corrigé exos laser

IMRT1 2009-2010 Corrigé exercices : chapitre 2 - LE LASER
Données pour tous les exercices :
Charge élémentaire :
19
1,6.10eC
;
19
1 1,6.10eV J
célérité de la lumière dans le vide
81
3,0.10 .C ms
; constante de Planck :
34
6,62.10 .h 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
16
1,7.10
photons pendant seconde .
Chaque photon transporte une énergie
8
34 20
9
3,0.10
6,62.10 5,855.10
3392.10
ph C
E h h J
. L’énergie totale émise
pendant 1 seconde est donc
16 20 4
1,7.10 5,855.10 9,95.10
ph
E N E J
On en déduit
44
9,95.10 9,95.10 0,995
1
E
P W mW
t
EXERCICE • 2 (session 1999)
1°)
a- La différence d'énergie entre les deux niveaux est rigoureusement égale à l’énergie du
photon émis
8
34 19
9
3,0.10
6,62.10 3,14.10
632,8.10
ph C
E E h J
soit 1,96 eV.
b- L’énergie émise par seconde par le laser est
33
2.10 1 2.10E P t J
On en
déduit le nombre de photons émis par seconde :
315
19
2.10 6,37.10 /
3,14.10
ph
E
N photons s
E
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
()tan 2 rad dD
. On en déduit
32
()
2 2 10 1.10 2.10 2
rad
d D m 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 :
350 5 1750E P t J     
b- Il y a 400 impulsions par seconde donc 2000 impulsions en 5 secondes. Energie d’une
impulsion :
1750 0,875
2000
imp E
EJ
nombreimpulsions
. On en déduit la puissance
d’une impulsion :
3
0,875 729
1,2.10
imp imp
imp imp
EE
PW
t

c- Nombre de photons par impulsion :
13
14
0,875 4,63.10
1,89.10
imp
ph
E
N photons
E
Remarque : on a déterminé l’énergie d ’un photon par
8
34 14
12
3,0.10
6,62.10 1,89.10
10,5.10
ph C
E h J
EXERCICE • 4
1°)
a- Faux : rouge
b- Vrai : faites le calcul
c- Faux …mais vous ne pouvez pas encore le savoir
2°)
a- Faux : elle sélectionne des fréquences multiples les unes des autres, mais ne les impose pas
b- Vrai : cela dépend de la différence des niveaux d’énergie du milieu actif
c- Faux : l’énergie apportée sert au pompage optique ( donc à l’inversion de population )