Le laser
Le terme laser est l'abréviation de «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation», c'est-à-dire amplification de lumière par émission stimulée de rayonnement électromagnétique.
Par lumière on désigne la partie du spectre de radiations électromagnétiques s'étendant au sens large de l'ultraviolet à l'infrarouge. Les radiations électromagnétiques sont générées lorsqu'il se produit une modification du mouvement des électrons d'un système.
La lumière peut être considérée comme un ensemble de quanta (quantité d'énergie électromagnétique) émis de manière discontinue qui se meuvent sous la forme de petits faisceaux compacts d'ondes lumineuses. Un tel faisceau d'ondes lumineuses est appelé photon et contient une énergie qui est proportionnelle à sa fréquence v (en hertz) :
E= h.v (loi de Planck)
Avec E, l'énergie du photon (en joules), h est la constante de Planck (en joules secondes) et v la fréquence d’un rayonnement (en hertz),
Principe d'amplification de la lumière :
Les atomes sont constitués d'un noyau et d'un ou plusieurs électrons qui gravitent sur des orbites stables.
Le passage d'un électron d'une orbite de niveau d'énergie E1 à une autre orbite d'énergie supérieure E2 se fait par absorption d'une quantité d'énergie parfaitement définie, qui peut provenir d'une excitation électrique ou d'un flash optique :
E2-E1 = Ephoton
Lorsqu'un électron est situé à un niveau excité, il revient naturellement à son état fondamental en libérant un photon d'énergie égale à Ephoton : c'est l'émission spontanée :
Lorsqu'un photon d'énergie Ephoton = hv excite un électron placé sur l'orbite E2 il y a libération d'énergie sous forme d'un second photon de même énergie et de même phase que le photon incident : il y a alors émission stimulée:
Émission stimulée dans une source laser.
Disposition normale des particules dans un milieu amplificateur de laser (état fondamental).
Les particules sont excitées sous l'effet de l'introduction d'énergie par une source de pompage (une lampe à éclairs, par exemple).
Une partie réduite du rayonnement provoque un effet d'avalanche.
L'oscillation amplifie l'effet.
L'amplification se maintient jusqu'à ce que le faisceau passe par le miroir partiellement transparent.
Représentation schématique des composants d'une source laser
On désigne par laser un appareil qui émet de la lumière. Il est constitué de 3 éléments de base :
- un milieu actif du laser ;
- miroirs de renvoi ;
- une source de pompage.
Deux principes de fonctionnement sont à distinguer: le fonctionnement continu et le fonctionnement en régime pulsé.
- Le fonctionnement en régime continu est obtenu en introduisant en permanence de l'énergie dans le milieu actif du laser. La puissance ainsi produite est exprimée en watts.
- Dans le cas d'un fonctionnement en régime pulsé, il faut chaque fois «pomper» le milieu actif. Un rayon laser est alors produit pendant une très courte durée. La durée d'impulsion varie d'une dizaine de secondes à quelques millisecondes.