L.A.S.E.R. = Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
Amplification de la Lumière par Emission Stimulée de Radiation
Théories fondamentales
- Mécanique quantique (≃1910)
- Physique du solide (≃1920)
Principe théorique
Applications
- Usinage
- Lecture codes barres, DVD...
- Télécommunications (fibres optiques)
- Refroidissement d’atome par laser
- Fusion nucléaire contrôlée par laser megajoule
- Mesure de vitesse et de distance
Principe de fonctionnement d’un laser
- Le milieu amplificateur : il est composé d’atomes ou molécules (ions de chrome dans une matrice solide pour le laser à rubis ; gaz ; semi-conducteurs…) contenu dans une cavité Fabre-Perot.
- Le pompage : Action qui consiste à obliger une majorité d’électron des atomes (ou molécules) à occuper un état excité plutôt qu’un état fondamental : on effectue une inversion de population (plus de détails ci-dessous). Cette opérateur nécessite une source d’énergie extérieure (un générateur électrique ou un autre laser)
- Le miroir de sortie (rectangle blanc) : il est semi-réfléchissant à 99 %. Cela signifie qu’une petite partie seulement de l’onde va être transmise. La majeur partie du signal va être réfléchie pour revenir dans le milieu amplificateur.
Mais qu'est ce que l'inversion de population ?
En première, nous voyons les mécanismes d’absorption et d’émission des photons pour un objet opaque avec le modèle atomique de bohr.
En 1917, Einstein proposa une expérience de pensée, « pour le plaisir », en se demandant ce qu’il se passerait si un atome déjà excité venait à rencontré un photon ? Il expliqua l’ « émission stimulée » ainsi :
L’électron peut se « désexciter » vers le niveau fondamental grâce à un photon …
… qui sera alors amplifiée.
Le générateur fournit de l’énergie aux électrons pour que l’ensemble de leur population se retrouve sur un niveau excité et non plus le fondamental : c’est l’inversion de population.
Les électrons ne vont pouvoir se désexciter que sous l’effet de photons qui proviennent de l’onde qui a fait demi-tour pour revenir dans le milieu amplificateur.