Principes et types de laser

Principes et types delaser
Qu'est-ce qu'un laser ?
LASER (Amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement) ; Pour mieux comprendre, consultez l'image ci-dessous :

Un atome situé à un niveau d'énergie supérieur passe spontanément à un niveau d'énergie inférieur et émet un photon, un processus appelé rayonnement spontané.
On peut comprendre le phénomène de « popularité » ainsi : une balle au sol est sa position optimale ; lorsqu’une force extérieure la propulse en l’air (on parle alors de pompage), dès que cette force disparaît, la balle retombe d’une grande hauteur et libère une certaine quantité d’énergie. Si la balle est un atome spécifique, alors cet atome émet un photon d’une longueur d’onde spécifique lors de la transition.

Classification des lasers
L'humanité ayant maîtrisé le principe de la génération laser, elle a commencé à développer différentes formes de lasers. Si l'on classe les lasers selon leur matériau de travail, on peut les diviser en lasers à gaz, lasers solides, lasers à semi-conducteurs, etc.
1. Classification des lasers à gaz : atome, molécule, ion ;
Le fluide de travail d'un laser à gaz est un gaz ou une vapeur métallique, ce qui se caractérise par une large gamme de longueurs d'onde d'émission. Le plus courant est le laser CO₂, qui utilise le CO₂ comme fluide de travail pour générer un laser infrarouge de 10,6 µm par excitation d'une décharge électrique.
Comme le laser à gaz utilise un gaz comme fluide de travail, sa structure globale est trop volumineuse et sa longueur d'onde d'émission trop importante, ce qui limite ses performances de traitement des matériaux. C'est pourquoi les lasers à gaz ont rapidement été abandonnés et ne sont plus utilisés que dans des domaines spécifiques, comme le marquage laser de certaines pièces en plastique.
2, laser solideclassification : rubis, Nd:YAG, etc. ;
Le matériau de travail du laser à semi-conducteurs est le rubis, le verre au néodyme, le grenat d'yttrium et d'aluminium (YAG), etc., qui est une petite quantité d'ions uniformément incorporés dans le cristal ou le verre du matériau comme matrice, appelés ions actifs.
Le laser à semi-conducteurs est composé d'un fluide de travail, d'un système de pompage, d'un résonateur et d'un système de refroidissement et de filtrage. Le carré noir au centre de l'image ci-dessous représente un cristal laser, semblable à un verre transparent clair, constitué d'un cristal transparent dopé aux terres rares. La structure particulière de l'atome de terre rare provoque une inversion de population lorsqu'il est éclairé par une source lumineuse (imaginez que de nombreuses billes au sol sont propulsées dans l'air). Lors de cette transition, des photons sont émis. Lorsque le nombre de photons est suffisant, le laser se forme. Afin de garantir que le faisceau laser émis soit dirigé dans une seule direction, des miroirs pleins (lentille de gauche) et des miroirs semi-réfléchissants (lentille de droite) sont utilisés. L'énergie laser est ensuite convertie en énergie par un système optique spécifique.

3, laser à semi-conducteur
En ce qui concerne les lasers à semi-conducteurs, on peut les comprendre simplement comme des photodiodes : une jonction PN est présente dans la diode, et lorsqu'un certain courant est appliqué, une transition électronique se produit dans le semi-conducteur, libérant des photons et produisant ainsi un effet laser. Lorsque l'énergie laser émise par le semi-conducteur est faible, un dispositif semi-conducteur de faible puissance peut être utilisé comme source de pompage (source d'excitation) pour un laser.laser à fibreAinsi se forme le laser à fibre. Si la puissance du laser à semi-conducteur est encore augmentée jusqu'à pouvoir être directement utilisée pour le traitement des matériaux, on obtient un laser à semi-conducteur direct. Actuellement, les lasers à semi-conducteur directs disponibles sur le marché atteignent une puissance de 10 000 watts.

Outre les différents types de lasers mentionnés ci-dessus, on a également inventé les lasers à liquide, aussi appelés lasers à combustible. Plus complexes en termes de volume et de fluide de travail que les lasers à solide, ils sont rarement utilisés.