corrigé exos laser

IMRT1 2009-2010
Corrigé exercices :
chapitre 2 - LE LASER
Données pour tous les exercices :
Charge élémentaire : e  1,6.1019 C ; 1 eV  1,6.1019 J
célérité de la lumière dans le vide C  3,0.108 m.s 1 ; constante de Planck : h  6,62.1034 J .s
EXERCICE • 1 •
La longueur d'onde émise par un laser hélium-néon-méthane stabilisé est égale à 3 392 nm.
a- Ce laser émet dans le domaine des infrarouges.
b- Puissance de ce laser : Le laser émet 1,7.1016 photons pendant seconde .
Chaque photon transporte une énergie
E ph  h   h 
C

 6,62.1034 
3,0.108
 5,855.1020 J . L’énergie totale émise
9
3392.10
pendant 1 seconde est donc E  N  E ph  1,7.1016  5,855.1020  9,95.104 J
E 9,95.104

 9,95.104W  0,995mW
t
1
EXERCICE • 2 (session 1999)
On en déduit P 
1°)
a- La différence d'énergie entre les deux niveaux est rigoureusement égale à l’énergie du
photon émis E  E ph  h 
b-
C

 6, 62.1034 
3, 0.108
632,8.10
9
 3,14.1019 J soit 1,96 eV.
L’énergie émise par seconde par le laser est E  P  t  2.103 1  2.103 J On en
déduit le nombre de photons émis par seconde :
N
E
2.103

 6,37.1015 photons / s
E ph 3,14.1019
2°) Le faisceau laser a une divergence  = 1 mrad. La relation entre le diamètre d de la tache
et la distance D entre la source et l’écran est ( rad )  tan  
d
. On en déduit
2 D
d  2  D (rad )  2 10 1.103  2.102 m  2 cm
EXERCICE • 3 (session 2003)
Un laser à C02 émet des photons de longueur d'onde 10,5 pm en mode pulsé. La puissance
moyenne d'émission est P = 350 W. Les impulsions ont une durée  = 1,2 ms. La fréquence des
impulsions est de 400 Hz (400 impulsions par seconde).
a- Energie émise par ce laser pendant une durée t = 5 s : E  P  t  350  5  1750 J
b- Il y a 400 impulsions par seconde donc 2000 impulsions en 5 secondes. Energie d’une
E
1750

 0,875 J . On en déduit la puissance
nombreimpulsions 2000
Eimp Eimp
0,875
d’une impulsion : Pimp 


 729W
timp

1, 2.103
impulsion : Eimp 
c- Nombre de photons par impulsion : N 
Eimp
E ph

0,875
1,89.10
14
 4,63.1013 photons
Remarque : on a déterminé l’énergie d ’un photon par
E ph  h 
C

 6, 62.1034 
3, 0.108
10,5.10
12
 1,89.1014 J
EXERCICE • 4
1°)
abc2°)
abc-
Faux : rouge
Vrai : faites le calcul
Faux …mais vous ne pouvez pas encore le savoir
Faux : elle sélectionne des fréquences multiples les unes des autres, mais ne les impose pas
Vrai : cela dépend de la différence des niveaux d’énergie du milieu actif
Faux : l’énergie apportée sert au pompage optique ( donc à l’inversion de population )