Le fonctionnement pulsé des lasers fait référence à tout laser non classé comme à onde continue, de sorte que la puissance optique apparaisse sous forme d'impulsions d'une certaine durée à un certain taux de répétition. Cela englobe un large éventail de technologies répondant à un certain nombre de motivations différentes. Certains lasers sont pulsés simplement parce qu'ils ne peuvent pas fonctionner en mode continu.
Dans d'autres cas, l'application nécessite la production d'impulsions ayant la plus grande énergie possible. Étant donné que l’énergie des impulsions est égale à la puissance moyenne divisée par le taux de répétition, cet objectif peut parfois être atteint en diminuant le taux d’impulsions de manière à ce que davantage d’énergie puisse être accumulée entre les impulsions. Lors de l'ablation au laser, par exemple, un petit volume de matériau à la surface d'une pièce peut être évaporé s'il est chauffé très rapidement, tandis que fournir progressivement l'énergie permettrait à la chaleur d'être absorbée dans la plus grande partie de la pièce. pièce, n'atteignant jamais une température suffisamment élevée en un point particulier.
D'autres applications s'appuient sur la puissance de crête (plutôt que sur l'énergie dans l'impulsion), notamment pour obtenir des effets optiques non linéaires. Pour une énergie d'impulsion donnée, cela nécessite de créer des impulsions de la plus courte durée possible en utilisant des techniques telles que la commutation Q.
La largeur de bande optique d'une impulsion ne peut pas être plus étroite que l'inverse de la largeur d'impulsion. Dans le cas d'impulsions extrêmement courtes, cela implique l'utilisation d'un laser sur une largeur de bande considérable, ce qui est tout à fait contraire aux largeurs de bande très étroites typiques des lasers à ondes entretenues. Le milieu laser de certains lasers à colorant et lasers à semi-conducteurs vibroniques produit un gain optique sur une large bande passante, ce qui permet de créer un laser qui peut ainsi générer des impulsions lumineuses ne dépassant pas quelques femtosecondes (10-15 s).
Q-commutation
Dans un laser Q-switch, l'inversion de population peut s'accumuler en introduisant une perte à l'intérieur du résonateur qui dépasse le gain du milieu; Ceci peut également être décrit comme une réduction du facteur de qualité ou «Q» de la cavité. Ensuite, une fois que l’énergie de la pompe stockée dans le milieu laser a atteint le niveau maximum possible, le mécanisme de perte introduit (souvent un élément électro- ou acousto-optique) est rapidement supprimé (ou se produit seul dans un dispositif passif), permettant le laser pour commencer qui obtient rapidement l’énergie emmagasinée dans le milieu à gain. Il en résulte une impulsion courte incorporant cette énergie, et donc une puissance de pointe élevée.
Verrouillage de mode
Un laser à mode verrouillé est capable d'émettre des impulsions extrêmement courtes, de l'ordre de la dizaine de picosecondes, à moins de 10 femtosecondes. Ces impulsions se répètent au moment du trajet aller-retour, c'est-à-dire au temps nécessaire pour effectuer un aller-retour entre les miroirs comprenant le résonateur. En raison de la limite de Fourier (également appelée incertitude énergie-temps), une impulsion d’une longueur aussi courte a un spectre étalé sur une largeur de bande considérable. Ainsi, un tel milieu à gain doit avoir une largeur de bande de gain suffisamment large pour amplifier ces fréquences. Un exemple de matériau approprié est le saphir (Ti: saphir), dopé au titane, obtenu artificiellement, qui a une très large largeur de bande de gain et peut ainsi produire des impulsions d’une durée de quelques femtosecondes.
Ces lasers à mode verrouillé sont un outil extrêmement polyvalent pour la recherche de processus intervenant à des échelles de temps extrêmement courtes (connues sous le nom de physique femtoseconde, chimie femtoseconde et science ultra-rapide), afin de maximiser l'effet de la non-linéarité dans les matériaux optiques conversion ascendante, oscillateurs paramétriques optiques et similaires). En raison de la grande puissance de crête et de la possibilité de générer des trains d'impulsions laser ultrarapides et stabilisés en phase, les lasers ultra rapides à verrouillage de mode sous-tendent les applications de métrologie de précision et de spectroscopie. [12]
Pompage pulsé
Une autre méthode permettant de réaliser un fonctionnement laser pulsé consiste à pomper le matériau laser avec une source elle-même pulsée, soit par chargement électronique dans le cas de lampes flash, soit par un autre laser déjà pulsé. Le pompage pulsé était traditionnellement utilisé avec les lasers à colorant où la durée de vie inversée de la population d'une molécule de colorant était si courte qu'une pompe haute énergie et rapide était nécessaire. Pour résoudre ce problème, il fallait recharger de gros condensateurs qui devaient ensuite se décharger via des lampes flash, produisant un flash intense. Le pompage par impulsions est également requis pour les lasers à trois niveaux dans lesquels le niveau d’énergie le plus bas devient rapidement très peuplé, empêchant la poursuite de l’aération jusqu’à ce que ces atomes se détendent à l’état fondamental. Ces lasers, tels que le laser excimer et le laser à vapeur de cuivre, ne peuvent jamais fonctionner en mode CW.
