Les trois principaux composants fonctionnels d'un laser

Les trois principaux composants fonctionnels d'unlasersont la source de pompe, le milieu de gain et la cavité résonante.

La source de pompe fournit la source lumineuse du laser. Le milieu de gain (également connu sous le nom de milieu de travail) absorbe l'énergie fournie par la source de la pompe et amplifie la lumière. La cavité résonante forme le circuit entre la source de la pompe et le milieu de gain, et la cavité résonante oscille dans un mode sélectionné pour produire une lumière laser.

La source de pompe, en tant que source d'énergie, génère des photons pour exciter le milieu de gain. Les photons émis par la source de pompe pompent les particules dans le milieu de gain de l'état fondamental à un niveau d'énergie plus élevé, atteignant l'inversion de la population. Les mécanismes d'excitation comprennent l'excitation optique (pompage optique), l'excitation à décharge de gaz, l'excitation chimique et l'excitation nucléaire. Actuellement, les lasers semi-conducteurs à haute puissance (LDS) sont couramment utilisés comme sources de pompe, principalement pour convertir l'énergie électrique en énergie lumineuse.

Le milieu de gain atteint l'inversion de la population et amplifie la lumière, et détermine également la longueur d'onde du laser de sortie. Les milieux de gain peuvent être des liquides, des gaz ou des solides. Les liquides comprennent des solutions organiques, les gaz comprennent le dioxyde de carbone et les solides comprennent le rubis. L'exigence fondamentale d'un milieu de gain est qu'elle génère des photons sur stimulation plutôt que de convertir la lumière en chaleur. Les particules à l'intérieur doivent être relativement isolées, permettant aux transitions entre les niveaux d'énergie.

Une cavité résonante sert principalement le but de "stocker" et de "purifier" la lumière laser. Une cavité résonante se compose généralement de deux miroirs, mais les coupleurs peuvent également être utilisés pour former divers résonateurs en anneau. Les photons rebondissent entre les miroirs, induisant en continu le rayonnement stimulé dans le milieu de gain et générant une lumière laser de haute intensité. De plus, la cavité résonante garantit que les photons dans la cavité ont une fréquence / longueur d'onde, une phase et une direction cohérentes, ce qui entraîne une excellente directivité et cohérence de la lumière laser.