Les lasers continus peuvent émettre des faisceaux laser de manière stable et ininterrompue, et leur puissance de sortie reste constante dans le temps (dans des conditions idéales).
Caractéristiques principales : Stabilité et durabilité
Sortie continue : C'est le signe le plus crucial. Tant que l'alimentation est connectée et que les conditions de travail sont stables, le laser peut émettre de la lumière en continu sans interruption.
Stabilité de la puissance : La puissance du laser de sortie (l'énergie émise par unité de temps) reste fondamentalement constante pendant le fonctionnement.
Caractéristiques temporelles : Le faisceau est continu dans la dimension temporelle (macroscopiquement), sans intervalles d'impulsions évidents.
Principe de fonctionnement : Pompage continu, émission de lumière continue
Le principe de fonctionnement d'un laser continu suit le principe fondamental de la génération laser (émission stimulée), mais son processus de pompage est continu :
Pompage continu : Des sources d'énergie externes (telles que le courant, l'énergie lumineuse, l'énergie de réaction chimique) sont continuellement introduites dans le milieu amplificateur du laser (tel que le gaz CO₂, le cristal solide Nd:YAG, les matériaux semi-conducteurs, les solutions de colorants).
Maintien de l'inversion de population : L'énergie de pompage continue excite les atomes, les molécules ou les électrons dans le milieu amplificateur d'un niveau d'énergie bas à un niveau d'énergie élevé, maintenant un état où le nombre de particules au niveau d'énergie élevé est supérieur à celui au niveau d'énergie bas (inversion de population).
L'émission stimulée continue : Un petit nombre de photons émis spontanément existant dans la cavité résonnante (composée de deux miroirs), en passant à travers le milieu amplificateur, provoquera l'émission stimulée des particules à des niveaux d'énergie élevés, libérant de nouveaux photons avec exactement la même fréquence, phase et direction que les photons incidents.
Amplification optique et oscillation continue : Ces photons nouvellement générés sont réfléchis d'avant en arrière par le miroir du résonateur et traversent à plusieurs reprises le milieu amplificateur. Chaque passage déclenche davantage de rayonnement stimulé, ce qui fait que le nombre de photons augmente continuellement de manière avalanche et forme de puissantes ondes lumineuses cohérentes.
Sortie laser stable : Lorsque le gain (amplification) obtenu par la lumière oscillant d'avant en arrière dans la cavité résonnante une fois est suffisant pour compenser la perte de cette oscillation (y compris une partie de la lumière transmise à travers le miroir de sortie), le laser atteint un état de fonctionnement stable et émet en continu et de manière stable un faisceau laser à partir du miroir de sortie partiellement transmis.
Avantages technologiques clés
Sortie de puissance continue : Il fournit une source de chaleur ou de lumière stable, adaptée aux processus qui nécessitent une entrée d'énergie continue (tels que la découpe et le soudage).
Haute stabilité : La puissance de sortie et la directivité du faisceau sont généralement très stables, ce qui est crucial pour la mesure et la communication de précision.
Excellente qualité du faisceau : Il génère généralement des faisceaux de haute qualité avec des modes purs (tels que le mode fondamental TEM00) et de petits angles de divergence, ce qui favorise la focalisation et la transmission sur de longues distances.
Haut rendement (par rapport à certains lasers pulsés) : Dans les scénarios où un fonctionnement continu est requis, l'efficacité globale d'utilisation de l'énergie peut être plus élevée.
Large éventail de domaines d'application
Traitement industriel
Découpe laser : Découpe précise et à grande vitesse de métaux (tels que les machines de découpe laser CO₂) et de non-métaux (tels que les tissus, l'acrylique).
Soudage laser : Réalisation d'un soudage précis avec un rapport d'aspect élevé et une faible déformation (couramment utilisé dans les industries automobile et électronique).
Marquage/gravure laser : Marquage permanent sur la surface des produits (principalement les lasers à semi-conducteurs et à fibres).
Traitement de surface : trempe, revêtement, alliage, etc.
Domaine médical
Bistouri : Le laser CO₂ est utilisé pour la découpe par vaporisation des tissus mous (par exemple, en chirurgie ORL), et le laser à semi-conducteurs est utilisé en chirurgie ophtalmique et en traitement dentaire.
Thérapie photodynamique : Les lasers continus de longueurs d'onde spécifiques activent des médicaments photosensibles pour tuer sélectivement les cellules cancéreuses ou les tissus malades.
Traitements de la peau : Épilation (semi-conducteur, Nd:YAG), traitement vasculaire, rajeunissement de la peau, etc.
Communication et information
Communication par fibre optique : Les lasers à semi-conducteurs sont les principales sources de lumière des réseaux de fibres optiques à haut débit, transportant des quantités massives de données.
Affichage et détection
Affichage laser : En tant que source de lumière pour les projecteurs ou les téléviseurs à haute luminosité et à large gamme de couleurs.
LiDAR : Certains LiDAR à ondes continues sont utilisés pour la mesure de la vitesse, la mesure de la distance, la détection de gaz, etc.
Lecture de codes-barres : Un appareil courant aux caisses des supermarchés.
Les lasers continus sont l'épine dorsale de la famille des lasers qui fournissent un flux d'énergie stable et continu. Comprendre le principe de fonctionnement et les avantages uniques des lasers continus est la base pour reconnaître leur rôle central dans la science, la technologie et l'industrie contemporaines. Ils représentent les réalisations remarquables de l'humanité dans le contrôle précis et continu de l'énergie lumineuse.