez (mais pas trop) puissant, tu peux utiliser du papier, spécial ou non. Tu envoyes ton laser dans le papier et suivant comme il est brulé, tu pourras avoir une premère idée grossière de comment est repartie l'energie mais si tu veux réellement mesurer, il existe des cameras spéciales: Tu tires avec ton laser dans cette camera. Généralement cette camera est reliée à un pc qui t'affiche sous forme d'un image et même calcule la repartition d'energie.

Tu peux regarder par exemple ici: http://www.gentec-eo.com/fr/produits...faisceau.5.htm

Il faut tout de même bien faire attention aux limites d'utilisation parcequ'un laser, cela met pas longtemps pour détruire une camera mal utilisée et comme ce genre de camera c'est pas gratuit...

Voila... j'espère que ma tranche pain ne t'a pas effrayée

[invite204ce29c]

Merci à tous!

Je vais regarder tt ça et essayer de comprendre!!!

Merci encore
Marie

[invitef687e85b]

Bonjour,
je suis tout neuf. Mais j'ai aussi un probleme avec le mode du laser.
Si j'ai bien compris( ce qui m'etonnerai ), le mode laser correspond à la fréquence du faisceau laser ( ou ca longueur d'onde ) par exemple 1.06 pour le YAG?

merci pour votre réponse

[invite30d411fd]

Les modes longitudinaux oui. En fait ces modes sont très proches et dépendent de la longueur de cavité variable suivant le laser, "1.06µm" c'est la longueur d'onde moyenne des lasers YAG.

Les modes transverses, eux, décrivent plutôt la répartition d'intensité dans le faisceau.

Ne pas confondre les deux...

[invitef687e85b]

j'ai encore une question. l'étalon que l'on utulise pour rendre monomode un laser c'est quoi exactement?

Merci pour la réponse d'avant.

[invitea3eb043e]

j'ai encore une question. l'étalon que l'on utulise pour rendre monomode un laser c'est quoi exactement?

Une cavité d'interféromètre de Fabry Perot. En pratique une lame de verre aux faces bien parallèles et traitée de manière à être réfléchissante pour la longueur d'onde du laser. Seules quelques étroites bandes de fréquences passent mais une seule bande tombe dans le domaine amplifiable.

[invitef687e85b]

Alors là je comprend plus rien!!!!
Je pensais que la cavité raisonnante(avec ses deux miroirs ) était considéré comme une cavité fabry Perot!!! Et que justement l'etalon permettant ( en gros ) de choisir une seule onde laser??
Je condfonc les deux ou pas?

Merci pour ses réponses rapides

[invite30d411fd]

La cavité laser est longue donc les modes longitudinaux sont serrés et plusieurs de ces modes peuvent être amplifiés, dans ce cas le laser est multimode. Il faut ajouter divers éléments sélectifs pour le rendre monomode, un Fabry-Perot avec une faible distance entre les miroirs par exemple.

Il y a tellement de lasers différents qu'il est difficile de faire des généralités.

[invitea3eb043e]

Eh bien oui, il y a bien 2 Fabry Perot l'un dans l'autre, mais ils n'ont pas du tout la même épaisseur, donc pas le même écartement de mode.
C'est comme un peigne : plus la cavité est longue, plus les fréquences possibles sont proches. Celles qui tombent dans la bande d'amplification vont fonctionner.
Si on met en coïncidence 2 peignes, l'un avec des dents rapprochées, l'autre avec des dents plus éloignées et que 2 dents coïncident, c'est ce mode-là qui fonctionnera, tout seul.
On peut jouer un peu sur l'inclinaison de l'étalon pour ajuste la fréquence.