DYE RING  LASER  COHERENT  899-01

Principe général d’un laser à colorant en anneau

Un laser à colorant (dye laser) utilise une solution liquide contenant une molécule colorante (par exemple Rhodamine 6G) comme milieu amplificateur optique. On « pompe » ce milieu (on injecte de l’énergie) pour exciter les molécules, puis l’émission stimulée fournit le faisceau laser.

Dans le cas d’un laser à colorant en anneau (ring dye laser), le résonateur optique est de type « annulaire » (circuit fermé) plutôt que linéaire — cela élimine certaines interférences inductives et permet une émission dans un sens de circulation privilégié pour réduire les effets de rétroaction non désirée.

Les lasers de la série Coherent 899 peuvent être conçus pour fonctionner comme laser à colorant ou comme laser Ti:Sapphire, ou encore en mode hybride, selon la configuration.

  • Le Coherent 899-01 Broadband Ring Laser est conçu pour une efficacité élevée sur une large gamme de puissance de pompage, grâce à un résonateur à « focale variable »

  • Dans certaines installations universitaires, ce système est décrit comme un laser combiné (Ti:Sapphire + colorant) avec une plage de longueurs d’onde réglables de ~ 370 nm jusqu’à au-delà de 1030 nm.

  • Le modèle 899 est aussi vendu comme laser Ti:Sapphire anneau pour un fonctionnement dans l’infrarouge proche, quand il est utilisé avec un laser de pompage adapté.

  • En configuration colorante, le 899 est souvent utilisé avec une teinture comme Rhodamine 6G, pompée par un laser d’argon (par exemple à 514 nm) — c’est un choix classique pour ce type de laser.

Coherent 899-01 Laser annulaire à large bande

Le Coherent 899-01 utilise un filtre biréfringent à 3 plaques. Il est accordable de 370 nm à > 1 micron. Ce laser annulaire à large bande maintient des largeurs de raie d’environ 2 GHz en colorant et < 2 GHz en Ti :S. Une plage d’accord maximale et une puissance élevée sont obtenues en utilisant des éléments intracavités non revêtus et en les montant à l’angle de Brewster. Le laser annulaire à large bande cohérent 899-01 offre un rendement élevé à une large gamme de puissances de pompe en utilisant une résonance à focale variable unique

Schéma de fonctionnement typique

Voici les étapes et composants clés d’un tel laser :

  1. Pompage optique
    Un laser de pompage (souvent un laser continu ou quasi-continu, ou un laser à Argon, ou encore un laser solide doublé en fréquence) fournit de la lumière à une longueur d’onde d’absorption du colorant. Cette lumière excite les molécules du colorant du niveau fondamental vers un niveau excité.

  2. Circulation du colorant
    La solution colorante doit circuler (jet de colorant) dans l’élément optique du laser pour renouveler le milieu amplificateur, éviter une photodégradation, dissiper la chaleur, etc.

  3. Résonateur en anneau
    Le faisceau lumineux circule dans un chemin clos comportant plusieurs miroirs. Un des miroirs peut servir de miroir de sortie partielle (petite fraction de la lumière est extraite comme faisceau de sortie). Le circuit permet l’amplification par émission stimulée.

  4. Éléments de réglage spectral
    Pour rendre le laser accordable, on insère dans le chemin optique des éléments tels que :

    • un filtre de Lyot (ou un filtre biréfringent)

    • un ou plusieurs étalons (épais, ou mince)

    • éventuellement des séparateurs d’ondes, ou un système de contrôle pour stabiliser la fréquence
      Ces éléments permettent de sélectionner la longueur d’onde émise précisément, de limiter le “mode hopping”, de stabiliser en mode unique, etc.

  5. Sortie & stabilisation
    Le faisceau sort du résonateur via un miroir de sortie ou via une fente. Si on vise une émission spectrale très fine (faible largeur spectrale), des boucles de rétroaction et des cavités de référence peuvent stabiliser la fréquence.

  6. Refroidissement / gestion thermique
    Le système nécessite souvent une circulation d’eau ou de refroidissement thermique pour dissiper la chaleur du pompage et stabiliser les éléments optiques.                                        Avantages / limites

Avantages :

  • Tunable (accordable) — on peut varier la longueur d’onde sur une large plage

  • Haute qualité spectrale, avec possibilité de fonctionnement en mode unique

  • Bonne efficacité de conversion si bien optimisé

  • Le design en anneau réduit les rétroactions parasites et les instabilités de mode vers l’arrière.

Limites / défis :

  • Le colorant se dégrade avec le temps sous le pompage — il faut le renouveler ou le filtrer

  • Alignement optique fin (miroirs, filtres, étalons) très délicat

  • Stabilité thermique critique

  • Coût, complexité de maintenance

  • Bruit spectral (fluctuations de fréquence) s’il n’est pas stabilisé

  • Nécessité d’un pompage puissant et de bonne qualité