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Programme de colle 19

Colle 19 – lundi 11 au vendredi 15 mars 2019

 

  • Ondes électromagnétiques dans le vide : cf semaine dernière + polarisation ( exercices simples).

 

  • Ondes électromagnétiques dans les plasmas et les métaux : cf semaine dernière.

On peut aussi donner des exercices relatifs à la dispersion et à l’absorption faisant intervenir d’autres types d’ondes ( onde de tension sur une corde, onde acoustique par exemple, sans faire redémontrer l’équation d’onde).

 

  • Laser : attention l’utilisation d’une lentille pour transformer le faisceau ne sera traité que lundi ; rester modeste sur cet item.

 

 

 

1.     Introduction à la physique du laser

 

1.1.  Milieu amplificateur de lumière

 

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.

 

1.2.  Obtention d’un oscillateur

 

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.

 

 

 

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.

 

1.3.  Propriétés optiques d’un faisceau spatialement limité

 

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

 

 

 

 

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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