Introduction: Qu’est-ce que le laser à émission de surface à cavité verticale ?
Le laser à émission de surface à cavité verticale (VECSEL) est un type de laser à semi-conducteur qui utilise une cavité à émission de surface pour produire une lumière laser hautement directive. Il se distingue des autres types de lasers à semi-conducteurs en raison de sa conception à cavité verticale qui permet une émission de faisceau plus stable et plus directionnelle. Le VECSEL est capable de produire une gamme de longueurs d’onde laser allant de l’infrarouge moyen à l’ultra-violet.
Le VECSEL a été développé au début des années 1990 comme une alternative aux lasers à émission latérale (Edge Emitting Laser) pour répondre aux besoins des applications industrielles et scientifiques qui nécessitent une haute qualité de faisceau, une haute puissance et une haute efficacité. Le VECSEL a depuis été utilisé dans de nombreuses applications incluant la spectroscopie, la microscopie, la communication optique, la gravure laser, l’impression 3D et la médecine.
Fonctionnement et caractéristiques du laser à émission de surface à cavité verticale
Le VECSEL est constitué d’une couche de semi-conducteur, appelée émetteur de surface, qui est placée perpendiculairement à un miroir de réflexion haute réflectivité, appelé miroir de Bragg, afin de former une cavité de résonance. Un autre miroir de réflexion, appelé miroir de sortie, est placé à l’autre extrémité de la cavité pour permettre la sortie du faisceau laser. Un cristal de gain est placé dans la cavité de résonance pour amplifier la lumière laser.
Lorsqu’un courant électrique est appliqué à l’émetteur de surface, les porteurs de charges (électrons et trous) sont injectés dans le cristal de gain, où ils produisent une émission stimulée de photons. Les photons sont réfléchis entre les deux miroirs de réflexion, amplifiant la lumière laser jusqu’à ce qu’elle soit suffisamment forte pour être émise à travers le miroir de sortie. Les caractéristiques du VECSEL incluent une haute stabilité, une haute pureté spectrale, une haute efficacité, une haute qualité de faisceau et une haute puissance.
Applications du laser à émission de surface à cavité verticale
Le VECSEL est utilisé dans de nombreuses applications, notamment la spectroscopie, la microscopie, la communication optique, la gravure laser, l’impression 3D et la médecine. En spectroscopie, le VECSEL est utilisé pour produire une lumière laser hautement directive et pure, qui est utilisée pour analyser les propriétés des molécules. En microscopie, le VECSEL est utilisé pour produire une lumière laser hautement directive et stable pour l’imagerie à haute résolution.
En communication optique, le VECSEL est utilisé pour produire une lumière laser haute puissance qui est utilisée pour transmettre des données à haute vitesse à travers les fibres optiques. En gravure laser, le VECSEL est utilisé pour graver des motifs fins et précis sur une grande variété de matériaux, y compris le verre, le métal et le polymère. En impression 3D, le VECSEL est utilisé pour produire des objets en utilisant des méthodes d’impression par dépôt de matière fondue (Fused Deposition Modeling).
Exemple d’utilisation du laser à émission de surface à cavité verticale: la microfabrication de dispositifs optiques.
Le VECSEL est utilisé pour la microfabrication de dispositifs optiques, tels que les lasers à cavité verticale, les détecteurs optiques et les amplificateurs optiques. Le VECSEL permet la fabrication de ces dispositifs à haute précision et à haute vitesse, avec une qualité de faisceau élevée.
Par exemple, le VECSEL peut être utilisé pour fabriquer des lentilles de Fresnel en utilisant une technique de gravure laser. Les lentilles de Fresnel sont des lentilles optiques qui permettent de concentrer la lumière en utilisant une surface plate, plutôt qu’une surface incurvée. Les lentilles de Fresnel sont utilisées dans de nombreuses applications, notamment les projecteurs, les télescopes et les loupes.
En utilisant le VECSEL pour la gravure laser, il est possible de créer des motifs fins et précis sur une surface plane, produisant ainsi une lentille de Fresnel. Cette technique permet la fabrication de lentilles de Fresnel de haute qualité à une vitesse élevée, avec une précision élevée et une qualité de faisceau élevée.
