Colle 20 – lundi 14 au vendredi 18 mars 2016
- Ondes électromagnétiques dans les milieux : cf semaine dernière.
- Interfaces : cf semaine dernière.
- Laser : cf ci-dessous.
Remarque : cette semaine est la dernière semaine de colles de physique ; les dernières heures seront intégrées à la préparation à l’oral.
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1. Introduction à la physique du laser |
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1.1. Milieu amplificateur de lumière |
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Absorption, émission stimulée, émission spontanée.
Coefficients d’Einstein.
Amplificateur d’ondes lumineuses. |
Distinguer les propriétés d’un photon émis par émission spontanée ou stimulée.
Associer l’émission spontanée à la durée de vie d’un niveau excité. Utiliser les coefficients d’Einstein dans le seul cas d’un système à deux niveaux non dégénérés.
Justifier la nécessité d’une inversion de population.
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1.2. Obtention d’un oscillateur |
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Mise en œuvre électronique d’un oscillateur sur l’exemple de l’oscillateur à pont de Wien.
Milieu amplificateur à l’intérieur d’un résonateur optique : le laser.
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Identifier l’étage d’amplification. Exprimer la condition de bouclage sur un filtre sélectif. Mettre en évidence le rôle des non-linéarités.
Exprimer la condition d’oscillation.
Associer la puissance émise à la limitation du gain par une non-linéarité.
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1.3. Propriétés optiques d’un faisceau spatialement limité |
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Approche descriptive :
Rôle de la diffraction dans l’ouverture angulaire du faisceau à grande distance.
Description simplifiée d’un faisceau de profil gaussien : longueur de Rayleigh LR.
Utilisation d’une lentille pour transformer un faisceau cylindrique en faisceau conique et réciproquement
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Relier l’ouverture angulaire λ/a et le rayon minimal a.
Utiliser l’expression fournie du profil radial d’intensité en fonction de la distance axiale. Construire l’allure d’un faisceau de profil gaussien à partir de l’enveloppe d’un faisceau cylindrique de rayon a et d’un faisceau conique centré sur l’orifice de sortie du laser, et de demi-ouverture angulaire λ/a.
Exploiter la convergence angulaire du faisceau issue de l’optique géométrique, la loi du retour inverse, et le lien entre l’ouverture angulaire λ/a et le rayon minimal a pour obtenir la dimension et la position de la section minimale. Montrer que le rayon minimal est de l’ordre de λ. Utiliser un élargisseur de faisceau pour réduire l’ l’ouverture angulaire.
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