Caractéristiques principales du milieu de gain laser

Quelles sont les principales caractéristiques des supports de gain laser ?

Le milieu de gain laser, également appelé substance active laser, désigne le système matériel utilisé pour réaliser l'inversion de la population de particules et générer un rayonnement stimulé afin d'amplifier la lumière. Il s'agit du composant central du laser, contenant un grand nombre d'atomes ou de molécules. Sous l'effet d'une énergie externe, ces atomes ou molécules peuvent passer à l'état excité et, grâce au rayonnement excité, libérer des photons, formant ainsi unlumière laserLe milieu de gain laser peut être un matériau solide, liquide, gazeux ou semi-conducteur.
Dans les lasers à solide, les milieux amplificateurs couramment utilisés sont des cristaux dopés aux ions de terres rares ou de métaux de transition, tels que les cristaux Nd:YAG, Nd:YVO4, etc. Dans les lasers à liquide, des colorants organiques sont souvent utilisés comme milieux amplificateurs. Les lasers à gaz utilisent un gaz comme milieu amplificateur, comme le dioxyde de carbone (les lasers à dioxyde de carbone) et l'hélium et le néon (les lasers hélium-néon).Lasers à semi-conducteursutiliser des matériaux semi-conducteurs comme milieu de gain, tels que l'arséniure de gallium (GaAs).
Les principales caractéristiques du milieu de gain laser comprennent :
Structure des niveaux d'énergie : Les atomes ou molécules du milieu amplificateur doivent présenter une structure de niveaux d'énergie adaptée pour permettre une inversion de population sous l'effet d'une énergie externe. Cela signifie généralement que la différence d'énergie entre les niveaux d'énergie supérieurs et inférieurs doit correspondre à l'énergie des photons d'une longueur d'onde donnée.

Propriétés de transition : Les atomes ou molécules dans des états excités doivent posséder des propriétés de transition stables pour libérer des photons cohérents lors d'un rayonnement excité. Cela nécessite un milieu à gain présentant un rendement quantique élevé et de faibles pertes.
Stabilité thermique et résistance mécanique : Dans les applications pratiques, le milieu de gain doit résister à une lumière de pompage et à une sortie laser de haute puissance, il doit donc avoir une bonne stabilité thermique et une bonne résistance mécanique.
Qualité optique : La qualité optique du milieu de gain est essentielle aux performances du laser. Il doit présenter une transmittance lumineuse élevée et une faible perte par diffusion pour garantir la qualité et la stabilité du faisceau laser. Le choix du milieu de gain laser dépend des exigences de l'application.laser, longueur d'onde de travail, puissance de sortie et autres facteurs. L'optimisation du matériau et de la structure du milieu de gain permet d'améliorer encore les performances et l'efficacité du laser.