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. 

Notions et contenus :

- 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.

Compétences : 

— 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.

— 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.