Types de laser : classification et propriétés

Comme nous l’avons vu dans un article précédent, un laser est un dispositif qui produit et amplifie la lumière. Les fondements théoriques du mécanisme par lequel ceci est réalisé, l’émission stimulée, ont été établis en 1917 par Albert Einstein. À partir de ce moment, différents types de lasers ont commencé à se développer, dont nous verrons certains dans cet article.

Propriétés de la lumière laser

Les propriétés du laser, c’est-à-dire celles qui le différencient de la lumière normale émise par une ampoule, elles sont très appréciées et en même temps presque impossibles à atteindre autrement que par ce dispositif. Deux de ces propriétés sont qu’elle est monochromatique (elle a une fréquence très étroite) ) et monodirectionnelle (les millions d’ondes émises par cette lumière, contrairement aux autres émetteurs, n’ont pas de direction différente, mais une direction identique).

La troisième est qu’il s’agit d’une lumière cohérente, c’est-à-dire dans laquelle ses ondes lumineuses conservent une relation de phase (qui est la partie de la courbe dans laquelle l’onde est à un moment donné et dans une position donnée) constante. Ceci n’annule pas une onde à une autre qui pourrait être au maximum et une autre au minimum, comme dans les lumières normales, mais les deux signaux ont la même phase (et donc les mêmes valeurs), de sorte que l’onde qui en résulte est double et a donc l’énergie maximale.

La LED, par exemple, coïncide avec le laser en ce sens que la lumière est monochromatique et monodirectionnelle (en cela elle diffère de la lumière incandescente ou solaire), mais n’est pas cohérente comme le laser.

Classification des lasers

Les lasers peuvent être classés en fonction de différents paramètres : le type de milieu d’amplification de la lumière et la durée de l’émission laser.

Types de laser par type de milieu

Comme nous l’avons vu dans d’autres articles, le milieu d’amplification laser est une charge d’atomes d’un solide, d’un liquide ou d’un gaz avec des électrons à stimuler autour du noyau. Les lasers peuvent donc être:

• Lasers solides : ils comportent du matériau laser réparti dans une matrice solide, par exemple des lasers à rubis ou au néodyme-YAG (grenat d’aluminium et yttrium). Le laser au néodyme YAG émet une lumière infrarouge à 1 064 micromètres.
• Les lasers à gaz (helio y helio-neón, HeNe, son los láseres de gas más comunes): tienen una salida primaria de una luz roja visible. Los láseres de CO2 emiten energía en el infrarrojo lejano, 10,6 micrómetros, y se utilizan para cortar materiales duros.
• Láser de excímeros (l’hélium et l’hélium-néon, HeNe, sont les lasers à gaz les plus courants) : ils produisent une lumière rouge visible. Les lasers au CO2 émettent de l’énergie dans l’infrarouge lointain, 10,6 micromètres, et sont utilisés pour couper des matériaux durs.
• Laser à excimère : (le nom dérive des termes excité et dimères) : ils utilisent des gaz réactifs tels que le chlore et le fluor mélangés à des gaz inertes tels que l’argon, le krypton ou le xénon. Lorsqu’elle est stimulée électriquement, une pseudomolécule ou un dimère est produite et, lorsque le laser est appliqué, elle produit de la lumière dans la plage ultraviolette.
• Lasers à colorant: utilisez des colorants organiques complexes tels que la rhodamine 6G en solution liquide ou en suspension comme milieu laser. Ils peuvent être ajustés dans une large gamme de longueurs d’onde.
• Lasers à semi-conducteurs (parfois appelés lasers à diode) : il n’agit pas des lasers à l’état solide. Ces dispositifs électroniques sont généralement très petits et consomment peu d’énergie. Ils peuvent être intégrés dans de plus grandes matrices, par exemple la source d’écriture de certaines imprimantes laser ou lecteurs de disques compacts.

Types de laser par durée de l’émission laser

• Laser à onde continue (dont l’acronyme en anglais est CW, à savoir continuous wave) : le laser est pompé en continu et émet de la lumière en continu, c’est-à-dire qu’il a une puissance de faisceau moyenne stable.
• Généralement, ce type de laser est concentré sur la puissance et le haut rendement. Ils sont donc principalement utilisés dans les environnements industriels, tels que l’industrie automobile, l’aérospatiale, l’électronique et des semi-conducteurs, ainsi que dans le secteur médical. Ils conviennent à des applications telles que le perçage au laser, la découpe au laser et le soudage au laser, et peuvent être à la fois gazeux, solides, semi-conducteurs ou à colorants.
• Dans les lasers à gaz à faible puissance, tels que à l’hélium-néon (HeNe), qui sont les premièrs à onde continue mis en service, le niveau de puissance est défini par la conception et le rendement se dégradent généralement avec l’utilisation à long terme.
• Laser pulsé : c’est l’opposé du laser à onde continue que nous venons de voir. Ce sont des lasers émettant de la lumière sous forme d’impulsions optiques d’une certaine durée, présentant des modèles de répétition.
• Cela permet un large éventail de technologies qui répondent à différentes utilisations, bien que certains lasers soient pulsés simplement parce qu’ils ne peuvent pas fonctionner en continu. Ils sont très appréciés, par exemple, en chirurgie, puisqu’un laser à onde continue qui entre en contact avec des tissus mous pourrait surchauffer le tissu environnant, ainsi la lumière pulsée peut prévenir la nécrose, en espaçant les impulsions pour permettre un refroidissement efficace du tissu (temps de relaxation thermique) entre eux. En fonction de la durée des impulsions, de l’énergie des impulsions, de la fréquence de répétition des impulsions et de la longueur d’onde requise, des méthodes très différentes sont utilisées pour la génération d’impulsions et des types très différents de lasers pulsés.
• Le terme « laser pulsé » est souvent utilisé comme synonyme pour un type particulier de laser pulsé, le « Q-Switched laser » (ou commutation Q), qui émet des impulsions de nanosecondes, mais il en existe d’autres, tels que nous énumérons ci-dessous.
• Les lasers à mode verrouillé (mode-locked lasers en anglais) émettent des impulsions ayant une durée dans le domaine de picosecondes ou femtosecondes. Il peut s’agir de lasers en vrac à l’état solide, de lasers à fibres ou de lasers à semi-conducteurs. Pour les énergies d’impulsion élevée, des amplificateurs régénératifs ou des lasers à cavité sont utilisés.
• Les lasers à semi-conducteurs à commutation de gain (gain-switched semiconductor lasers en anglais) conviennent aux impulsions de nanosecondes ou de picosecondes à énergie relativement faible.
• Les lasers à diode, entre autres, émettent des impulsions relativement longues et à ondes presque continues, ce qui donne un sous-type de lasers à impulsions, appelé lasers à ondes quasi continues.

Sur cette page vous trouverez un tableau pratique indiquant la classification des lasers en fonction les différents paramètres.

Les types de laser dans la découpe industrielle de tubes

Comme nous l’avons vu au cours de cet article, les différentes industries utilisent différents types de lasers pour leurs applications. Dans le secteur de la découpe de tubes, différents types de lasers peuvent être utilisés en fonction du type de milieu ou de la durée d’utilisation. Les machines de découpe laser à fibre utilisée par Planes, par exemple, sont solides et peuvent être à onde continue ou pulsés selon le type d’application, avec une plage de fréquences d’émission de lumière infrarouge visible, telle que la nouvelle machine LT FIBER de BLM Group.

Bibliographie:

• Entrada en la Wikipedia (en inglés)
• Enciclopedia de fotónica: « Láseres pulsados (en inglés) »
• Enciclopedia de fotónica: « Operación de onda contínua (en inglés) »
• « Tipos de láser y clasificación (en inglés) »