Ce cours s’adresse aux étudiants de niveau Master souhaitant acquérir de bonne base sur le fonctionnement des lasers en général. L’ensemble des lasers est abordé, ceux de la vie du quotidien (lecteur dvd, pointeur…), ceux de l’industrie (soudure IR, impulsions nanoseconde), ceux des laboratoires et de la haute technologie (accordable, ultra-stable, impulsion femtoseconde).
Après une description des milieux atomiques et des grandeurs qui s’y rattachent, l’interaction de ceux-ci avec la lumière est abordée selon trois approches distinctes. L’approche classique avec le modèle de Huygens, l’approche phénoménologique à l’aide des coefficient d’Einstein, et l’approche dite semi-classique dans laquelle le milieu atomique est traité de façon quantique alors que la lumière l’est de manière classique. Les validités et les liens entre ces approches sont mise en évidence afin de fournir un recul pertinent sur l’emploie de tel ou telle approche selon le contexte. Ceci permet de formaliser le phénomène d’amplification de lumière à la traversée d’un « milieu amplificateur », à la base de l’effet LASER (Light Amplification by Stimulated Emission Radiation). Les résonateurs optiques, responsable de la rétroaction dans le milieu de gain, sont ensuite discutés. Le formalisme donnant accès à leur stabilité est introduit, ainsi que la base des modes de propagation de la lumière en leur sein : la base des modes gaussiens. Les formalismes respectifs des milieux amplificateurs et des résonateur optique sont associés pour conduire aux équations de Maxwell-Bloch du Laser. Leur traitement permet de discuter les conditions d’oscillation du régime d’émission continue de lumière, le régime d’impulsion, les dynamiques propres selon les temps caractéristiques du système. Les considérations de dépendance spectrale conduisent à discuter les fonctionnements mono- ou multi-fréquences et les stratégies rencontrées pour les lasers accordables. Les lasers ultra-stables sont discutés dans ce contexte. S’en suit un chapitre d’ouverture sur les lasers femtoseconde et les peignes de fréquence, outil révolutionnaire de métrologie du temps et des fréquences. Enfin, une revue technique des lasers les plus souvent rencontrés vient clore ce cours Laser.
Ce cours a lieu sous forme de Cours Magistraux (CM) présentant les concepts et les formalismes, pris en main au travers de séances de Travaux Dirigés (TD). L’évaluation se fait sous la forme d’un examen écrit.
