laser optique -traduit "longueur d"

MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE
SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE DE EL HADJ LAKHDAR
DE BATNA
FACULTE DES SCIENCES
DEPARTEMENT DES SCIENCES DE
LA MATIERE
MEMOIRE DE MAGISTER
Présenté par
DJETTAOU SOUAD
En physique
Option
Physique des rayonnements
Thème
Modélisations de nouvelles sources laser
pour applications médicales
Cas d’un laser à fibre optique dopée à l’erbium
pour la chirurgie de la cornée
Soutenu le 03/07/2012
Examiné Par le Jury
S. TOBBECHE Professeur Université de Batna Président
A. LECHEHEB Professeur Université de Constantine Examinateur
A. SID Maitre de conférences A Université de Batna Examinateur
D. BAHLOUL Professeur Université de Batna Rapporteur
Année universitaire : 2011/2012

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Remerciements
Je tiens à exprimer ma reconnaissance à toutes les personnes bienveillantes qui m'ont aidée,
soutenue, conseillée, encouragée et que j'ai eu la chance de rencontrer pendant cette aventure
scientifique. Je tiens donc à remercier chaleureusement :
Le Professeur Tobbeche Said de l’université de Batna pour sa confiance et son intérêt pour ce
travail, et pour avoir accepté de présider le jury de thèse.
Le Professeur Lecheheb Ahmed de l’université de Constantine qui a accepté d’être
examinateur de ce travail de thèse pour la lecture détaillée de ma thèse
Le maitre de conférences de l’université de Batna A.Sid qui a accepté aussi d’être
examinateur de ce travail de thèse
Le professeur Bahloul Derradji qui a encadré ce travail de thèse, que j’ai particulièrement
apprécié ses encouragements, sa disponibilité et ses précieux conseils.
Je suis également très reconnaissante envers, Le docteur Smadi Moussa pour son aide et ses
encouragements, Ma Sœur Samia, Mes cousines : Nadjeh ,Ibtissem, Kenza, Ghania et mon
amie B. Mebarka pour leur aide et soutient.
Enfin, ce travail n’aurait pu voir le jour sans le soutien de ma petite famille : Mon époux
Mekki Tayeb mes enfants Hachem, Youcef ,Wissal et la petite Rayenne. cette thèse est
naturellement dédiée à ma famille.

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Contenu
Introduction
chapitre I .............................................................................................................................. 12
I.1. Principes de base du laser........................................................................................... 13
I.1.1. Eléments constitutif du laser ............................................................................... 14
I.1.2. Principe de fonctionnement ................................................................................. 15
I.1.2.1 Le rayonnement électromagnétique ................................................................. 15
I.1.2.2 Etats discrets d’énergie .................................................................................... 16
I.1.2.3 Transition entre les états d’énergie................................................................... 16
a. Absorption .......................................................................................................... 17
b. Emission spontanée (fluorescence) ...................................................................... 18
c. Emission stimulée ............................................................................................... 19
I.1.3. Processus de pompage et d’amplification ............................................................ 19
I.1.3.1 Les dispositifs de pompage .............................................................................. 20
a. Pompage optique ................................................................................................ 21
b. Pompage électrique ............................................................................................. 21
c. Pompage chimique .............................................................................................. 21
d. Pompage par dissociation des molécules ............................................................. 21
I.1.4. Etablissement de l’oscillation laser et description des modes de la cavité ............ 22
I.1.4.1 Inversion de population ................................................................................... 22
I.1.4.2 Condition de seuil ........................................................................................... 25
I.1.4.3 Modes longitudinaux de la cavité .................................................................... 25
I.1.5. Réalisation des lasers continus et impulsionnels .................................................. 26
I.1.5.1 Réalisation des lasers continus ......................................................................... 26
I.1.5.2 Réalisation de lasers impulsionnels.................................................................. 27
I.2. Les lasers appliqués en médecine ............................................................................... 31
I.2.1. les lasers à solide ................................................................................................ 32
I.2.1.1 Le laser à rubis : ............................................................................................ 32
I.2.1.2 Le laser au néodyme : ...................................................................................... 32
I.2.1.3 Le laser KTP : ................................................................................................. 33
I.2.2. Les lasers à gaz ................................................................................................... 33
I.2.2.1 Le laser à hélium néon : ................................................................................... 33

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I.2.2.2 Le laser à Argon : ............................................................................................ 33
I.2.2.3 Le laser à krypton ionisé : ................................................................................ 34
I.2.2.4 Le laser à gaz carbonique : le laser CO2 ........................................................... 34
I.2.2.5 Le laser à excimère : ........................................................................................ 34
I.2.3. les lasers chimiques ............................................................................................ 35
I.2.4. les lasers à liquide : les lasers à colorants organiques : ........................................ 35
I.3. Caractéristiques du rayonnement laser ....................................................................... 37
I.3.1. Monochromatique: .............................................................................................. 37
I.3.2. Cohérent : ........................................................................................................... 37
I.3.3. Unidirectionnel : ................................................................................................. 37
I.3.4. Intense : .............................................................................................................. 37
I.3.5. Puissance du faisceau et densité de puissance ...................................................... 37
I.4. Les cavités laser ......................................................................................................... 38
I.4.1. Les cavités de type Fabry-Perot : ondes stationnaires .......................................... 39
I.4.2. Cavités en anneau : ondes progressives ............................................................... 40
I.5. Les fibres lasers ......................................................................................................... 42
I.6. Fibres dopées Erbium ................................................................................................ 44
I.6.1. Spectroscopie de l’ion erbium dans une matrice de silice .................................... 44
I.6.2. Zone d’émission ................................................................................................. 45
I.6.3. Le gain d’un laser ............................................................................................... 46
I.6.4. Longueur de la fibre ............................................................................................ 47
I.7. Conclusion ................................................................................................................. 49
chapitre II ............................................................................................................................. 50
II.1. Effets du laser sur un tissu.......................................................................................... 51
II.1.1. La réflexion ........................................................................................................ 51
II.1.2. La transmission ................................................................................................... 51
II.1.3. La diffusion ........................................................................................................ 51
II.1.4. Absorption .......................................................................................................... 52
II.2. Effets sur les tissus biologiques .................................................................................. 53
II.2.1. Dans l’ultraviolet ................................................................................................ 54
II.2.2. Dans l’ IR ........................................................................................................... 54
II.2.3. Dans le visible .................................................................................................... 54

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a. Effet photo thermique ......................................................................................... 56
b. Effet photochimique............................................................................................ 60
c. Effets photodisruption ......................................................................................... 60
d. Effet photoablatif ................................................................................................ 60
e. Les effets photobiostimulants .............................................................................. 61
f. Les effets non linéaires multiphotoniques ............................................................ 61
II.3. Choix du laser ............................................................................................................ 61
II.3.1.1 Sélection de longueur d'onde ........................................................................... 61
II.3.2. temps d'exposition .............................................................................................. 63
II.3.3. Puissance du laser ............................................................................................... 65
II.3.4. Problèmes des sources laser médicaux ................................................................ 69
II.3.5. Risques pour l’organisme .................................................................................... 69
II.3.5.1 Les risques cutanés .......................................................................................... 69
II.3.5.2 Les risques oculaires ....................................................................................... 69
II.3.5.3 Risque toxique................................................................................................. 70
II.3.5.4 Risque par inhalation ....................................................................................... 70
II.3.5.5 Les normes ...................................................................................................... 70
II.4. Conclusion ................................................................................................................. 71
chapitre III ............................................................................................................................ 72
Modélisations de nouvelles sources laser médicaux pour la chirurgie de la cornée ................ 72
III.1. Le tissu de la cornée et ses propriétés ......................................................................... 73
III.1.1. Anatomie de la cornée......................................................................................... 73
III.1.2. Interaction lumière-cornée .................................................................................. 74
a. Absorption .......................................................................................................... 74
b. La diffusion ........................................................................................................ 74
III.1.3. Optimisation de la longueur d’onde..................................................................... 75
III.2. Simulation des lasers a une longueur d’onde de 1650 nm par un laser à électrons libres
(LELs) .................................................................................................................................. 77
III.2.1. Les lasers à électrons libres ................................................................................. 77
III.2.2. Longueur d’onde de 1650nm générée par un laser a électrons libres .................... 77
III.3. Modélisation de l’amplification à 1600 et 1650nm dans des fibres dopées Erbium ..... 80
III.3.1. Les bandes spectrales .......................................................................................... 80