1. DPSS = Diode-Pumped Solid-State : des diodes laser (généralement à l’état solide, en émission continue) fournissent la lumière d’excitation (pompage) qui est absorbée par le milieu actif (ici le cristal ou barreau YAG dopé Nd³⁺). Les diodes remplacent l’ancienne source flash-lamp : elles sont plus efficaces, génèrent moins de chaleur parasitaire et permettent une durée de vie et une stabilité supérieures. Litron

2. Milieu actif — Nd:YAG (néodyme dans YAG) : le néodyme (Nd³⁺) inséré dans le cristal YAG (Y₃Al₅O₁₂) présente des niveaux d’énergie permettant la transition laser principale à 1064 nm. Le barreau (rod) ou le cristal sert de résonateur avec des miroirs pour former le faisceau laser. Litron

B — Laser à 4 niveaux (pourquoi c’est important)

• Un laser à 4 niveaux signifie qu’après excitation, la population d’un niveau supérieur se déplace rapidement vers le niveau métastable d’où se produit l’émission stimulée. Le niveau inférieur de la transition laser est très peu peuplé (proche du niveau fondamental), ce qui facilite l’inversion de population — donc um seuil d’inversion plus bas et fonctionnement plus facile/stable. Le Nd:YAG est typiquement traité comme un système quasi-4-niveaux pour la transition 1064 nm.

C — Pompage par diodes en continu du barreau Nd:YAG

• Principe : Les diodes émettent des longueurs d’onde proches des bandes d’absorption du Nd³⁺ (≈ 808 nm typiquement). La lumière des diodes est injectée (par fibres ou diodes en ligne) dans le rod/cristal, excite les ions Nd³⁺ et crée une population d’électrons dans le niveau excité.

• Pourquoi en continu ? Les diodes fournissent un flux d’excitation continu (CW). Tant que la pompe alimente, la population augmente ; la cavité peut soit laisser sortir ce gain en émission continue (CW) ou le stocker et le relâcher en impulsions via Q-switch.

D — Q-switching (régime impulsionnel court et intense)

• But du Q-switch : obtenir une très forte énergie par impulsion (haute énergie stockée dans le milieu amplificateur) en bloquant d’abord la sortie du résonateur puis en l’ouvrant brusquement pour libérer l’énergie sous forme d’une impulsion très courte et intense.

• Types courants :

  • Acousto-optique (AO) : un cristal soumis à une onde acoustique crée une diffraction modulable — relativement simple et robuste, mais les impulsions sont souvent un peu plus longues/moins «brute».

  • Electro-optique (EO) (ex. Pockels cell) : basculement très rapide de la polarisation → très bons contrastes d’ouverture et impulsions plus nettes/courtes.

• Processus : pendant le ‘hold-off’ (Q fermé) l’amplification s’accumule dans le milieu (très haute inversion). Quand on ouvre le Q (trigger TTL ou interne), l’énergie emmagasinée est émise en une impulsion de durée nanosecondes (ici ~30 ns). La puissance de crête est alors très élevée (voir calculs ci-dessus). optogama.com+1

E — Modes de fonctionnement (CW vs Q-switched)

• CW (continu) : si la cavité n’utilise pas le Q-switch ou l’ouvre constamment, on obtient une émission continue à faible puissance instantanée mais puissance moyenne stable. Utile pour certaines applications où l’on veut chauffage / découpe lente.

• Q-switched (impulsionné) : utile quand on veut de courts pics de puissance (marquage, ablation, photo-acoustique, suppression de tatouage, génération d’harmoniques par interaction non linéaire). La même source diode-CW pompe le milieu, mais le Q-switch transforme l’émission en impulsions courtes et intenses. PMC

F — Conversion d’harmoniques (ex. 532 nm)

• Pour obtenir 532 nm, un cristal non linéaire (ex. KTP) est placé dans le faisceau 1064 nm pour doubler la fréquence (SHG). Le rendement dépend de l’énergie par impulsion, de la qualité du faisceau (M²), et de la synchronisation/longueur d’impulsion. Les systèmes DPSS Q-switched sont souvent fournis avec module 532 nm intégré en option.