Descriptif
Les lasers sont l'une des clef de la photonique. Il est important pour un ingénieur SupOptique d'en connaître les principes et de savoir s'en servir. Le cours est conçu pour donner une grille de lecture permettant de s'orienter dans le monde des lasers : une bonne connaissance des principes physiques et des points de repère technologiques.
Les cours sont illustrés par une pédagogie active avec des études de cas.
Objectifs pédagogiques
A l’issue de cet enseignement, les élèves sont capables de s'orienter dans le monde des lasers avec une bonne connaissance des principes physiques et des points de repère technologiques. Pour cela, les élèves devront être capables de :
- Maîtriser les grandeurs caractéristiques des lasers : forme de raie, temps de vie, section efficace, inversion de population, gain, efficacité, seuil, plan de waist, divergence, longueur de Rayleigh, modes longitudinaux,
- Décrire les systèmes à 2-3-4 niveaux, les régimes impulsionnels caractéristiques (régime de déclenchement par le gain, régime de déclenchement par les pertes, régime de synchronisation des modes en phase) et les conditions de stabilité d'une cavité
- Calculer analytiquement et numériquement les grandeurs caractéristiques des lasers : densités de population sur des systèmes spectroscopiques à plusieurs niveaux, gain d'un milieu laser, puissance de sortie d'un laser, paramètres d'un laser en régime impulsionnel : énergie, durée, cadence, zones de stabilité d'une cavité, taille d'un faisceau gaussien après propagation
- Formuler les notions clef intervenant dans les lasers : notion de saturation, conditions d'oscillation, compétition entre les différentes émissions, relation entre les populations d'atome et le nombre de photons, propagation d'un faisceau gaussien
- Répondre aux questions fondamentales qui permettent la mise en oeuvre de lasers :
- Comment réaliser un amplificateur laser à partir d'un système spectroscopique? Comment réaliser un oscillateur laser? Comment contrôler la fréquence d'un laser? Comment réaliser un laser impulsionnel? Comment manipuler le faisceau d'un laser (spatialement)?
- Comprendre une fiche de spécification d'un laser,
- Lire un schémas optique comprenant des sources laser
- Faire de la veille sur les sources laser
- Concevoir des sources lasers
Pour les étudiants du diplôme Diplôme d'ingénieur de l'Institut d'Optique Théorique et Appliquée
Pas de pré-requis spécifique
Format des notes
Numérique sur 20Pour les étudiants du diplôme Diplôme d'ingénieur de l'Institut d'Optique Théorique et Appliquée
Vos modalités d'acquisition :
L'évaluation du cours est en deux parties :
- QCM sur le cours (50%)
- Etude de cas (50% au total) avec 25% pour le travail de préparation de l'étude et 25% pour la présentation orale du cas
Le rattrapage est autorisé (Note de rattrapage conservée écrêtée à une note seuil de 12)- le rattrapage est obligatoire si :
- Note initiale < 6
Le coefficient de l'UE est : 30
Programme détaillé
I - ATOMES ET PHOTONS
1) Absorption, émission spontanée, émission stimulée
2) Elargissement spectral : formes de raie
3) Sections efficaces
4) Équations de débit, systèmes à 2, 3 et 4 niveaux
II - AMPLIFICATION OPTIQUE
1) Intensité en sortie d’un milieu amplificateur
2) Etude du gain en fonction de la fréquence
Etudes de cas : inversion de population sur des systèmes spectroscopique, amplificateur de lumière
III - L'OSCILLATEUR LASER
1) Conditions d'oscillation
2) Intensité en sortie d'oscillateur
3) Cas des cavités linéaires
4) Spectre de l'oscillateur laser
IV - LASERS IMPULSIONNELS
1) Régimes transitoires, régime déclenché
2) Synchronisation des modes en phase
Etudes de cas : oscillateurs lasers continus et impulsionnels
V - OPTIQUE DES LASERS
1) L’onde sphérico-gaussienne, matrices ABCD et loi ABCD
2) Cavités stables
4) Modes d'ordre supérieurs
Etude de cas : propagation de faisceaux gaussiens en espace libre et conditions de stabilité d'une cavité laser
VI - SECURITE LASER