TP Détermination des propriétés spatiales des faisceaux lasers

Dans ce TP, les propriétés spatiales des faisceaux de deux types de lasers sont quantifiées et leurs profils sont obtenus par la méthode dite « du couteau ».

Les résultats expérimentaux sont utilisés pour déterminer rayon, divergence, longueur de Rayleigh ou encore facteur de qualité M2 de chaque source.

Thèmes abordés :
- Puissance optique, intensité et densité d’énergie
- Taille et angle de divergence du faisceau laser
- Mesure du profil du faisceau d’un laser à semi-conducteur (DPSS) et d’une diode laser
- Méthode dite « du couteau » et étude de la modification du faisceau par une lentille
- Dépendance du profil du faisceau en fonction de la position axiale Z « du couteau »
- Paramètres du faisceau, longueur de Rayleigh et détermination du facteur de qualité M²

Principes et objectifs :
Les principaux paramètres d’un rayonnement laser sont le rayon ou le diamètre du faisceau, son angle de divergence et la longueur de Rayleigh. Ces grandeurs permettent notamment de déterminer la densité d’énergie.
La mesure des dimensions et de la position exacte du point de focalisation ainsi que le facteur de qualité du faisceau M2 sont fondamentaux pour l’optimisation des systèmes lasers existants et le développement de nouveaux.
Dans ce TP, les propriétés spatiales des faisceaux de deux lasers sont quantifiées et leurs profils sont obtenus par la méthode dite « du couteau ». Les deux sources étudiées sont : un module à semi-conducteur pompé par diode et une diode laser.
Pour un rayonnement TEM00 , la distribution d’intensité est gaussienne dans le plan transversal et le facteur de qualité M2 quantifie alors l’écart d’un faisceau laser à un faisceau gaussien. D’autre part, plus la divergence du faisceau est importante et la longueur de Rayleigh est petite, plus ce facteur de qualité est élevé.
À partir des données expérimentales, le facteur de qualité M2 du faisceau des deux lasers est déterminé.

Composition :
▪ 1 rail optique 0,5 m, avec règle graduée
▪ 1 diode laser verte DPSS en monture sur cavalier
▪ 1 diode laser rouge
▪ 1 contrôleur de diodes lasers
▪ 1 optique de focalisation avec support sur cavalier
▪ 1 système de mesure «couteau» avec support rotatif sur cavalier
▪ 1 optique de collimation avec support sur cavalier
▪ 1 photodiode avec support sur cavalier
▪ 1 filtre de densité neutre en monture
▪ 1 multimètre numérique
▪ 1 notice d’expériences (en anglais)