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Faisceau gaussien

1960
Machine de découpe laser utilisant un faisceau gaussien dans un laboratoire d'optique.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Un faisceau gaussien est un faisceau de rayonnement électromagnétique dont le champ électrique transversal et la distribution d'intensité sont décrits par des fonctions gaussiennes. Il s'agit du profil de sortie le plus courant pour les lasers fonctionnant en mode transverse fondamental (TEM00). Ce profil permet au faisceau de rester fortement focalisé sur une longue distance et représente le cas idéal pour une haute qualité de faisceau.

Le faisceau gaussien est une solution de l'équation de Helmholtz paraxiale, qui est une approximation des équations de Maxwell pour les faisceaux qui ne divergent pas rapidement. L'intensité [latex]I(r, z)[/latex] d'un faisceau gaussien en fonction de la distance radiale [latex]r[/latex] à partir du centre du faisceau et de la distance axiale [latex]z[/latex] à partir de son point le plus étroit (le « taille du faisceau ») est donnée par [latex]I(r, z) = I_0 left(frac{w_0}{w(z)}right)^2 expleft(frac{-2r^2}{w(z)^2}right)[/latex]. Ici, [latex]I_0[/latex] est l'intensité maximale au niveau du faisceau, [latex]w_0[/latex] est le rayon du faisceau (où l'intensité chute à [latex]1/e^2[/latex] de sa valeur axiale), et [latex]w(z)[/latex] est le rayon du faisceau à la distance [latex]z[/latex].

Les principaux paramètres décrivant un faisceau gaussien incluent le rayon du faisceau (w_0), le Rayleigh La portée (z_R), qui correspond à la distance sur laquelle le faisceau reste relativement collimaté, et l'angle de divergence (θ), qui décrit la vitesse à laquelle le faisceau s'étale en champ lointain, sont des paramètres interdépendants. Un faisceau plus étroit induit un angle de divergence plus important, conséquence de la diffraction. La qualité d'un faisceau laser réel est souvent décrite par le facteur M², qui compare le produit de ses paramètres (rayon de la taille du faisceau × divergence en champ lointain) à celui d'un faisceau gaussien idéal, pour lequel M² = 1. Le profil gaussien est recherché car il permet une focalisation minimale pour une longueur d'onde donnée, maximisant ainsi l'intensité.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Optique

Taper

Système abstrait

Perturbation

Fondamentaux

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Les équations de Maxwell de l'électromagnétisme
  • Principe de diffraction de Huygens-Fresnel
  • développement de résonateurs laser qui supportent naturellement un mode fondamental

Applications

  • Découpe et soudage au laser
  • fibre optique couplage
  • pointeurs laser
  • lecteurs de codes-barres
  • piégeage optique (« pinces optiques »)
  • systèmes de communication laser

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • Faisceaux de Bessel pour la réparation automatique des voies optiques en microscopie
  • Faisceaux de Laguerre-Gauss transportant un moment angulaire orbital pour la communication optique
  • faisceaux aériens qui se propagent le long d'une trajectoire courbe
  • lumière structurée pour la manipulation et le piégeage optiques avancés
  • Les techniques de microscopie à super-résolution comme le STED permettent de concevoir des formes de faisceau.
  • Micro-usinage laser femtoseconde utilisant des faisceaux non diffractants
  • faisceaux tracteurs utilisant des champs optiques façonnés
  • Pinces optiques holographiques pour la manipulation simultanée de plusieurs particules
  • systèmes d'optique adaptative qui corrigent les distorsions du faisceau en temps réel
  • Microscopie de fluorescence à feuille de lumière pour l'imagerie douce d'échantillons biologiques
En lien avec : faisceau gaussien, profil de faisceau laser, EM00, taille du faisceau, portée de Rayleigh, divergence du faisceau, M², approximation paraxiale, diffraction, qualité du faisceau.

Contexte historique

Faisceau gaussien

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1960-05-16
1962
1963
1964

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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