Le laser et ses applications

Exposé originel fait en janvier 2008 par

Eliška Kyselková et Duong Le Bachavec quelques modifications postérieures

par Vojtěch Beneš

Le laser

LASER = Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

En français : Amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement

Objectifs de cet exposé

1) Les propriétés de la lumière laser

2) Le principe de fonctionnement– description– pompage optique– émission stimulée– amplification

3) Les types

4) L’observation, la sécurité

5) Les applications

Le faisceau laser est

• strictement monochromatique (une seule longueur d‘onde, les photons qui sortent sont identiques)

• directif (le faisceau est cylindrique, toujours de même épaisseur, il ne diverge pas)

• de haute puissance (l‘énergie lumineuse est concentrée sur une surface très petite)

• cohérent (la vibration dans un point du faisceau est en corrélation avec la vibration dans un autre point, cette lumière peut interférer)

1) Les propriétés de la lumière laser

http://www.youtube.com/watch?v=vUcWqgbn7fA

Remarque : Directivité du faisceau laser

Lampe ordinaire

… le faisceau est divergent

Laser … le faisceau est cylindrique

2) Principe de fonctionnementConstruction du laser

1 - milieu excitable (gaz ou cristal

2 - énergie de pompage (décharge électrique)

3 - miroir totalement réfléchissant

4 - miroir semi-réfléchissant

5 - faisceau laser

Remarque : Emission de la lumière

h = E‘ – E

Un atome émet de la lumière (un photon) quand il passe d‘un niveau énergétique excité E‘ à un niveau énergétique inférieur E.

L‘énergie du photon émis :

Principe de fonctionnementNiveaux d‘énergie du laser He-Ne

niveau fondamental

niveau excité instable niveau excité méta-stable

niveau excité instable

E

1

2

2

3

photon émis

Pompage optique

• Normalement, la plupart des atomes sont dans le niveau énergétique fondamental.

• Grâce à la décharge électrique dans le milieu actif, on excite des atomes.

1

• On réalise ainsi une inversion de population (la plupart des atomes sont dans le niveau excité méta-stable)

Émission spontanée

• Un électron, dans un niveau excité, peu revenir spontanément dans un état énergétique inférieur.

• Ce phénomène est aléatoire et imprévisible 

• La transition engendre un photon infrarouge (invisible).

22

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Émission stimulée

La désexcitation stimulée de l‘atome est

• déclenchée par un photon incident d‘énergie h = E‘ – E,

• le photon émis est identique au photon incident (même fréquence et direction),

• les deux photons représentent des ondes qui vibrent en phase la lumière laser est cohérente.

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Principe de fonctionnementAmplification

• un photon passe plusieurs fois par le milieu actif du résonateur• il engendre une avalanche de photons identiques

Les types du laser

Le laser à rubis (milieu actif = cristal de rubis)

Les types du laser

Le laser helium - néon

(milieu actif = mélange de He + Ne gazeux)

Schéma

Observation du faisceau laser

Observation du faisceau laser

• Méthode:- par un écran ou une feuille de papier

blanc (fig.1)

- par des particules solides (fig.2 et 3)

- dans l‘air

- par une lentille cylindrique

Sécurité

• Attention!!!

à vos yeux

• Symbole de danger

Dans la vie pratique• Médecine

• Industrie

• Technologie (mesure de la distance T-L)

• Fusion nucléaire

• Les télécommunications

• Construction des tunnels

• Discothèque, concerts

• http://www.youtube.com/watch?v=AOoh3wxOwQk&feature=related

Le Prix Nobel de Physique

1918 : Max Carl Ernst LudwigPlanck

En témoignage des services rendus à l'avancement de la physique par la découverte des quanta d'énergie.

1922 : Niels Henrik David Bohr

Pour ses contributions à la recherche sur la structure des atomes et sur le rayonnement qu'ils émettent

1964 : Николай Геннадиевич БасовАлександр Михайлович Прохоров

Pour des travaux fondamentaux dans le domaine de l'électronique quantique, conduisant à la construction d'oscillateurs et d'amplificateurs basés sur le principe du maser-laser.

1966 : Alfred Kastler

Pour la découverte et le développement de méthodes optiques pour l'étude des résonances hertziennes dans les atomes (pompage optique)

1971 : Dennis Gabor

Pour son invention et son développement de la méthode holographique

1981 : Nicolaas Bloembergen

Pour la contribution au développement de la spectroscopie laser

1997 : Steven Chu

Claude Cohen-Tannoudji

William D. Phillips

Pour le développement de méthodes pour refroidir et piéger des atomes avec la lumière laser.