L’absorption en optique laser

Les lasers peuvent être absorbés à l’intérieur d’un substrat optique par plusieurs méthodes différentes. Les électrons des niveaux d’énergie discrets des atomes qui composent le milieu optique absorbent les photons radiatifs et sont poussés à des niveaux d’énergie semi-stables et plus élevés. Ces atomes deviennent alors fluorescents et émettent des radiations (photons) par émission spontanée lorsque les électrons retombent à un niveau d’énergie inférieur. La fluorescence involontaire entraîne une perte d’énergie et une interférence avec la détection du signal, ce qui peut être préjudiciable dans les applications d’optique laser. La fluorescence est souvent presque isotrope et rayonne dans toutes les directions, ce qui aggrave la situation. La fluorescence est généralement causée par des impuretés dans le substrat telles que les ions de terres rares.

Par exemple, la silice fondue indice UV présente une transmission élevée dans les spectres UV et visible, mais connaît des baisses de transmission centrées sur 1,4 µm, 2,2 µm et 2,7 µm en raison de l’absorption d’impuretés d’ions hydroxyde (OH-). En revanche, la silice fondue indice IR contient une quantité réduite d’ions OH-, ce qui se traduit par une transmission plus élevée dans le spectre proche infrarouge (Figure 1). Vous trouverez plus d’informations à ce propos dans notre note d’application Silice Fondue indice UV ou IR.

Figure 1 : Données de transmission pour la silice fondue indice UV et IR pour un échantillon de 5 mm d’épaisseur sans coefficient de Fresnel¹

Les milieux optiques peuvent également absorber les rayonnements sous forme d’énergie thermique ou de chaleur. Les points chauds sont des excès localisés de chaleur causés par l’inhomogénéité des matériaux ou par les dommages sous la surface et qui entraînent une dégradation beaucoup plus rapide de l’optique. L’exposition à des rayonnements de haute énergie, tels que les UV ou les rayons X, solarise un matériau, changeant sa couleur et augmentant son absorption en formant des centres de couleur qui absorbent des longueurs d’ondes spécifiques. Il est donc important de comprendre comment, et de quelle manière, différents types de rayonnements, y compris les rayonnements laser, sont absorbés par différents types de verre afin d’atténuer les dommages.

Références

1. “Corning HPFS® 7979, 7980, 8655 Fused Silica.” Corning, February 2014.