Laser Nd-YAG - Définition
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Introduction
Le laser Nd-YAG (acronyme du nom anglais : neodymium-doped yttrium aluminium garnet) ou grenat d'yttrium-aluminium dopé au néodyme (Nd:Y3Al5O12) est un cristal utilisé comme milieu amplificateur pour les lasers utilisant des milieux solides. Le dopant, du néodyme triplement ionisé, remplace de manière typique l'yttrium dans la matrice cristalline, les deux éléments ayant une taille similaire. Généralement, le cristal hôte est dopé avec environ 1 % en masse de néodyme.
Technologie
Les lasers Nd-YAG sont pompés optiquement au moyen de lampes flash ou de diodes laser. Ils constituent un des types les plus communs de laser, et sont utilisés dans de nombreuses applications.
Les Nd-YAG émettent de la lumière avec une longueur d'onde typique de 1 064 nm, dans l'infrarouge. Cependant, il existe des transitions autour de 940 nm, 1 120 nm, 1 320 nm et 1 440 nm. Les lasers Nd-YAG opèrent dans les deux modes pulsé et continu. Les lasers Nd-YAG pulsés fonctionnent typiquement dans le mode appelé Q-switching : un permuteur optique est placé dans la cavité laser, attendant une inversion de population maximale chez les ions néodyme avant d'ouvrir. Cette condition remplie, l'onde lumineuse traverse la cavité, dépeuplant le milieu laser excité à l'inversion de population maximale. Dans le mode déclenché ("Q-switché"), la puissance émise est de 20 mégawatts et des durées d'impulsions inférieures à 10 nanosecondes sont atteintes.
Le Nd-YAG absorbe principalement dans les bandes situées entre 730-760 nm et 790-820 nm. Des lampes flash au krypton, avec un fort rendement dans ces bandes, sont ainsi plus efficaces pour le pompage des lasers Nd-YAG que les lampes au xénon, qui produisent plus de lumière blanche et donc qui gaspillent plus d'énergie.
La quantité de dopant néodyme dans le matériau utilisé varie en fonction de son utilisation. Pour une sortie en onde continue, le dopage est significativement moins important que pour les lasers pulsés. Les barres CW faiblement dopées peuvent être distinguées optiquement par leur coloration moins importante, principalement blanche, alors que les barres plus dopées sont roses violacées.
D'autres matériaux hôtes communs pour le néodyme sont : le YLF (fluorure d'yttrium-lithium ou yttrium lithium fluoride en anglais, 1047 et 1 053 nm), YVO4 (vanadate d'yttrium, 1 064 nm), et certains verres. Un hôte est spécifiquement choisi dans le but d'obtenir une combinaison de propriétés thermiques, optiques et mécaniques. Les lasers Nd-YAG et leurs variantes sont "pompés" soit par des lampes flash, des lampes à décharges continues ou des diodes lasers dans le proche infrarouge (lasers DPSS). Les lasers de type Nd-YAG préstabilisés (PSL) ont prouvé leur grande utilité dans la production du rayon principal pour les interféromètres à ondes gravitationnelles comme LIGO, VIRGO, GE600 et TAMA.
Fréquences additionnelles
Dans de nombreuses applications, la lumière infrarouge est doublé en fréquence - voire triplée - en utilisant des matériaux optiquement non-linéaires comme le triborate de lithium afin d'obtenir de la lumière visible (le vert à 532 nm) ou ultraviolette. Un pointeur laser est un laser Nd:YVO4 DPSS. Le Nd-YAG peut être aussi fabriqué pour émettre à sa longueur d'onde non-principale. La ligne à 946 nm est typiquement utilisée pour les "pointeurs laser bleus" DPSS, où elle est doublée à 473 nm.
