S3-B1-UE2 : Laser, interaction laser-matière

Cet enseignement aborde : Faisceaux gaussiens : mode fondamental, modes d’Hermite-Gauss, modes de Laguerre-Gauss ; Propagation d’un faisceau gaussien : loi ABCD pour les faisceaux gaussiens, focalisation d’un faisceau par une lentille ; Introduction matière-rayonnement ; Equations de Maxwell-Bloch : régime stationnaire du laser, lien avec les équations de bilan ; Forme de raie : élargissement homogène, élargissement inhomogène ; lasers multimodes longitudinaux ; Lasers impulsionnels : régime déclenché, régime à synchronisation de modes. 

• Distinguer les différents phénomènes engendrés dans les matériaux par une irradiation laser (absorption, émission spontanée, émission stimulée).  
• Connaître les modes de la cavité résonnante. 
• Savoir la condition de stabilité de la cavité laser. 
• Savoir les mécanismes d’élargissement de raie. 
• Faire la déférence entre l’élargissement homogène et l’élargissement inhomogène.  
• Comprendre l’intérêt de pompage dans la réalisation de l’inversion de population.  
• Savoir les phénomènes de saturation liés à l’absorption et au gain. 
• Savoir calculer les équations cinétiques pour un système à 3 niveaux et un système à 4 niveaux d’énergie. 
• Savoir calculer le nombre de photons dû à la perturbation de l’état stationnaire en régime transitoire.  
• Connaître le principe d’un laser déclenché. 
• Savoir comment réaliser un laser déclenché via un absorbant saturable réel ou artificiel. 
• Savoir ce que c’est un laser à modes synchronisés. 
• Savoir les conditions à réaliser pour obtenir un laser verrouillé en phase. 

- notions en mathématiques (calcul matriciel, équations différentielles d’ordre 1 et d’ordre 2, polynômes d’Hermite, polynômes de Laguerre).

- notions de M1 PSI en ondes et propagation guidée.

- notions de M1 PSI en optique non linéaire.

- notions de M1 PSI en optoélectronique.

- être capable de calculer et diagonaliser les matrices, de résoudre les équations différentielles et de manipuler les polynômes d’Hermite et de Laguerre.

- savoir calculer les modes de propagation et la fréquence de coupure dans un guide d’onde. 

-  connaître les coefficients et paramètres associées à une interaction non linéaire. 

- savoir les phénomènes physiques pour réaliser de la modulation optique.