J. Phys. France 42, 1623-1639 (1981)
DOI: 10.1051/jphys:0198100420120162300

Théorie d'un faisceau gaussien dans un laser à gaz

G. Stephan et H. Taleb

Laboratoire de Spectroscopie, Université de Rennes, Avenue du Général-Leclerc, 35042 Rennes Cedex, France

Abstract
The amplifying médium of a laser is not homogeneous due to transversal and longitudinal variations of saturation. We give a perturbation theory which allows the calculation of the conséquences of this inhomogeneity on the non perturbed fundamental Gaussian eigen-mode of a homogeneous cavity. This theory predicts that two parameters characterizing the output beam have asymmetric variations in frequency : the intensity on the laser axis has its minimum on the higher side frequency and the diameter of the mode has its minimum on the other side. This results in a dependence of the shape of the measured line νs. frequency upon the position and the area of the detector. The theoretical discussion is illustrated by numerical calculations using the 3.39μ line of Ne as an example and for several values of the geometrical parameters of the cavity.

Résumé
Le milieu amplificateur d'un laser n'est pas homogène à cause des variations transversale et longitudinale de la saturation. Nous donnons une théorie de perturbation permettant de calculer les conséquences de cette inhomogénéité sur le mode propre gaussien fondamental non perturbé d'une cavité homogène. Cette théorie permet de prévoir que deux paramètres caractéristiques du faisceau de sortie ont des variations dissymétriques en fréquence : l'intensité sur l'axe du laser a son minimum du côté des hautes fréquences et le diamètre du mode a son minimum de l'autre côté. Il en résulte que la dimension et la position du détecteur dans le faisceau ont une influence sur la forme de raie mesurée en fonction de la fréquence. La discussion théorique est illustrée par des calculs numériques portant sur la raie 3,39 μ du Ne pour plusieurs valeurs des paramètres géométriques de la cavité.

PACS
4260D - Resonators, cavities, amplifiers, arrays, and rings.
4255L - Gas lasers including excimer and metal-vapor lasers.

Key words
gas lasers -- laser cavity resonators -- laser modes -- laser theory -- optical saturation