Laser - loirecambodge

Chapitre 5
le laser
Chapitre 5 OPTIQUE PHYSIQUE
LE LASER
Analyse d’un texte : extrait d’un article de journal. Le laser en médecine
« Le laser a connu l’essentiel de sa célébrité dans le grand public grâce à ses applications
médicales. Il est très tôt venu à l’idée des chercheurs que le faisceau laser pouvait se
transformer en un bistouri parfaitement stérile découpant le tissu biologique en le brûlant.
Plus récemment un nouveau champ de recherche s’est ouvert grâce à la puissance que
peuvent fournir les lasers à des longueurs d’onde bien déterminées ; on exploite des
phénomènes thermiques ou photochimiques au cours desquels certaines molécules
biologiques absorbent de la lumière de longueur d’onde adaptée ce qui provoque des
modifications dans ces molécules.
Le laser à CO2 qui émet une longueur d’onde de 10,6 µm est un des lasers les plus efficaces
en chirurgie car il permet une bonne absorption par les tissus biologiques
On peut citer aussi des lasers dits à excimères utilisés en ophtalmologie pour les opérations
de la cornée : ils permettent de retirer des couches de cellules presqu’une à une grâce à
l’absorption de photons assez énergétiques pour casser les liaisons intramoléculaires ; pour
cefaire ils émettent à des longueurs d’onde de 200 à 300 nm ».
Données
constante de Planck : h = 6,6210-34 J.s
célérité de la lumière : c = 3,00.108 m.s
charge élémentaire : e = 1,60.10-19 C
1. Rappeler deux propriétés physiques spécifiques du laser et les mettre en évidence par un
extrait du texte.
2. Préciser pour le laser à excimères, le domaine dans lequel se situe le rayonnement émis.
3. Calculer pour le laser à CO2
a. L’énergie d’un photon correspondant au rayonnement émis. Exprimer le résultat en
joules puis en électronvolts.
b. Le nombre de photons émis en une nanoseconde pour une puissance de 10 W.
4. Justifier par comparaison avec le laser à CO2 l’expression « assez énergétiques » utilisés
pour le laser à excimères.
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1. « Le laser peut se transformer en un bistouri parfaitement stérile découpant le tissu
biologique en le brûlant. » Le bistouri doit faire un découpage précis, la propriété
utilisée ici est la directivité ; il brûle le tissu biologique, la propriété correspondante
est la puissance.
2. Conseil : se souvenir que le domaine du visible, du violet au rouge est bordé par les
longueurs d’onde 400 nm et 800 nm ( λ < 400 nm, la radiation est ultraviolette ; λ >
800 nm la radiation est infrarouge)
Les lasers à excimères émettent entre 200 et 300 nm , donc dans l’ultraviolet
3. a.
Energie E d’un photon de longueur d’onde λ :
c
E=h
E (en J) avec h = 6,6210-34 J.s ; c = 3,00.108 m.s ; λ = 10,6 µm
λ
100
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3,00.10 8
E = 1,87.10-20 J
−6
10,6.10
3,00.10 8
1
×
E = 0,117 eV
E ( eV ) = 6,62.10 −34 ×
−6
10,6.10
1,60.10 −19
Remarque : les données comportent 3 chiffres significatifs les résultats de même
E ( J ) = 6,62.10 −34 ×
Conseil : se souvenir qu’une puissance est une énergie par unité de
3.
b
temps
Soit n le nombre de photons émis en ∆t = 1.10-9 s, pour une puissance de 10 W,
l’énergie fournie par le faisceau laser pendant ∆t est E’ = P. ∆t. Cette énergie est
transportée par n photons donc :
P.∆t
P en W ; ∆t en s ; E en J
E’ = n E d’où n =
E
10 × 1,0.10 −9
n = 5,3.1011
n=
− 20
1,87.10
Remarque : la puissance est donnée avec deux chiffres significatifs, donc le résultat
aussi
c
ce qui montre que plus la longueur d’onde est
λ
petite plus l’énergie transportée est grande.
L’énergie d’un photon de laser à excimères (λ < 300 nm), est supérieure à
3,00.10 8
1
×
Ex = 4,14 eV
E x = 6,62.10 −34 ×
−7
3,00.10
1,60.10 −19
Elle est suffisamment forte pour casser les liaisons intramoléculaires et supérieure à
celle d’un photon de laser à CO2 (0,117 eV)
4. L’énergie d’un photon est E = h
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