Laser Hélium-Néon

– Un « kit » laser comprenant un banc optique, un tube à décharge He-Ne de la marque MEOS avec des fenêtres à l’incidence de Brewster et son alimentation haute tension (MEOS TC-01), un miroir plan Mp dont la transmission est, suivant les montages, de l’ordre de 1 ou 2%, un miroir sphérique Mc hautement réfléchissant dont le rayon de courbure est de l’ordre du mètre.– Un laser d’alignement He-Ne de 15 mW (Melles Griot, modèle 05 LHR 171) ou 30 mW (modèle 05 LHR 991) ce qui n’est pas une puissance négligeable. Les rayons de courbures des miroirs du résonateur valent R = 37, 5 mm (valeur donnée par le constructeur).– Une barrette CCD (Electrome 1024 pixels).– Deux photodiodes dont une (Thorlabs DET36A) munie d’un diaphragme, associée à un– Un lot de densités neutres.– Un polariseur.– Trois lentilles de distances focales f = 5, 10 et 25 cm, un objet quadrillé.– Une cavité d’analyse pour l’adaptation de modes.– Un cube séparateur de polarisation et une lame λ/4 pour le système d’isolation optique.On fera attention aux réflexions sur les fenêtres à l’incidence de Brewster, sur la photodiode et sur les éventuels filtres placés sur le trajet du faisceau, ainsi qu’au faisceau lui-même qu’il faut interrompre en bout de banc par un écran.

Mesurer avec le wattmètre la puissance de sortie du laser He-Ne et optimiser celle-ci en jouant très légèrement sur les réglages des miroirs Mp et Mc de la cavité laser. On rappelle que pour un laser à quatre niveau en régime de pompage faible, la puissance théorique de sortie Pout s’écrit (voir le fascicule théorique pour l’explication des notations) :L’intensité lumineuse transmise par le Fabry-Pérot confocal analyseur de modes (AM) est mesurée à l’aide d’une photodiode. Le miroir frontal est monté sur une cale piézo-électrique alimentée par une rampe de tension. De cette façon, on translate l’un des miroirs de la cavité AM, ce qui revient à légèrement varier la distance d entre les miroirs autour d’une valeur moyenne d0. Placer l’analyseur de modes du côté du miroir plan Mp (suffisamment loin pour éviter les retours de la lumière dans le laser).Appliquer une tension en dent de scie sur la cale piézo-électrique et visualiser cette rampe sur l’oscilloscope, grâce à la sortie RAMP/100 de l’alimentation de haute tension. Synchroniser l’oscilloscope sur cette tension et vérifier que la dent de scie n’est pas écrantée à 0 V (jouer sur la tension d’offset pour qu’il en soit ainsi).Sur l’autre voie de l’oscilloscope, visualiser le signal de sortie de la photodiode. Adapter la base de temps de façon à observer trois groupes de pics du laser. Optimiser le réglage du Fabry-Pérot AM en essayant d’augmenter l’intensité des pics.

Pour s’en convaincre, allonger la distance entre les miroirs de l’AM, à l’aide de la molette se trouvant à l’arrière de l’AM, de façon à lever la dégénérescence des modes transverses pairs et impairs. Puis revenir à la position confocale. Méthode d’optimisation : on commence par exemple par les réglages en orientation horizontaux des miroirs de la cavité laser. On dérègle légèrement celui du miroir concave Mc, puis on joue sur celui du miroir plan Mp pour augmenter la hauteur des pics transmis par l’AM. Si le signal augmente, on recommence en tournant le réglage horizontal de Mcdans le même sens jusqu’à obtenir un maximum. Si le signal a diminué par rapport à sa valeur initiale, on réitère la procédure en tournant Mc dans le sens opposé. Puis on fait de même pour les réglages verticaux. Comment évolue le nombre de modes avec la longueur L ? Comment peut-on l’expliquer ? Pour L = 80 cm, déterminer le nombre de modes et ∆νL. Comparer avec la valeur théorique. Quelle est la longueur maximale pour laquelle le laser He-Ne « lase » ? En déduire une valeur..