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Diveloppement d,,un loscr IVd: YAG stabtllisi : les comportemcnts dyna,miques 16T Ce phdnomdne est illus la figure 2El8: tre Ie l'enregistrement specrre a".our.rr, a""t-tl-dans Ia i gauche ph'otodiode mon- avec et sans *"..rr,""urrr"ll utilisde dans Il boucle d'asser"issement, la suppression Le spectre de droite ."",'1: l-t ].-"i,"1t"*" tlu signal d'e*eur. .T f"T'"T: : :::l mnlili j"ff . jT:::.",.1, " o " as e r ( mes u ri, u r diode laser: i: le laser est asservi. "" ";;; ;;;::l'Ti:ff:: Le deuxiime probllme vient des oscillations de rela milieu Nd:yAG dans une boucle d,asservissement pour l"tllT- -'fi lt on inclut le menrionn6 ci-dessus, la r6ponse oscillatoire a,r rrriti"u joo"tilt,o],.til::"T.t:il: de transfert de la boucle. Il n,est pas pratique d.,ajouter un ftllre compensateur parce que 'es c arac t6ris t iques de l'osci'ation de reiaxation sont des fonctions des paramitres (variables) du laser Nd:yAG. L'asseruissement atec un modulateur acousto-opt;que.. Une m€thode plus attrayante emploie un modulateur acousto-optique. Jusqu,i des fr6quences compa_ rables i, l'inverse du temps de transit d'une onde acoustique entre le transducteur et le milieu du faisceau (a: 1 ps), l'intensiti de lumilre diffractde par effet Bragg est une fonction lindaire de I'amplitude des ondes acoustiques fyariv,76l. Cette amplitude est r6glde en changeant le niveau de |oscifiateur qui contr6re re modurateur. un mdlangeur est employ6 pour changer le niveau de I'oscillateur qui contrdle le cristal acousto-optique. Les autres ildments du systdme d'asservissement sont identiques avec I'asservissement de fr6quence, discut6 dans ra sou.s-section suivant. La bande.passante du systime est i peu pres 200 KHz; la Egure 2Dl9 montre un spectre du bruit de puissance du laser Nd:yAC libre et asservi. Les fluctuations de fr6queuce La limite fondamentare du bruit de friquence est ddterminde par la nature statis- tique du nombre de photons dans la cavii6 [Schawlow,Sgl. Le mouvemeni des miroirs i cause du bruit thermique (voir la seciion Sourcec d,e 6ruil) est uneautre source certaine deg fluctuations de fr€quence. une troisiime source interne de bruit vient des oscillations de relaxation: si la fr6quence d'oscillation du laser n,est pas centr{ie sur la fr6quence de la transition atomique, I,indice optique est une lonction de I'inversion de population. Ceci donne une sensibilii6 d" l" longu"u. optique, et par cons6quence de la fr6quence, aux oscillations de relaxaiion. Jusqu,i, main_ tenant, toutes nos mesures ont €ti domindes par deux autres bruits: aux basses
170 Les fluctuations de lri.quencc r€sonance ir-. Ceci permei iecalcul d,un mouvement i cause d,une force 6p, . rl,,'; Ia perturbation risurtante de ra fr6quence laser (avec une cavit6 de longueur r) esi " |EA^ 6f . = Al u2^fvt^ ce qui donne pour quelques chifres typiques (A^ - IO-s m2, M^:10-l kg, u,n = 21t'l0OO Hz, I = lO-t m) encore 6/ = f00 Hz pour le seuil auditif. Ces chiflres donnent naturellement seulement I'ordre de grandeur des efets. Le niveau de bruit pour tous les deux, bruits micaniques et acoustiques, monte rapidemeni lorsque la frdquence diminue. Un spectre du bruit de frdquence du Iaser Nd:YAGest montr6 dans Ia figure lE2E. L'asservissement en frdquence La mesure des fluctuations de lriquence; Nous employons une cavit€ Fabry- Perot en r6flexion ([Pound'a6], {Drever'831) pour convertir les changements d.e fr6quence en changements de puissance, qui peuvent 6tre d€tect6s avec une photo_ diode. une eiquisse du systdme de mesure est donnie dans Ia figure 2E20. un sch6ma modulaiion-ddmodulation, identique en principe i celui d6crit daas la section Ditection de signa!, est employi pour gatantir que Ia mesure est faite aux friquences ori le bruit en puissance est limit6 par le bruit de photons. Une cellule de Pockels PC impose i Ia lurnilre une modulation en phase i, haute fr€quence. Le faisceau qui est polaris6 rin€airement, passe ir travers le s6parateur de porarisation SP et est converti i la polarisation circulaire par la lame ,A/4,. La lentille L sert i, adapter Ie faisceau laser au mode TEM6e de la cavit6 Fabry-perot. La lumilre riflechie est de polarisalion circulaire opposde, ei apris avoir travers6 la lame \/1, prend une polarisation liniaire, orthogonale i la polarisaiion originelle, et est r6flechie par le s6parateur. Cette lumiire tombe sur la photodiode pD, et le photocourant rdsultant est converti en tension par l,amplificateur Arnp, et ddmoduli par Ie milangeur M. La phase de la modulation haute_fr6quence de la lumilre r€flechie est une forte fonction de la difiirence de fr.quence entre la fr€quence de risonance de la caviti Fabry-perot et ra fr6quence de Ia rumi]re i ;
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