Stabilisation des modes d’un laser He-Ne

En 2016, pour compléter mon projet d’interféromètre de Michelson, j’avais acheté un laser HeNe en kit, sur ebay. Le tube était tout nu, le power supply était fourni, et le tout venait avec des pièces d’électronique pour stabiliser les modes de polarisation du laser. Puisque la polarisation avait peu d’impact dans mon interféromètre, j’ai simplement utilisé le tube tel quel, en obtenant des bons résulats (ma vidéo ici : https://youtu.be/Cea9mbSiblM )

Récemment, dans mon expérience avec mon polarimètre, j’ai observé une oscillation entre deux polarisations linéaires orthogonales. Le tout se comporte comme si le système est une somme de deux ondes avec une polarisation en x et y (selon une orientation spatiale arbitraire autour de l’axe du faisceau) qui oscillent. En lisant un peu, justement sur le site du kit de stabilisation, j’ai compris que lorsque le laser se réchauffe, le gain est plus élevé pour une polarisation qu’une autre, ce qui fait qu’elle domine momentanément l’émission. Puisque le tube contenant le gaz est à l’intérieur d’un autre tube, ce réchauffement prend une éternité et est soumis aux variations des conditions environnementales (convection, etc.). L’idée de sliconsam (pseudo sur ebay) alias repairfaq.org, est de chauffer le tube en se régulant sur les valeurs des deux polarisations. Pour cela, il utilise un polarizing beam splitter cube orienté de manière à respecter l’orientation naturelle des deux modes du laser. Les instructions se trouvent ici : http://repairfaq.org/sam/manuals/stabins5.htm

Le schéma électronique est le suivant :

Source : http://www.repairfaq.org/sam/uSLC1/uSLC1.htm

Une fois assemblé, ça ressemble à ceci :

J’ai rajouté un ampli transimpédance pour diminuer le bruit. Mon montage optique ressemble à un gros blob de colle, et fixé avec un tie-wrap sur le miroir du faisceau secondaire (ne le dites pas à personne, c’est un peu gênant).

Optique et électronique pour la stabilisation du laser. En vert, le miroir du laser, le cube dépasse un peu du motton de colle chaude. Les deux photodiodes sont à même la surface. Le tout tient à un angle d’environ 15degrés par rapport à l’horizontale, défini par la partie du laser qui a l’entrée de remplissage du gaz.

La pièce imprimée en 3D est celle-ci, mais elle marchait moyen, c’était juste pour me donner une base :

$fn=50;
//rotate([0,90,0]){
difference(){
cube([13,15,15],center=true);
#translate([-6.5,-7.5,0]) cube([13,15,10]);
translate([7,0,0]) rotate([0,-90,0]) cylinder(d=6.5,h=5); //miroir du laser
cube([4.5,4.5,4.5],center=true); //polarizing beam splitter
translate([0,-4.5,0]) cube([7,6,4.5],center=true); //photodiode
translate([-4.5,0,0]) cube([5,7,4.5],center=true);
}

Dans la version actuelle de ce kit, siliconsam fournit un pcb qui contient déjà cet assemblage un peu délicat. Mais toujours pas de manière de le fixer au tube. Bref mon montage n’est pas idéal, mais il fonctionne bien. Le résultat final ressemble à ceci (en incluant ma monture pour ajuster les angles et la hauteur déjà assemblée de mon projet d’interféromètre) :

En utilisant le firmware déjà présent sur l’arduino, qui contient entre autres un PWM (je n’ai pas lu tous les détails), j’ai réussi à observer l’évolution du réchauffement. On voit clairement une accélération de l’oscillation lorsque l’on part le heater, puis un ralentissement lorsque l’algo de stabilisation commence à embarquer.

Source : http://repairfaq.org/sam/manuals/stabins5.htm

Contrairement aux promesses, je n’ai pas réussi à obtenir un lock parfait, cela durait quelques minutes, puis le laser sortait de sa zone de stabilité et recommençait à osciller. Peut-être qu’il y a un bug, je vais essayer d’updater le firmware. Il y a aussi le fait que je l’ai utilisé en hiver avec une température externe démesurément basse de notre mois de janvier, dans une pièce propice aux courants d’air. En outre, le tube n’est pas isolé plus qu’il faut. Prochaine étape, faire un boitier pour tout ça qui isole mieux des conditions environnementales tout en permettant la flexibilité du montage. Peut-être que ça aiderait aussi le délai avant l’obtention d’un lock, qui était d’environ 45min-1h. Disons qu’il ne faut pas être pressé avant de faire des mesures! En tout cas, c’est très intéressant d’avoir un laser contrôlé en polarisation, pouvant fournir l’une ou l’autre sur demande, avec une stabilité en intensité qui dure plusieurs minutes.

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée.