Fonctionnement du laser

[Minialoe67]

Bonjour

Je ne comprend pas très bien le fonctionnement du laser.

Suite à l'inversement de population, on a de l'émission stimulée. La différence d'énergie entre les 2 niveaux au moment de cette émission donne la longueur d'onde du faisceau lumineux.
Pour le laser He-Ne c'est 632,8 nm (rouge) = une seule raie.

Mais après, comme on a l'effet Doppler, cette raie s'élargit. J'ai pas compris pourquoi on a l'effet Doppler: parce que les électrons dans la cavité bougent, et les photons aussi, donc ils sont en mouvement relatif? C'est pas clair...

La largeur Doppler est d'environ 1400 MHz.
Dan cette largeur, on peut avoir différents modes de résonance = les modes longitudinaux. Ils sont séparés de la fréquence c/2L (longueur de la cavité = L). Ca correspond à l'indice spectral libre.

Quand on place un Fabry Perot dans le montage, on peut observer ces modes. (Son indice spectral libre c'est c/4L.)
Je ne comprend pas du tout à quoi sert un Fabry Perot en fait... Comment, en l'insérant dans un montage, on peut observer ces modes? Je ne vois pas le lien...

Si vous avez des réponses, des commentaires... je serai très intéressée.
Merci beaucoup
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[invite6dffde4c]

Bonjour.
Les deux niveaux d’énergie sont ceux d’un atome. Et cet atome est en mouvement à cause de l’agitation thermique. Donc, la fréquence (et donc, la longueur d’onde) de la lumière émisse subit l’effet Doppler de la source en mouvement

Une cavité Fabry-Perot, renforce les longueurs d’onde dont la distance des réflexions sur les deux faces correspondent à un nombre entier de longueurs d’onde. Les autres longueurs sont fortement atténuées.
Quand la longueur (en longueurs d’onde de la cavité Fabry-Perot est grande, la séparation entre les longueur d’onde renforcées est petite. À l’inverse, si la longueur de la cavité est faible, les longueurs d’onde renforcées sont éloignées.
La cavité du laser lui-même peut être vue comme une cavité Fabry-Perot. Mais la distance entre les mirroirs est très grande et les longueur d’onde favorisées se trouvent très proches les unes des autres. Dans la largeur de raie que vous donnez, il y a des dizaines des longueurs d’onde favorisées.
L’astuce est de mettre une deuxième cavité Fabry-Perrot dans le parcours du faisceau, dans la cavité même du laser. Mais cette fois de faible longueur pour qu’une seule longueur d’onde soit favorisée à l’intérieur de la largeur due au Doppler.
Au revoir.

[maxwellien]

Bonjour,

Mais après, comme on a l'effet Doppler, cette raie s'élargit.

Si la raie s'élargit c'est parce que les photons sont émits de façon aléatoire avec des phases différentes.(cohérence temporelle).
On a donc à l'emission un paquet d'onde centré sur la valeur centrale de la fréquence liée à la différence d'nrj entre 2 niveaux (source quasimonochromatique).

[coussin]

Le mélange d'hélium néon dont il s'agit ici est un gaz. Les molécules d'un gaz bougent très vite, d'où le Doppler.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Minialoe67]

Merci pour toutes vos réponses

Une cavité Fabry-Perot, renforce les longueurs d’onde dont la distance des réflexions sur les deux faces correspondent à un nombre entier de longueurs d’onde. Les autres longueurs sont fortement atténuées.

Dans mon cas, le faisceau laser est rouge (= une seule longueur d'onde). C'est donc forcément cette longueur d'onde qui est renforcée?

Quand la longueur (en longueurs d’onde de la cavité Fabry-Perot est grande, la séparation entre les longueur d’onde renforcées est petite. À l’inverse, si la longueur de la cavité est faible, les longueurs d’onde renforcées sont éloignées.

C'est dû à Delta nu =indice spectral libre (ISL)= c/2L je suppose, non ? (avec nu la fréquence)

En fait j'avais une question:
quand on envoie un faisceau laser dans un fabry perot (qui est guidée par une rampe de tension), on a 2 ISL différents? Celui entre les modes longitudinaux, et celui entre les différents petits pics autour de ces modes?

[invite6dffde4c]

Bonjour.

Dans mon cas, le faisceau laser est rouge (= une seule longueur d'onde). C'est donc forcément cette longueur d'onde qui est renforcée?

Le fait que le faisceau soit rouge n’implique pas qu’il y ait une seule longueur d’onde. Il y a un intervalle de longueurs d’onde qui sont rouges.
Pensez-vous que les pointeurs laser à 2 € aient une seule longueur d’onde ?

C'est dû à Delta nu =indice spectral libre (ISL)= c/2L je suppose, non ? (avec nu la fréquence)

Je n’ai jamais étudié les lasers. Je ne connaissais pas l’ISL. Mais un phénomène physique n’est pas dû à un nombre ou à une définition. C’est plutôt l’inverse.

En fait j'avais une question:
quand on envoie un faisceau laser dans un fabry perot (qui est guidée par une rampe de tension), on a 2 ISL différents? Celui entre les modes longitudinaux, et celui entre les différents petits pics autour de ces modes?

Je ne sais pas à quoi correspond l’ISL « entre les différents petits pics… »
À moins qu’il ne s’agisse de celui du laser lui-même et de celui de la cavité Fabry-Pérot, comme je vous ai expliqué.
Au revoir.