\documentclass[10pt,a4paper]{article}

\usepackage{agrphy}

\title{LP2020 -- Lasers}
\date{\today}

\begin{document}

\titre{Deleuze Julie}{Jocteur Tristan}



\subsection*{Niveau : jsp}

\subsection*{Prérequis}

\begin{itemize}
    \item Cavité de Fabry-Perot
\end{itemize}

\subsection*{Bibliographie}
\begin{tabular}{@{\livre}p{0.48\linewidth} @{\ \ }p{0.48\linewidth}}
\textit{Optique}, \textbf{Houard} & La base tmtc\\
\textit{Les lasers}, \textbf{Dangoisse, Zehnlé \& Hennequin} & Pour plus de détails
\end{tabular}
\tableofcontents
\pagebreak

\section*{Remarques}

Y a plein de choses à raconter sur l'émission stimulée, et la cavité pour faire ressortir les caractéristiques du laser qui lui ont permis de "révolutionner l'optique" : sa directionnalité et son caractère monochromatique/sa longueur de cohérence. Je ne pense pas traiter la diode laser parce que les semi-conducteurs c un peu chaud à expliquer niveau L3 ça risque de faire un gros morceau, et que finalement c'est juste montrer une autre méthode d'inversion de population donc ça vaut pas le coup selon moi. Par contre faut être au point dessus ça arrivera surement dans les questions.

Les applications sont assez cool : l'holographie pour montrer l'utilisation du laser en diffraction parce qu'il est cohérent gros plus jvpm, et une application moderne qui utilise le caractère monochromatique et directionel, les atomes froids. On peut faire l'épilation laser aussi. En vrai ça va être sympa. Expérience : cavité d'analyse FB pour montrer les modes, spectre de raies d'une lampe spectrale avec un PVD et on refroidit les atomes du jury.


\section*{Introduction}

Voir l'approche historique du Houard et son intro.


\section{Fonctionnement du laser}

Le laser est un oscillateur optique qui comporte trois éléme

\subsection{Inversion de population}

\livre Houard p 345

Spectr d'émission,

\experience{Spectre d'émission d'une lampe spectrale}{}{}{Lampe Cd je pense ça marchait bien. Avec un PVD, miroir (pr pas diriger la lampe vers le jury) et dépoli pour qu'il puisse bien voir.}

distinguer absorption et les deux types d'émission en insistant sur l'importance de l'émission stimulée pour l'effet laser.
 
Statistique de Maxwell-Boltzmann, durée de vie des niveaux excités. Mq à l'éq thermique, absorption l'emporte sur émission. Pour amplifier il faut un pompage optique.


\subsection{Pompage optique}

\livre Houard p 347

Expliquer la nécessité d'avoir recours à des niveaux excités auxiliaires.

Présenter système à 3 niveaux (laser à rubis) et système à 4 niveaux (laser à néodyme et He-Ne). C'est bien de faire les deux pour montrer qu'on peut avoir différents types de lasers et après on en parle plus on reste avec le He-Ne.


\subsection{Rôle de la cavité optique}

\livre Houard p 351

Condition de stabilité d'une cavité : utiliser le formalisme matriciel pour démontrer la condition me paraît trop dur et hors programme de L3. Du coup faire sentir la nécessité des miroirs sphériques, mais pas trop courbés puis donner la condition.

Ces cavités créent des faisceaux gaussiens (il faut des fronts d'onde sphériques pour satisfaire aux CL), en donner les caractéristiques, notamment la longueur de Rayleigh : un laser c'est très directionnel.

Modes longitudinaux et transverses : seules les ondes qui ont la bonne fréquence résonnent.

La cavité est en fait une cavité de Farbry-Pérot. La finesse spectrale du laser dépend des coefficients de réflexion et de transmission des miroirs qui constituent la cavité.

Spectre d'émission avec largeur de l'émission spontanée et modes résonant : on obtient le spectr d'émission du laser.

\section{Applications}
\subsection{Holographie}

\subsection{Refroidissement par effet Doppler}

\section{Passage oral blanc de Chauchat}

Le plan a l'air de ressembler au J'intègre.


\section*{Intro}

On utilise tout le temps le laser parce que plein d'avantages (coherence, monochromatique et directionnel)

Introduction historique

\begin{itemize}
    \item 1899 Fabry-Perot
    \item 1960 premier laser
    \item 1917 émission stimulée Einstein
    \item 1950 Kastel et Bessel pompage optique
\end{itemize}

Source coherente directive et intense

\section{Effet Laser}

Planck a postulé la quantification des echanges d'énergie, Einstein propose une base théorique

\subsection{Coefficients d'Einstein}

On définit le système à deux niveaux. Définition de la densité volumique d'énergie par la loi de Planck. J'ai pas compris pk il parle de la loi de Planck là ? c'est juste pour faire un rappel et dire à quoi correspond le u je pense. Emission spontanée. Absorption. Je comprensds pas à quoi ça sert d'utiliser les coeff d'Einstein là ? Si il a vraiment repris le Dunod il va en sortir la condition d'amplification après. équilibre thermique. Emission stimulée.
Relations entre les coeff à partir de la loi de Planck et de MB à l'eq thermique

\subsection{Principe du laser et inversion de population}

Bilan d'énergie sur une tranche du milieu amplificateur. (ça va être dur d'arriver à son grand 2 là jpense).

\subsection{Modes propres du laser}

experience des modes et Fabry Pérot.

\subsection{Faisceau Laser}

Forme du faisceu, divergence, montage d'élargissement 

\section{Questions}

\begin{itemize}
    \item Tu peux revenir sur ta comparaison des populations grâce à MB après avoir défini absorption et émission spontanée ?
    \item Longueur de cohérence mentionnée en intro mais plus évoquée ensuite, c'est quoi ? Pour un spectre de raies d'absorption la longueur de cohérence est donnée par l'intervalle en longueur d'onde entre deux raies différentes du spectre (ah bon)
    \item Pourquoi Planck a quantifié les échanges d'énergie ? Ça sort d'où ? La loi de Rayleigh \& Jeans diverge aux courtes longueurs d'ondes, il introduit la quantification des échanges d'énergie ad hoc pour restituer les résultats expérimentaux du corps noir.
    \item Gaz de photons c'est quoi ça ? Déf thermodynamique avec les photons.
    \item I c'est le flux de quoi ?
    \item Diode Laser ça marche comment ?
    \item ton $\pi_P$ c'est quelle puissance ? Celle perdue par le champ EM dans la cavité (hors processus d'absorption).
    \item Justifie pk ça marche pas à deux niveaux ou conséquences 
    \item ODG de la finesse du laser ? Avec la cavité d'analyse on peut en mesurer une de l'ordre de 200.
    \item En termes de géométrie du faisceau, est ce qu'on a aussi une symétrie sphérique pour la diode laser ? Faisceau elliptique.
    \item D'où vient l'effet de seuil dans l'émission ?
\end{itemize}

\section{Remarques}

\begin{itemize}
    \item A la limite autant oublier les faisceaux gaussiens et se laisser plus de temps pour la cavité.
    \item Pourquoi pas mettre les coefficients d'Einstein en pré-requis.
    
\end{itemize}

\end{document}
