Lasers et applications : Mini-projet de physique appliquée

ROYAUME DU MAROC
E
UNIVERSIT HASSAN II DE CASABLANCA
E
FACULT DES SCIENCES ET TECHNIQUES DE
MOHAMMEDIA
Mini projet
Département: PHYSIQUE
Filière: PHYSIQUE APPLIQUEE
Les Lasers et leurs applications
Présenté par: KARIMOU ABDOU GALO Abdoul
Rachid
Pr A.EL AZRAK

Table des matières
I. Définition.......................................................................................................................................................1
II. Composants essentiels d’un laser...............................................................................................................2
1. Le milieu actif........................................................................................................................................2
2. Le système de pompage.........................................................................................................................2
3. La cavité résonnante (ou résonateur optique) ....................................................................................2
III. Classification des lasers.............................................................................................................................3
1. Classification selon le milieu actif...........................................................................................................3
2. Classification selon le mode de fonctionnement.....................................................................................4
3. Classification selon la longueur d’onde ..................................................................................................4
IV. Différents types de lasers...........................................................................................................................4
1. Laser àgaz................................................................................................................................................5
2. Laser àsolide............................................................................................................................................5
3. Laser àsemi-conducteur (diode laser)....................................................................................................6
4. Laser àfibre optique................................................................................................................................6
5. Laser chimique.........................................................................................................................................7
6. Laser à excimère.......................................................................................................................................7
7. Laser àcolorant........................................................................................................................................7
V. Exemples concrets de lasers........................................................................................................................8
1. Laser àdiode (Laser àsemi-conducteur) ............................................................................................8
2. Laser CO2 (Laser àgaz).......................................................................................................................8
3. Laser Nd:YAG (Laser àsolide)............................................................................................................9
4. Laser àfibre dopé à l’erbium (Laser àfibre optique)........................................................................9
5. Laser excimère (Laser àgaz)..............................................................................................................10
VI. Mode de fonctionnement des lasers........................................................................................................10
1. Pompage..................................................................................................................................................10
2. Émission stimulée...................................................................................................................................10
3.Amplification de la lumière ...................................................................................................................11
4. Cavité résonante (Résonateur optique)................................................................................................11
5. Émission du faisceau laser.....................................................................................................................11
6. Mode de fonctionnement des lasers pulsés et continus........................................................................11
VII.Applications des lasers...........................................................................................................................12

1. Médecine ..............................................................................................................................................12
2. Industrie..................................................................................................................................................13
3. Télécommunications ..............................................................................................................................13
4. Sciences et recherche..............................................................................................................................14
6. Militaire et défense..............................................................................................................................14
7. Divertissement et loisirs......................................................................................................................15
8. Mesures et métrologie .........................................................................................................................15
VIII. Formules liées au fonctionnement des lasers......................................................................................16
1. Condition d'oscillation laser :.............................................................................................................16
2. Longueur d'onde d'émission :............................................................................................................16
3. Mode longitudinal :.............................................................................................................................16
4. Puissance et intensité du faisceau laser :..............................................................................................17
5. Effet Doppler (utilisé en télémétrie laser) : Lorsqu'un laser est utilisé pour mesurer une vitesse
relative :....................................................................................................................................................17
6. Relation pour l’énergie d’un photon dans les applications laser : .....................................................17
7. Distance mesurée par télémétrie laser :................................................................................................18
8. Propriétés optiques des lasers :.............................................................................................................18
9. Transition atomique dans les lasers :....................................................................................................18
IX. Conclusion................................................................................................................................................19
Merci pour votre attention !..........................................................................................................................20

I. Définition
Anciennement maser optique, un laser (Light Amplification by Stimulated Emission of
Radiation) est un dispositif qui génère un faisceau lumineux spatiallement et
temporellement cohérent grâce à un processus d’amplification de lumière par émission
stimulée de radiation. Le faisceau de lumens émit est :
•Cohérent : Les photons émis par le laser sont en phase, ce qui signifie
qu’ils se déplacent ensemble de manière synchronisée.
Monochromatique : Le laser produit de la lumière d’une seule longueur
•
d’onde (couleur) ou d’un très petit ensemble de longueurs d’onde, ce qui rend la
lumière très pure.
•Directionnalisé : Le faisceau laser est très focalisé, ce qui signifie qu’il se
déplace en ligne droite et reste compact sur de grandes distances.
Collimaté : Les rayons lumineux sont parallèles.
•
Le processus de l’émission stimulée repose sur la stimulation d’un atome ou d’une
molécule dans un milieu actif (gaz, liquide, solide ou semi-conducteur), qui,
lorsqu’il est excité par une source d’énergie, émet un photon. Ce photon provoque
l’émission de photons supplémentaires de même énergie, donnant naissance à un
faisceau lumineux cohérent et puissant.
En résumé, un laser est un appareil qui génère un faisceau de lumière intense,
cohérent, et monochromatique, utilisé dans une multitude d’applications.
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II. Composants essentiels d’un laser
Un laser se compose de trois éléments principaux:
1. Le milieu actif
• C’est la substance dans laquelle se produit l’amplification de
lumière. Il peut être sous forme de gaz, de liquide, de solide ou de semi-
conducteur. Le milieu actif est la source de lumière du laser.
•Exemple : Le rubis pour un laser à rubis (solide), le CO2 pour un
laser à CO2 (gaz), ou un semi-conducteur pour un laser à diode.
2. Le système de pompage
• Il fournit l’énergie nécessaire pour exciter le milieu actif et
provoquer l’émission stimulée. Le pompage peut se faire de différentes
manières :
•Pompage optique : utilisation d’une lampe flash ou d’une
autre source lumineuse pour exciter le milieu actif (par exemple, dans les
lasers à rubis).
•Pompage électrique : une décharge électrique est utilisée
pour exciter les atomes ou molécules du milieu actif (comme dans les
lasers à gaz).
3. La cavité résonnante (ou résonateur optique)
• Cette cavité est composée de deux miroirs placés à chaque extrémité du
milieu actif. Un miroir est totalement réfléchissant et l’autre est partiellement
réfléchissant, permettant à une partie de la lumière de sortir du laser sous forme de
faisceau.
• Le rôle de la cavité est de permettre aux photons émis de se réfléchir entre
les deux miroirs, amplifiant ainsi la lumière à chaque passage à travers le milieu
actif.
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