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.