I.
LES OSCILLATEURS ET LES RÉSONATEURS OPTIQUES
1. Les cavités de Fabry - Perot . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
a.
Des oscillateurs optiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . .
b.
Des résonateurs optiques de grande finesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2. Comparaison des propriétés des cavités de Fabry -
Perot à
miroirs plans, et à miroirs sphériques; condition de
stabilité . . . . . . . . . . .
a.
Position du problème . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
b.
Existence des modes de la cavité; condition de stabilité . . . . . .
. . . . . . .
3.
Cavités en anneau ; gyrolasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . .
II. L’ENTRETIEN DES OSCILLATIONS
PAR AMPLIFICATION DE LUMIÈRE ; EFFET L.A.S.E.R.
1.
Méthode d’étude des modes d’oscillations auto-entretenues . .
. . . . . . . . . .
2.
Double condition d’accrochage des oscillations auto-entretenues . . . . . . .
3. Analogie avec la condition d’auto-oscillation
d’un
système bouclé en régime stationnaire . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
4.
Sélection des fréquences d’auto-oscillation ;
origine de la grande finesse spectrale du rayonnement
laser . . . . . . . . . . . .
5.
Explication microscopique de l’entretien des oscillations . . . . . . . . . . . . .
a.
Étude des mécanismes d’interaction rayonnement-matière
par les
coefficients de probabilité d’Einstein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
b.
Différence entre émission spontanée et émission induite . . . .
. . . . . . . . .
c.
Absorption de la lumière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
d. Saturation de l’absorption . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
e.
Amplification de la lumière et inversion de population . . . . . . . . . . . . . .
f.
Inversion de population minimale pour l’accrochage des oscillations . . .
g.
Saturation de l’amplification en régime permanent . . . . . . . . . . . . . . . . .
6. Complément: étude dynamique des lasers . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
a.
Équations d’évolution d’un laser monomode de classe B . . . . .
. . . . . . .
b.
Stabilité des régimes permanents d’un laser monomode de classe B . . .
c.
Démarrage d’un laser de classe A ;
exemple d’élimination adiabatique
d’une variable rapide . . . . . . . . . . .
d.
Existence du chaos déterministe dans les lasers de classe C . . .
. . . . . . .
7. Explication macroscopique de l’amplification de lumière
;
indice complexe, forces d’oscillateur, effets non
linéaires . . . . . . . . . . . . .
III. LE POMPAGE
1. Approche générale ; populations en régime
stationnaire . . . . . . . . . . . . . . .
a.
Système à deux niveaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
b.
Système à trois niveaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
c.
Système à quatre niveaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . .
d.
Un cas particulier: l’émission super-radiante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
e.
Pompage entre deux niveaux correspondant à une transition en rayons X
2.
Techniques de pompage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
a.
Décharges électriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
b.
Excitation électronique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
c.
Collisions atomiques de deuxième espèce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
d.
Ionisation par effet Penning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . .
e.
Excitation optique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
f.
Dissociation des molécules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . .
g.
Réactions chimiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
h.
Expansions de gaz supersoniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
i.
Pompage nucléaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
j.
Pompage de plasmas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
3. Bilan énergétique d’un laser en régime
stationnaire ; rendement . . . . . . . . .
IV. LES CARACTÉRISTIQUES DU RAYONNEMENT LASER
ET LEURS
APPLICATIONS
1. Directivité et cohérence spatiale . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
a.
Relation entre directivité et cohérence spatiale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
b.
Conséquences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
2.
Durée de l’émission lumineuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. .
3.
Puissance et éclairement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
4.
Finesse spectrale et cohérence temporelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
a.
Présentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
b.
Explication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
c.
Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
d.
Mesure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
e.
Exemples d’utilisations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
5.
Polarisation d’un laser monomode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
V.
EFFETS PERTURBATEURS ; AMÉLIORATIONS
1.
Déphasages à la réflexion sur les miroirs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.
Dispersion du milieu amplificateur; tirage de fréquence . . . . . . . . . . . . . . .
3.
Anomalie de phase dans les faisceaux gaussiens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.
Pertes par diffraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
5.
Existence de modes transverses d’ordre supérieur ;
sélection de ces modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
6.
Pertes par transmission au travers du miroir de sortie;
optimisation de la
puissance du faisceau laser émergent . . . . . . . . . . . . . . .
7. Effet Doppler, élargissement inhomogène,
possibilité
de fonctionnement multimode d’un laser . . . . . . . . . . . . . . .
. . .
8.
Compétition de modes longitudinaux et leur défilement . . . . . . . . . . . . . . .
9. Sélection et stabilisation des modes longitudinaux
d’un laser . . . . . . . . . . .
10. Lamb dmp, et Lamb dip inverse ;
application à la
stabilisation en fréquence d’un laser . . . . . . . . . . . . .
. . .
VI. DIFFÉRENTS TYPES DE LASERS. OSCILLATEURS
PARAMÉTRIQUES OPTIQUES. LASERS ET MA SERS NATURELS
1. Types de lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
a.
Lasers a solide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
b.
Lasers à gaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
c. Lasers à excimères ou à exciplexes . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
d. Lasers chimiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
e. Lasers à liquides ou à colorants . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
f. Lasers à centres colorés . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
g. Lasers à semi-conducteurs . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
h. Lasers à émission Raman stimulée . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
i. Lasers Raman à retournement de spin . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
j. Lasers à électrons libres . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
k.
Lasers a plasmas (rayons
X) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. .
2. Oscillateurs paramétriques optiques . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3. Masers et lasers naturels . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
BIBLIOGRAPHIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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INDEX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
