Laser Nd-YAG

Laser Nd-YAG
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Laser Nd-YAG
Le laser Nd-YAG (acronyme du nom anglais : neodymium-doped
yttrium aluminium garnet) ou grenat d'yttrium-aluminium dopé au
néodyme (Nd:Y3Al5O12) est un cristal utilisé comme milieu
amplificateur pour les lasers utilisant des milieux solides. Le dopant,
du néodyme triplement ionisé, remplace de manière typique l'yttrium
dans la matrice cristalline, les deux éléments ayant une taille similaire.
Généralement, le cristal hôte est dopé avec environ 1 % en masse de
néodyme[réf. nécessaire].
Technologie
Un laser Nd:YAG ouvert. La lumière verte
provient du doublage de fréquence de la lumière
du laser.
Les lasers Nd-YAG sont pompés optiquement au moyen de lampes
flash ou de diodes laser. Ils constituent un des types les plus communs de laser, et sont utilisés dans de nombreuses
applications.
Les Nd-YAG émettent de la lumière avec une longueur d'onde typique de 1064 nm, dans l'infrarouge[1] . Cependant,
il existe des transitions autour de 940 nm, 1120 nm, 1320 nm et 1440 nm. Les lasers Nd-YAG opèrent dans les deux
modes pulsé et continu. Les lasers Nd-YAG pulsés fonctionnent typiquement dans le mode appelé Q-switching : un
permuteur optique est placé dans la cavité laser, attendant une inversion de population maximale chez les ions
néodyme avant d'ouvrir. Cette condition remplie, l'onde lumineuse traverse la cavité, dépeuplant le milieu laser
excité à l'inversion de population maximale. Dans le mode déclenché ("Q-switché"), la puissance émise est de 20
mégawatts et des durées d'impulsions inférieures à 10 nanosecondes sont atteintes[réf. nécessaire].
Le Nd-YAG absorbe principalement dans les bandes situées entre 730-760 nm et 790-820 nm[1] . Des lampes flash
au krypton, avec un fort rendement dans ces bandes, sont ainsi plus efficaces pour le pompage des lasers Nd-YAG
que les lampes au xénon, qui produisent plus de lumière blanche et donc qui gaspillent plus d'énergie[réf. nécessaire].
La quantité de dopant néodyme dans le matériau utilisé varie en fonction de son utilisation. Pour une sortie en onde
continue, le dopage est significativement moins important que pour les lasers pulsés. Les barres CW faiblement
dopées peuvent être distinguées optiquement par leur coloration moins importante, principalement blanche, alors que
les barres plus dopées sont roses violacées.
D'autres matériaux hôtes communs pour le néodyme sont : le YLF (fluorure d'yttrium-lithium ou yttrium lithium
fluoride en anglais, 1047 et 1053 nm), YVO4 (vanadate d'yttrium, 1064 nm), et certains verres. Un hôte est
spécifiquement choisi dans le but d'obtenir une combinaison de propriétés thermiques, optiques et mécaniques. Les
lasers Nd-YAG et leurs variantes sont "pompés" soit par des lampes flash, des lampes à décharges continues ou des
diodes lasers dans le proche infrarouge (lasers DPSS). Les lasers de type Nd-YAG préstabilisés (PSL) ont prouvé
leur grande utilité dans la production du rayon principal pour les interféromètres à ondes gravitationnelles comme
LIGO, VIRGO, GE600 et TAMA.
Laser Nd-YAG
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Applications
Ophtalmologie
Les lasers Nd-YAG sont utilisés couramment en ophtalmologie comme
moyen de correction des opacifications capsulaires postérieures
(post-cataractes). Ils sont utilisés pour l'iridectomie périphérique chez
les patients atteints d'un glaucome aigu à angle fermé pour laquelle il a
supplanté l'iridectomie chirurgicale. Le laser Nd-YAG doublé en
fréquence (532 nm) est utilisé en lieu et place du laser à argon pour des
photocoagulations pan-rétiniennes pour des patients atteints de
rétinopathie diabétique.
Médecine esthétique
Photographie par lampe à fente d'une
opacification capsulaire postérieure, visible
quelques mois après l'implantation d'une lentille
intraoculaire dans l'œil, visible sur la
rétroillumination
Ces lasers sont largement utilisés dans le domaine de la médecine
esthétique : épilation laser, traitement de lésions vasculaires mineures
comme les télangiectasies du visage, détatouage, remodelage cutané non ablatif (réduction des rides et cicatrices), …
Production industrielle
Le laser Nd-YAG est utilisé comme outil de gravure, de gravure à l'eau-forte ou d'inscriptions sur de nombreux types
de métaux et de plastiques. Il est également massivement utilisé dans la métallurgie pour la découpe, la soudure
d'aciers et de super-alliages et de fabrication rapide. Pour les applications automatisées (découpe et soudure d'aciers),
les niveaux de puissance requis sont typiquement dans la gamme de 1 à 5 kW. Le perçage des super alliages (pour
les éléments de turbines à gaz) nécessite de manière typique des lasers Nd-YAG pulsés (impulsions milliseconde,
non Q-switché). Ils sont également employé pour le marquage sub-surface dans les matériaux transparents comme
les verres ou les verres acryliques.
Dynamique des fluides
Les lasers Nd-YAG sont également utilisés dans les techniques de visualisation en dynamique des fluides (par
exemple pour de la vélocimétrie par image de particule ou par fluorescence induite).[réf. nécessaire]
Spectacle
Les lasers Nd-YAG et Nd-YVO4 sont utilisés en light-show pour créer de nombreux spectacles de lumière, où leur
rayon, dévié par des systèmes de miroirs créé des effets volumétriques dans un brouillard artificiel, ou permet la
projection de graphismes, dessins animés et d'écritures. Ils offrent une alternative intéressante aux laser argon et
argon/kryptons, utilisés jusqu'alors pour ce genre d'applications, mais qui sont bien plus contraignants (alimentation
électriques importantes, refroidissement par eau en circuit ouvert, poids, tailles, etc...) à mettre en œuvre[2] .
Fréquences additionnelles
Dans de nombreuses applications, la lumière infrarouge est doublé en fréquence - voire triplée - en utilisant des
matériaux optiquement non-linéaires comme le triborate de lithium afin d'obtenir de la lumière visible (le vert à
532 nm) ou ultraviolette. Un pointeur laser est un laser Nd:YVO4 DPSS. Le Nd-YAG peut être aussi fabriqué pour
émettre à sa longueur d'onde non-principale. La ligne à 946 nm est typiquement utilisée pour les "pointeurs laser
bleus" DPSS, où elle est doublée à 473 nm.
Laser Nd-YAG
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Spécifications technique
Propriétés physique et chimique du Nd:Yag
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Formule: Y3AI5O12
Masse moléculaire: 596.7
Structure cristalline: Cubique
Dureté: 8 - 8.5 (Moh)
Point de fusion: 1950 °C (3540 °F)
Densité: 4.55 g·cm-3
Optique - Indice de réfraction du Nd:YAG
Longueur d’onde (μm)
0.8
0.9
1.0
1.2
1.4
Index n (25 °C)
1.8245
1.8222
1.8197
1.8152
1.8121
Propriétés du Nd:YAG à 25 °C (avec 1% Nd)
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Formule: Y2.97Nd0.03AI5O12
Poids du Nd: 0.725%
Atomes de Nd / cm3: 1.38 x 1020
Longueur d’onde: 1064 nm
Transition: 4F3/2 >> 4I11/2
Durée de fluorescence: 230 μsec
Conductivité thermique: 0.14 W cm-1 K-1
Chaleur massique: 0.59 Jg-1 K-1
Dilatation thermique: 6.9 x 10-6°C-1
dn / dt: 7.3 x 10-6°C-1
Module de Young: 3.17 x 104 Kg / mm-2
Coefficient de Poisson: 0.25
Résistance au choc thermique: 790 Wm-1
Références
• A.E. Siegman, Lasers, (Univeristy Science books 1986). ISBN : 0-935702-11-3
• W. Koechner, Solid-State Laser Engineering", Springer-Verlag 1992. ISBN : 0-387-18747-2
• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « laser Nd:YAG
laser [3] » (voir laser la liste des auteurs [3])
Note
[1] A. Yariv Quantum Electronics, (3e édition, Wiley) (1989). ISBN 0-4716-0997-8. Voir plus particulièrement : §10.3, p. 208-211.
(en) Eric J. Lerner, « Laser displays move from the amphitheater toward the living room », dans Laser Focus World, mai 2002 [ texte
intégral (http:/ / www. laserfocusworld. com/ display_article/ 142876/ 12/ none/ none/ Feat/
-Laser-displays-move-from-the-amphitheater-toward-the-living-roo) ]
[3] http:/ / en. wikipedia. org/ wiki/ Nd:YAG
[2]
Sources et contributeurs de l’article
Sources et contributeurs de l’article
Laser Nd-YAG Source: http://fr.wikipedia.org/w/index.php?oldid=56796774 Contributeurs: Alain r, Alix91, Archibald Tuttle, Badmood, Epop, Gatien dB, Grimlock, Kilom691, Kropotkine
113, LUDOVIC, Lomita, Mathieu Perrin, Romanc19s, X2bf3, 9 modifications anonymes
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