Qu'est-ce que « Cavité laser » ?

Exemple 23.11 (Le laser hélium–néon)

Un tube de verre long de $30\,\mathrm{cm}$, d’alésage $1\,\mathrm{mm}$, contenant de l’hélium et du néon à environ un millième d’atmosphère, traversé par une décharge de quelques milliampères. Les électrons portent l’hélium à un niveau métastable à $20.6\,\mathrm{eV}$, qui cède son énergie par collision à un niveau du néon à presque exactement la même hauteur ; de là le néon retombe sur un niveau inférieur (se vidant vite vers le fondamental — quatre niveaux) en émettant à $632.8\,\mathrm{nm}$. Le gain petit signal est minuscule, quelques pour cent par passage, de sorte que les miroirs doivent être excellents ($R_1 = 0.999$, $R_2 = 0.99$) et le tube propre ; la raie de gain est élargie par effet Doppler jusqu’à $\Delta\nu \approx 1.5\,\mathrm{GHz}$, les modes sont espacés de $c/2L = 500\,\mathrm{MHz}$, de sorte que deux ou trois modes oscillent à la fois. Sortie $1\,\mathrm{mW}$ pour plusieurs watts de décharge : rendement $10^{-4}$ ; mais une longueur d’onde définie à $10^{-6}$ près et un faisceau qui reste large de $1\,\mathrm{mm}$ à travers le laboratoire.

Exemple 23.14 (Couper, lire, pointer)

Un laser à dioxyde de carbone de $1\,\mathrm{kW}$ à $10.6\,\text{µ}\mathrm{m}$, de rayon de faisceau $10\,\mathrm{mm}$, focalisé par $f = 100\,\mathrm{mm}$ : $w_0' = 34\,\text{µ}\mathrm{m}$, éclairement maximal $2P/\pi w_0'^2 = 5 \times 10^{11}\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ — l’acier bout. Un pointeur de $1\,\mathrm{mW}$, $w_0 = 0.5\,\mathrm{mm}$ à $633\,\mathrm{nm}$ : $\theta = 0.4\,\mathrm{mrad}$, une tache de $4\,\mathrm{cm}$ à $50\,\mathrm{m}$, un éclairement de $2.5\,\mathrm{kW}/\mathrm{m}^{2}$ à la sortie — au-dessus de la lumière solaire, ce qui explique pourquoi même un milliwatt ne doit jamais entrer dans un œil : le cristallin le focaliserait en une tache de $10\,\text{µ}\mathrm{m}$ sur la rétine, à des millions de watts par mètre carré. Un lecteur de disque à $650\,\mathrm{nm}$ avec une lentille d’ouverture numérique $0.6$ focalise en environ $\lambda/2\mathrm{NA} \approx 0.5\,\text{µ}\mathrm{m}$, la taille d’une cuvette.