Physique des Lasers

Ce cours s’adresse aux étudiants de niveau Master souhaitant acquérir de bonne base sur le fonctionnement des lasers en général. L’ensemble des lasers est abordé, ceux de la vie du quotidien (lecteur dvd, pointeur…), ceux de l’industrie (soudure IR, impulsions nanoseconde), ceux des laboratoires et de la haute technologie (accordable, ultra-stable, impulsion femtoseconde).

Suite à une introduction générale, on s'attache à décrire les milieux atomiques et les grandeurs d'intérêt qui s’y rattachent, ainsi que l’interaction de ceux-ci avec la lumière selon la description phénoménologique introduite par A/ Einstein en 1017.  Ceci permet de formaliser le phénomène d’amplification de lumière à la traversée d’un « milieu amplificateur », à la base de l’effet LASER (Light Amplification by Stimulated Emission Radiation). Les résonateurs optiques, responsable de la rétroaction dans le milieu de gain, sont ensuite discutés. Le formalisme donnant accès à leur stabilité est introduit, ainsi que la base des modes de propagation de la lumière en leur sein : la base des modes gaussiens. Les formalismes respectifs des milieux amplificateurs et des résonateur optique sont associés pour conduire aux équations du Laser. Leur traitement permet de discuter les conditions d’oscillation du régime d’émission continue de lumière, le régime d’impulsion, les dynamiques propres selon les temps caractéristiques du système. Les considérations de dépendance spectrale conduisent à discuter les fonctionnements mono- ou multi-fréquences et les stratégies rencontrées pour les lasers accordables. Les lasers ultra-stables sont discutés dans ce contexte. S’en suit un chapitre d’ouverture sur les lasers femtoseconde et les peignes de fréquence, outil révolutionnaire de métrologie du temps et des fréquences. Enfin, une revue technique des lasers les plus souvent rencontrés vient clore ce cours Laser.

Ce cours a lieu sous forme de Cours Magistraux (CM) présentant les concepts et les formalismes, pris en main au travers de séances de Travaux Dirigés (TD). L’évaluation se fait sous la forme d’un examen écrit.