Présentation de l’« âme » des lasers à semi-conducteurs

Présentation de l’« âme » des lasers à semi-conducteurs

Grand publiclaser à semi-conducteursmatériels

Le cœur de tout laser est le fluide de travail, et le fluide de travail d'un laser à semi-conducteurs.laserIl s'agit essentiellement d'un matériau solide. La plupart des milieux laser à l'état solide sont composés de matrices cristallines et d'atomes ou d'ions dopés présentant une activité laser, tandis que les matrices amorphes (verre) sont relativement rares. Les dernières avancées en matière de techniques de fabrication de céramiques devraient considérablement élargir le champ d'application des matériaux laser économiques et performants, qui peuvent être produits dans des dimensions bien supérieures à celles des matériaux cristallins.

Matériaux laser à semi-conducteurs de base couramment utilisés

Rubis : Sa composition chimique est de l’oxyde d’aluminium dopé au chrome (Cr:Al₂O₃). Les rubis artificiels ont une composition chimique similaire à celle des rubis de qualité gemme, mais ils sont d’une pureté et d’une qualité supérieures. Ils sont roses et leur longueur d’onde laser est de 694,3 nanomètres.

2. Grenat d'yttrium et d'aluminium dopé au néodyme (Nd:YAG) : Cristal artificiel émettant un laser d'une longueur d'onde de 1064 nanomètres, appartenant au domaine du proche infrarouge. Ce laser est totalement invisible et sans danger pour les yeux. Le Nd:YAG est actuellement le matériau laser à l'état solide le plus utilisé, surpassant largement le rubis. Ceci s'explique principalement par son seuil laser plus bas, permettant d'atteindre une énergie de sortie plus élevée pour une même énergie d'entrée.

3. Le vanadate d'yttrium dopé au néodyme (Nd:YVO₄), souvent appelé simplement « vanadate », est devenu le matériau de prédilection pour les lasers à semi-conducteurs pompés par diodes de faible à moyenne puissance (jusqu'à quelques watts) grâce à sa section efficace d'émission stimulée élevée, son faible seuil laser et ses caractéristiques de polarisation. Ses longueurs d'onde de fonctionnement sont de 1064 nm et 1340 nm, et après doublage de fréquence, il peut émettre des lasers à des longueurs d'onde de 532 nm et 670 nm.

4. Verre dopé au néodyme (verre Nd) : Utilisant un verre amorphe comme matrice, ses propriétés laser sont similaires à celles du Nd:YAG. Son principal inconvénient réside dans sa faible conductivité thermique, seulement 1/10 de celle d'un cristal, ce qui rend son refroidissement difficile pour les applications de haute puissance. Cependant, son avantage est qu'il peut être utilisé pour fabriquer des milieux laser de plus de 30 cm de diamètre, permettant un contrôle efficace de la densité d'énergie et évitant ainsi d'endommager les composants optiques à des énergies de l'ordre du kilojoule.laser pulséet ayant un coût relativement faible.

Parmi les autres matériaux importants pour lasers à l'état solide, on trouve les matériaux dopés à l'erbium : notamment le grenat d'yttrium-aluminium dopé à l'erbium (Er:YAG, longueur d'onde d'émission : 2 940 nm) et le verre dopé à l'erbium (Er:verre, longueur d'onde d'émission : 1 540 nm). On peut également citer les matériaux dopés à l'holmium : notamment le grenat d'yttrium-aluminium dopé à l'holmium (Ho:YAG), le fluorure de lithium-yttrium dopé à l'holmium (Ho:YLF) et le verre dopé à l'holmium (Ho:verre, longueur d'onde d'émission : 2 000 à 2 100 nm). Matériaux dopés au thulium : notamment le grenat d’yttrium et d’aluminium dopé au thulium (Tm:YAG), le grenat de lutétium et d’aluminium dopé au thulium (Tm:LuAG) et le fluorure de lithium et d’yttrium co-dopé au thulium et à l’holmium (Tm,Ho:YLF, longueur d’onde d’émission : 2 000 à 2 030 nm). Matériaux dopés à l’ytterbium : par exemple, le tungstate de potassium et de gadolinium dopé à l’ytterbium (Yb:KGW, longueur d’onde d’émission : 1 025 à 1 045 nm). Alexandrite (longueur d’onde d’émission : 655 à 815 nm). Saphir dopé au titane (Ti:Saphir, longueur d’onde d’émission : 840 à 1 100 nm).