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laser femtoseconde et pompage optique

Publié : 30 Août 2011, 14:15
par ecolami
Bonjour,
On sait obtenir des faisceux lasers ultra-brefs de l'ordre de la femtoseconde mais j'ai du mal à comprendre comment le pompage optique a le temps de s'exercer pour créer le faisceau laser.
Question subsidaire: en émettant durant un temps suffisamment bref de la lumière peut-on obtenir un faisceau cohérent?

Re: laser femtoseconde et pompage optique

Publié : 30 Août 2011, 17:13
par Paradox
Bonjour,

Pour descendre jusqu'à la nanoseconde, on peut utiliser un laser à Q-switch où l'on modifie les pertes intra-cavité pour obtenir une impulsion.

Pour atteindre la femtoseconde, on utilise une autre méthode qui est le verrouillage de mode. Une cavité laser se comporte comme un interféromètre de Fabry-Pérot, avec ses deux miroirs se faisant face. L'interféromètre crée une discrétisation du faisceau, qui est donc une somme de radiations quasi-monochromatiques (du fait de la finesse très élevée de cet interféromètre).
Ces différentes fréquences sont les modes de la cavité.

Ces différentes radiations émises n'ont a priori aucun lien de phase entre elles. Si l'on arrive à fixer la phase entre elles, alors on pourra avoir des interférences. C'est le verrouillage de mode. En verrouillant entre eux de nombreux modes, on obtiendra périodiquement une impulsion laser de courte durée.

Voilà le résultat que j'ai obtenu pour 15 modes de même amplitude :
Image

Plus le nombre de modes est important, plus la finesse de cette impulsion sera élevée, et le bruit de fond faible.

Pour créer le verrouillage on utilise une modulation du signal. En utilisant un modulateur acousto-optique, on peut réaliser de la modulation d'amplitude.
Si l'on a un signal de modulation de fréquence f et un mode de fréquence ν, on aura des bandes latérales de fréquence v-f et v+f.

Si l'on fait coincider f et Δν (la différence de fréquence entre deux modes de la cavité), on va donc créer deux nouveaux modes en phase, qui pourront à leur tour être modulés pour obtenir deux nouveaux modes v+2f et v-2f etc. et ainsi obtenir les interférences souhaitées.
Le laser étant au départ multimode, ce phénomène a lieu pour chacun des modes initialement émis, ce qui crée un bruit de fond (du fait qu'il ne sont pas en phase entre eux).

Le pompage a donc lieu normalement, c'est la cavité qui va créer par interférences le faisceau femtoseconde.

Il existe d'autres méthodes (modulation en fréquence ou modulation passive), mais je ne les connais pas assez pour en parler.


Pour ta deuxième question, si tu as une source ponctuelle et monochromatique et si tu arrives à "couper" un faisceau lumineux sur une durée inférieure au temps de cohérence de la source et que tu coupes au bon endroit, tu devrais à mon avis obtenir en sortie un train d'ondes cohérent. Mais le problème majeur, c'est qu'on ne sait pas quand couper :-/

Re: laser femtoseconde et pompage optique

Publié : 30 Août 2011, 18:23
par ecolami
Bonsoir,
:+1: Merci pour ces explications claires et détaillées!