Différents type de laser

Lasers à solides:Les lasers à solide utilisent des verres ou des cristaux comme milieu actif. Le milieu actif se présente sous forme de tige dont les extrémités sont parfaitement parallèles et ont été recouvertes d’un matériau réfléchissant. De tous les lasers, ce sont ceux qui fournissent la plus grande puissance utile et sont généralement utilisés dans un mode à impulsions. Les lasers à solide fonctionnent généralement grâce à un pompage optique, que ce soit par la lumière émise par une lampe à décharge ou par un autre laser 30000mW. Les lasers à solide couvrent une grande partie du spectre électromagnétique, de l’infrarouge à l’ultraviolet. Un désavantage des lasers à solide est que le milieu actif s’ endommage si sa température devient trop élevée. Les défauts qui sont ainsi créés nuisent à la qualité du faisceau laser. C’est d’ailleurs pour cette raison que les lasers à solide fonctionnent généralement en mode à impulsions, ce qui permet de ménager le matériau.

Lasers à semi-conducteurs:Le mode d’émission du rayonnement laser dans un matériau semi-conducteur est différent de celui décrit précédemment. Dans un cristal, les énergies permises pour les électrons sont sous forme de bandes, plutôt que sous forme de niveaux discrets bien séparés les uns des autres, comme c’est le cas pour des atomes seuls. Pour un semi-conducteur, les deux dernières bandes sont celles qui joueront un rôle dans l’émission laser. À température normale, une petite portion des électrons de la bande de valence a assez d’énergie pour passer à la bande de conduction, ce qui permet à un courant électrique de circuler dans le matériau.

Lasers à gaz:Comme son nom l’indique, le milieu actif de ce type de laser est un gaz, pur ou en mélange. Le milieu est habituellement excité par une décharge électrique, mais le pompage peut aussi être optique. Les lasers de ce type sont d’une efficacité moyenne, d’une directivité du faisceau exceptionnelle et d’une puissance variable. Le laser de réglage à gaz le plus connu est certainement le laser à dioxyde de carbone (CO2). Il est surtout reconnu pour sa forte puissance (1 W à 1 kW). Cette caractéristique exceptionnelle lui permet de sectionner un tissu organique et d’empêcher le saignement au cours de la découpe. La cicatrisation se fait alors dans de bonnes conditions suivant le processus naturel. Le milieu actif de ce laser est le plus souvent constitué d’un mélange d’hélium, d’azote et de dioxyde de carbone, mais c’est le CO2 qui produit le rayonnement laser. Il émet à de nombreuses longueurs d’onde dans l’infrarouge mais est surtout utilisé à 9,4 et à 10,4 µm. D’autres gaz moléculaires sont utilisés couramment dans la fabrication de laser : N2, H2, CO et N2O.

L’émission stimulée:L’émission stimulée est le processus inverse de l’absorption, c’est-à-dire que la radiation (soit les photons) reçue par un atome stimule ce dernier à émettre exactement la même sorte de radiation (même longueur d’onde, même phase, même polarisation …). On remarque donc qu’il y a amplification, car il y a davantage de lumière après l’émission qu’avant. Malheureusement, cette amplification de la lumière est largement compensée par l’absorption dans les conditions normales, c’est pourquoi il n’y a pas de pointeur laser vert 10000mW dans la nature en général.

En effet, l’absorption de lumière par un atome fait passer ce dernier à une énergie supérieure, il gagne l’énergie. Alors que l’émission, au contraire, fait passer l’atome d’un état d’énergie supérieur à un état d’énergie inférieur. L’énergie de l’atome s’est transformé en énergie lumineuse.
L’émission stimulée agit donc comme une duplication de la lumière. En répétant de nombreuses fois ce phénomène, il est possible de créer une lumière qui est composée de photons tous identiques, de même couleur, émis en même temps et dans la même direction comme s’ils étaient la copie conforme les uns des autres : c’est la lumière laser.

Les amplificateurs laser:La lumière laser produite par un oscillateur peut, pour certaines applications, être utilisée directement. Mais dans le cas où il est nécessaire d’avoir une puissance beaucoup plus grande, il faut amplifier la lumière laser émise par l’oscillateur dans une série d’amplificateurs. L’amplificateur est constitué d’un milieu laser sans miroirs aux extrémités. Son principe de fonctionnement est le même que celui de l’oscillateur. Les particules du milieu laser sont excitées par une source d’énergie et les photons qui vont traverser l’amplificateur vont produire par réaction en chaîne de nombreux autres photons identiques : la lumière laser 3000mW est amplifiée. Étant donné l’absence de miroirs, les photons ne passent qu’une fois dans le milieu laser. Pour obtenir la puissance recherchée, plusieurs amplificateurs sont placés sur la trajectoire du faisceau laser. Au fur et à mesure de l’augmentation de la puissance, il faudra augmenter le diamètre du faisceau et des amplificateurs afin d’éviter que l’énergie grandissante de la lumière laser ne casse les composants optiques (milieux laser en verre…). Il sera ensuite focalisé par une lentille. La suite constituée de l’oscillateur, des amplificateurs et d’autres composants optiques (miroirs, lentilles…) constitue une chaîne laser.