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Sciences et Technologies

Physique du laser

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La technologie laser trouve ses origines dans une publication d’Albert Einstein en 1916. Il faudra cependant attendre encore une quarantaine d’années pour qu’une application expérimentale soit mise en place. A la base, le procédé d’amplification de l’onde est utilisé sur des micro-ondes, mais  aboutira finalement aux rayons rouges que l’on connaît aujourd’hui.
Le laser trouve désormais sa place dans de nombreux domaines de notre vie : pointeurs de conférence, télémétrie, impression,  centre laser annemasse, laser game, découpe industrielle, médecine, astronomie…

 

Principe de fonctionnement

Le laser est une source à longueur d’onde unique, ce qui explique notamment sa couleur particulière. A l’aide d’un apport d’énergie extérieur, on place les atomes d’un gaz dans un état excité, c’est à dire que l’un de leurs électrons passe sur une trajectoire de plus haute énergie. L’objectif est d’avoir une majorité d’atomes dans l’état excité (on appelle ça l’inversion de population). Une fois un atome dans un état excité, il peut redescendre en énergie en émettant un rayonnement bien précis, de même énergie que la transition qu’il a dû effectuer, pour satisfaire le principe de conservation de l’énergie (premier principe de la thermodynamique).

Cela peut notamment se faire par un processus d’émission stimulée qui est déclenché par un rayon incident. Le processus d’émission stimulée est la clé du fonctionnement du laser, puisqu’il permet d’augmenter de façon durable le nombre de photons dans le milieu, donc de générer de la lumière. Celle-ci est ensuite concentrée par un système de miroirs, et libérée pour former le pointeur laser dont nous avons l’habitude.

Couleur du laser

Il est intéressant de noter que si la plupart des lasers sont rouges, il en existe également des verts, des bleus, et comme nous le mentionnions en préambule, il existe même des lasers qui n’appartiennent pas au spectre visible (en plus des micro-ondes, on peut citer les UV, IR, mais des recherches sont en cours
sur les lasers à rayons X). Le laser rouge classique est un laser hélium-néon, qui émet à 632,8 nm. Le cas des lasers bleus est plus particulier, mais est à la clé d’une technologie bien connue : le lecteur Blu-Ray.
Un lecteur Blu-Ray fonctionne comme un lecteur DVD ou CD classique : un laser se déplace sur le support, criblé de petits trous, et décode ainsi l’information qui y est écrite. La différence, qui permet au Blu-Ray de stocker bien plus d’information, réside dans la largeur du laser, ce qui fait intervenir un second phénomène optique : la diffraction.

La diffraction est un phénomène qui fait changer le comportement de l’onde lorsqu’elle passe une petite ouverture (comme la sortie d’une source laser). Sur les ouvertures circulaires, cela provoque une diffusion en cône plutôt qu’en rayon, et élargit la tache à l’impact. La diffraction, et donc l’élargissement de la tache, est proportionnelle à la longueur d’onde, qui est bien plus petite pour un laser bleu.

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