Les lasers à mode bloqué sont alimentés par deux méthodes principales : le pompage en onde continue (CW) ou le pompage pulsé. Le choix de la source de pompage dicte fondamentalement les caractéristiques opérationnelles du laser, en particulier son taux de répétition des impulsions.
La méthode de pompage n'est que la moitié de l'équation ; l'atteinte d'objectifs de performance spécifiques nécessite de faire correspondre la source de pompage avec la bonne géométrie de résonateur et le bon gain laser.
Mécanismes de pompage
Pompage continu vs. pulsé
Selon les principes de fonctionnement standard, les lasers à mode bloqué peuvent être alimentés par une source d'énergie constante (continue) ou par des rafales d'énergie intermittentes (pulsées).
Utilisation de lampes flash
Pour le pompage pulsé, les lampes flash sont une source d'excitation courante.
Elles sont particulièrement efficaces lorsque l'application nécessite des taux de répétition d'impulsions faibles. En pulsant la source de pompage elle-même, le système peut être synchronisé avec le mécanisme de mode bloqué pour optimiser le stockage et la libération d'énergie.
Atteindre des performances d'impulsion optimales
L'exigence d'impulsions courtes
Les lasers à mode bloqué, tels que le Nd:YAG, le rubis et l'alexandrite, sont prisés pour générer des impulsions dans la gamme des nanosecondes ($10^{-9}$ secondes).
Pour atteindre ces durées extrêmement courtes, le système nécessite deux attributs physiques spécifiques : un résonateur laser court et un gain laser élevé.
Lasers Microchip
Les lasers microchip illustrent la relation entre la taille et la durée de l'impulsion.
Parce qu'ils utilisent des résonateurs extrêmement courts, ils sont capables de produire les impulsions les plus courtes possibles. Cependant, cette géométrie compacte les limite généralement à la génération de niveaux d'énergie modérés.
Systèmes compacts pompés en bout
Pour les applications nécessitant un équilibre entre vitesse et puissance, les lasers à état solide compacts pompés en bout sont souvent le choix supérieur.
Leur conception facilite un gain plus élevé, leur permettant de combiner de courtes durées d'impulsion (quelques nanosecondes) avec des énergies d'impulsion dans la gamme des millijoules.
Comprendre les compromis
Les limitations des lasers à disque mince
Il est essentiel de comprendre qu'une énergie d'impulsion élevée ne garantit pas automatiquement une courte durée d'impulsion.
Les lasers à disque mince servent d'exemple principal de cette limitation. Bien qu'ils permettent des énergies d'impulsion très élevées, leur gain relativement faible les rend inadaptés à la génération d'impulsions très courtes.
Faire le bon choix pour votre objectif
La sélection de la configuration à mode bloqué correcte dépend entièrement du paramètre – durée de l'impulsion ou énergie – qui est le plus critique pour votre application.
- Si votre objectif principal est une durée d'impulsion extrêmement courte : Privilégiez les lasers microchip pour tirer parti de leur géométrie de résonateur courte, en acceptant des niveaux d'énergie modérés.
- Si votre objectif principal est un équilibre entre impulsions courtes et puissance plus élevée : Optez pour des lasers à état solide compacts pompés en bout, qui utilisent un gain élevé pour fournir une énergie de niveau millijoule avec un chronométrage nanoseconde.
- Si votre objectif principal est des taux de répétition d'impulsions faibles : Utilisez des sources de pompage pulsées, telles que des lampes flash, qui sont spécifiquement optimisées pour cette cadence opérationnelle.
En alignant la méthode de pompage avec les contraintes physiques du milieu amplificateur, vous assurez que le laser fonctionne exactement comme requis.
Tableau récapitulatif :
| Méthode de pompage | Source principale | Taux de répétition idéal | Avantage clé |
|---|---|---|---|
| Onde continue (CW) | Diodes laser | Taux de répétition élevés | Approvisionnement énergétique stable et constant |
| Pompage pulsé | Lampes flash | Taux de répétition faibles | Stockage d'énergie élevé pour les impulsions uniques |
| Pompé en bout | Systèmes de diodes compacts | Moyen à élevé | Gain élevé et énergie de niveau millijoule |
| Conception Microchip | Diodes intégrées | Variable | Impulsions nanosecondes les plus courtes possibles |
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