15W pulsed laser experiments

 

LASER A SEMI CONDUCTEUR

 

LASERS A SEMI-CONDUCTEURS : Diodes laser.

 

Les diodes laser les plus faciles à approvisionner sont celles sur 780 nm (infrarouge) qui équipent les lecteurs de disques compacts, les « graveurs » informatiques, les imprimantes laser etc. etc. Elles peuvent fonctionner en continue. Elles comportent une cavité résonnante formée d’une minuscule jonction prismatique de semi conducteurs (alliages de galium) fermée par des facettes réfléchissantes. Le rayonnement aux extrémités de la cavité est produit avec une divergence initiale de 10° à 40° suivant les axes. Cette divergence est surtout importante dans le plan perpendiculaire à la jonction. Cela donne au faisceau une section elliptique. L’utilisation d’une lentille convergente asphérique de focalisation externe est donc indispensable pour obtenir un faisceau extrêmement intense et étroit. Ces diodes ne passent d’une émission incohérente type LED à une émission type laser qu’à partir d’une intensité assez proche de la valeur de leur courant de destruction. Cette limite critique varie beaucoup suivant la diode et la température. Il faut donc limiter soigneusement le courant crête pendant la modulation. Pour maintenir le point de fonctionnement du laser dans les limites souhaitées, les constructeurs intègrent à l’intérieur du boîtier une photodiode de contrôle permettant de réaliser une boucle d’asservissement et de régulation. La puissance des diodes laser CWM peut aller du milliwatt à plus de cinq watts suivant les modèles ! C’est avec ce type de diodes qu’il est préférable de réaliser les premiers montages et essais.

 

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Le mode laser se produit à partir d’une certaine intensité. La puissance optique croit ensuite avec une pente de 0,2 à 1mW/mA suivant les modèles. Ce seuil varie beaucoup avec la température. On claque très facilement une diode au moindre excès de courant et si une tension inverse supérieure à 2 V est appliquée.

 

CONSTRUCTION D'UN PETIT EMETTEUR LASER.

Réaliser un émetteur laser modulé en amplitude est très simple. Le schéma ci-après évite tout risque de destruction de la diode laser. Il peut être adapté à tous les types de diode grâce au réglage d'une seule résistance. C'est un limiteur de courant qui fixe la valeur maximale de l'intensité quelque soient les variations de la tension d"alimentation et la valeur du taux de modulation. La modulation est assurée par un transistor qui dérive plus ou moins le courant limité suivant les variations du signal audio injecté à l'entrée (Il faut env. 500 mV r.m.s. BF sur 100 ohms). La première étape des réglages consiste, avec le transistor de modulation BC109 retiré, à mesurer le courant total du montage en ajustant Rx pour 90% du courant maximum toléré dans la diode (à relever sur les courbes du constructeur). Cette opération doit être faite avec un fil de dérivation protégeant la diode. Il suffit ensuite de couper ce fil après avoir soudé le transistor BC109 puis de régler sa polarisation pour faire tomber la puissance du faisceau laser à environ 50% de sa valeur maximale. (une photodiode BPW34 donne environ 1 mA de courant pour 5 mW sur 650 nm) Dans le cas d'une diode infrarouge, le réglage de la concentration du faisceau par ajustement de la distance entre la lentille et le laser doit être réalisé en examinant le spot à bonne distance sur un écran à l'aide d'un monitor vidéo et d'une caméra infrarouge.

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SECURITE.        warning

 

En raison des propriétés de la lumière laser, le cristallin peut concentrer sur la rétine le rayonnement suivant une surface extrêmement petite. Regarder un laser directement ou par réflexion sur des objets situés à courte distance du point d’émission est très dangereux pour la vue même et surtout si ce faisceau est invisible comme dans l’infrarouge. Dans tous les cas un laser (même si P < 5 mW) ne doit pas être dirigé vers des personnes proches ou des surfaces réfléchissantes environnantes. Le port de lunettes de protection adaptées pendant les essais et la mise au point d’un équipement laser est recommandé. Pour réaliser des essais indirects par réflexion, sur les nuages par exemple, des puissances supérieures à 5 mW sont parfois utiles. Dans ce cas l’utilisation de grosses lentilles de sortie d’au moins 80 mm de diamètre est obligatoire pour donner au faisceau un diamètre de départ très important (beam expender). On réduit de cette manière la densité du rayonnement à courte distance et on diminue ainsi les risques sans les supprimer. La mise en service d’un laser engage la responsabilité de son utilisateur vis-à-vis des risques de blessures de la rétine qui peuvent être causées aux observateurs proches !

La densité de puissance ne doit jamais dépasser le dixième de milliwatt par millimètre carré à toutes distances du dispositif laser.




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