Combien de types de laser existe-t-il
et quelles sont les différences ?

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Plans d’une tête laser vue de l’intérieur

Les lasers sont partout autour de nous. Du monde industriel (automobile, outils, oléodynamique, électrodomestique), à celui médical ou encore celui esthétique, aujourd’hui les lasers sont utilisés pratiquement dans tous les domaines parce qu’ils sont polyvalents et permettent de procéder à de nombreux usages : découpe, soudure et marquage laser, retrait des tatouages, interventions aux yeux, épilation, etc. Bien évidemment, les lasers ne sont pas tous égaux et, en fonction de l’application, on choisit le plus adapté avec la source la plus appropriée au but.

Les lasers sont classés en cinq catégories :

De plus, ces cinq types de laser peuvent être divisés en sous-catégories en fonction de leur modalité de fonctionnement : laser à onde continue et laser pulsé. De plus, il existe également plusieurs types de laser pulsés. Le même laser à fibre dédié au marquage peut avoir la durée de l’impulsion variable (version MOPA) pour marquer les plastiques sans ébarbure et brûlure.

Avant d’approfondir les différentes typologies de laser, définissons ce qu’est un laser et comment cela fonctionne.

Qu’est-ce qu'un laser ?

Un laser est un dispositif qui génère de la lumière sous la forme d’un rayon laser. Un rayon laser est différent d’un rayon de lumière puisque ses rayons sont monochromatiques (une unique couleur), cohérents (de la même fréquence et forme d’onde) et collimatés (qui vont dans la même direction).

Les lasers fournissent ces « informations parfaites », idéales pour des applications qui requièrent une précision élevée.

Dans cet article nous avons parlé de l’histoire du laser, de Einstein à Gordon Gould. Nous allons voir concrètement quels sont les composants d’un laser. Un laser est composé de trois composants principaux :

La source d'énergie

La source d’énergie pompe la lumière dans un milieu actif (le milieu actif est le résultat de l’émission stimulée de photons à travers les transitions électroniques ou moléculaires à une couche d’énergie inférieure d’une couche d’énergie supérieure précédemment peuplée par une source). Elle varie en fonction du type du laser. Elle pourrait être une diode laser, une décharge électrique, une réaction chimique, une lampe flash ou d’autres typologies.

Le milieu actif

Le milieu actif émet un rayon de lumière d’une longueur d’onde spécifique si excité par la lumière. On dit que c’est la source du gain optique. Les lasers prennent en général le nom de leur milieu à gain. Dans un laser CO2, par exemple, le milieu à gain est le gaz CO2.

Le résonateur

Le résonateur amplifie le gain grâce à des miroirs qui entourent le milieu à gain. Ceux-ci comprennent des miroirs en vrac dans les lasers à l’état solide, des nuances coupées ou revêtues dans les diodes laser et réflecteurs Bragg dans les lasers à fibre.

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Laser à gaz

Le laser industriel à CO2 est un laser dans lequel un courant électrique est envoyé à travers un gaz pour générer de la lumière à travers un processus connu comme l’inversion de population. Exemples de laser à gaz qui incluent un laser à dioxyde de carbone (CO2), laser hélium-néon, laser à argon, Laser à fluorure de krypton et laser excimer.

Les lasers à gaz sont utilisés dans une grande variété d’applications, dont l’holographie, la spectroscopie, le scanner de codes-barres, les mesures de la pollution atmosphérique, l’usinage des matériaux et la chirurgie laser.

 

Les lasers à CO2 sont probablement les lasers à gaz les plus connus sont utilisés principalement pour le marquage laser, la découpe laser et la soudure laser. LASIT, avec le FlyCO2, réalise des marquages sur des matériaux organiques tels que le bois et le bambou, particulièrement utiles dans le secteur promotionnel.

Laser à l’état solide

Le laser à l’état solide est un laser où le milieu actif est un cristal ou un verre drogué avec des ions, qui se différencie ainsi du laser à colorants qui utiliser un colorant organique, en général une solution liquide, comme milieu d’amplification de la lumière, et du laser à gaz, dans lequel est produite une décharge électrique à travers un gaz opportun (par exemple l’hélium-néon) pour produire de la lumière cohérente.

Laser à fibre

Un laser à fibre est un type spécial de laser à l’état solide qui est une catégorie en soi. Un laser à fibre est un dispositif où « le milieu à gain actif est une fibre optique droguée avec des éléments de terre rare comme l’erbium, l’ytterbium, le néodyme, le dysprosium, le thulium et l’holmium ».

 

Les propriétés de guide de la lumière de la fibre optique sont ce qui rend ce type de laser si différent : le rayon laser est plus petit par rapport à d’autres types de laser, ce qui le rend plus précis. Les lasers à fibre sont également renommés pour leur encombrement réduit, leur bonne efficacité électrique, leur entretien réduit et des coûts de fonctionnement faibles.

 

Les lasers à fibre sont utilisés dans une large gamme d’application, dont l’usinage des matériaux (nettoyage laser, texturisation, découpe, soudure, marquage), médicaments et armes à énergie directe. Dans cet article, nous parlons des avantages du laser à Fibre pour le marquage laser, alors que dans cet article, nous approfondirons la différence entre un laser à fibre et sa version à durée d’impulsion variable (MOPA).

 

Aujourd’hui, le laser à fibre est le plus utilisé pour les applications de marquage et de gravure laser. Il a un effet durable et une qualité élevée sur tous les métaux et sur presque tous les plastiques. Avec cette typologie de système, nous sommes également capables de garantir des marquages très noirs et sans reflet, des demandes en particulier dans le secteur médical (pour des raisons de sécurité) et dans le domaine des appareils électroménagers et de la bijouterie (pour des raisons esthétiques).

 

Une autre typologie de laser qui se distingue pour la durée de son impulsion est le laser picoseconde. Avec le FlyPico, nous réussissons à obtenir des marquages très noirs à haute contraste et sans reflet. C’est particulièrement utile dans le domaine médical (pour des raisons de sécurité) et dans le domaine des appareils électroménagers et de la bijouterie (pour des raisons esthétiques).

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Laser à liquide (laser à colorants)

Les lasers à liquides utilisent un colorant organique sous forme liquide comme milieu à gain. Ils sont également connus comme laser à colorant et sont utilisés dans la médecin laser, dans la spectroscopie, dans le retrait des taches de naissance et dans la séparation des isotopes.

 

Un des avantages des lasers à colorant est qu’ils peuvent générer une gamme bien plus ample de longueurs d’ondes, en les rendant de bons candidats pour être des lasers syntonisables, ce qui signifie que la longueur d’onde peut être contrôlée pendant le fonctionnement.

 

Dans la séparation des isotopes laser, par exemple, les lasers sont syntonisés sur des résonances atomiques spécifiques. Ils sont ensuite syntonisés sur un isotope spécifique pour ioniser les atomes, en les rendant neutres plutôt que chargés négativement ou positivement. Ils sont ensuite séparés par un champ électrique, en obtenant ce qui est appelé une séparation isotopique.

Laser à semi-conducteur (laser à diodes)

Un laser diode (ou LD, de Laser Diode en anglais) est un dispositif optoélectronique capable d’émettre un rayon laser émis par la région active du semi-conducteur avec lequel est réalisé le dispositif. La structure du semi-conducteur est très similaire à celle utilisée dans la réalisation de LED (Light Emitting Diode).

 

Un laser diode, comme de nombreux autres dispositifs électroniques, est composé de matériau semi-conducteur drogué présent sur une couche très fine sur la source de cristal. Le cristal est drogué pour produire une région de semi-conducteur de type n et une région de semi-conducteur de type p, l’une sur l’autre, pour obtenir une jonction PN, c’est-à-dire une diode.

 

Comme dans d’autres types de diodes, lorsque la structure est directement polarisée, les lacunes provenant de la région p sont injectées dans la région n, où les électrons sont les porteurs majoritaires de charge. De manière analogique, les électrons de la région n sont injectés dans la région p, où les lacunes sont les porteurs majoritaires. Lorsqu’un électron et une lacune sont présents dans la même région, ils peuvent se recombiner par émission spontanée, c’est-à-dire que l’électron peut réoccuper l’état énergétique de la lacune, en émettant un photon avec une énergie égale à la différence entre les états de l’électron et de la lacune impliqués. Ces électrons et lacunes injectés représentent le courant d’injection de la diode, et l’émission spontanée donne à la diode laser sous le seuil laser des propriétés similaires à une LED. L’émission spontanée est nécessaire pour commencer l’oscillation laser, mais est la cause d’une inefficacité une fois que le laser est en oscillation.

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