Laser au dioxyde de carbone

Le laser au dioxyde de carbone (laser au ) est un des plus anciens développé par Kumar Patel dans les laboratoires Bell en 1964 et il garde encore de nos jours de très nombreuses applications. vignette|centré|upright=3|Schéma de principe d'un laser au dioxyde de carbone (). Les lasers au dioxyde de carbone en mode continu ont une grande puissance et sont aisément disponibles. Ils sont également très efficaces ; le rapport entre la puissance de pompage (puissance d'excitation) et la puissance de sortie atteint 20 %. Les lasers au émettent dans l'infrarouge, leur bande de longueur d'onde principale étant centrée entre 9,4 et (micromètres). Le milieu amplificateur est un gaz — refroidi par un circuit d'eau dans le cas des grandes puissances — dans lequel on fait une décharge électrique. Le gaz utilisé dans le tube à décharge se compose de : dioxyde de carbone (), environ 10 à 20 % ; diazote (N2), environ 10 à 20 %, dihydrogène (H2) et/ou xénon (Xe), quelques pourcents, généralement uniquement dans un tube fermé ; hélium (He) en quantité nécessaire pour compléter. Les proportions varient selon le type précis de laser qu'on souhaite obtenir. L'inversion de population dans le laser est réalisée selon la séquence suivante : la collision avec un électron induit un état excité vibratoire dans le diazote. Comme le diazote est une molécule homonucléaire diatomique, son potentiel est pratiquement isotrope dans l'état fondamental. Sans excitation électronique, ses niveaux d'excitation vibratoires sont métastables et ont une grande durée de vie, ce qui ne permet pas de transfert radiatif spontané. ; le transfert de l'énergie de collision entre le diazote et le dioxyde de carbone induit une excitation vibratoire du dioxyde de carbone avec une énergie suffisante pour conduire à l'inversion de population souhaitée pour le fonctionnement du laser ; les molécules restent dans un état excité inférieur. Le retour à leur état fondamental se fait par collision avec des atomes d'hélium froids.