Laser

Le laser et ses
applications
Exposé originel fait en janvier 2008 par
Eliška Kyselková et Duong Le Bach
avec 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
1) Les propriétés de la lumière
laser
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)
http://www.youtube.com/watch?v=vUcWqgbn7fA
Remarque : Directivité du faisceau laser
Lampe
ordinaire
Laser
… le faisceau
est divergent
… le faisceau
est cylindrique
2) Principe de fonctionnement
Construction 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
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 :
hn = E‘ – E
Principe de fonctionnement
Niveaux d‘énergie du laser He-Ne
E
2
niveau excité instable
niveau excité méta-stable
3
1
photon émis
niveau excité instable
2
niveau fondamental
1
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.
• On réalise ainsi une inversion de population
(la plupart des atomes sont dans le niveau excité
méta-stable)
2
Émission spontanée
• Un électron, dans un niveau
excité, peu revenir
spontanément dans un état
énergétique inférieur.
• Ce phénomène est aléatoire et
imprévisible
• La transition 2 engendre un
photon infrarouge (invisible).
3
Émission stimulée
La désexcitation stimulée de
l‘atome est
• déclenchée par un photon
incident d‘énergie hn = E‘ – E,
• le photon émis est identique au
photon incident (même
fréquence n et direction),
• les deux photons représentent
des ondes qui vibrent en phase
 la lumière laser est
cohérente.
Principe de fonctionnement
Amplification
• 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 Ludwig
Planck
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 Басов
Александр 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.