« Laser » est un acronyme pour Lbien UNamplification par Sstimulé Emission de R.adiation
Un laser est créé lorsque les électrons des atomes de matériaux optiques comme le verre, le cristal ou le gaz absorbent l’énergie d’un courant électrique ou d’une lumière. Cette énergie supplémentaire « excite » suffisamment les électrons pour passer d’une orbite de basse énergie à une orbite de plus haute énergie autour du noyau de l’atome.
Un laser tire parti des propriétés quantiques des atomes qui absorbent et émettent des particules de lumière appelées photons. Lorsque les électrons des atomes reviennent à leur orbite normale – ou état « fondamental » – soit spontanément, soit lorsqu’ils sont « stimulés » par une lumière ou une autre source d’énergie, voire un autre laser dans certains cas, ils émettent davantage de photons.
L’énergie de la lumière « excite » les électrons des atomes des matériaux optiques et ceux-ci se déplacent vers une orbite d’énergie plus élevée. Lorsque les électrons reviennent spontanément sur leur orbite normale ou lorsqu’ils sont « stimulés » par de la lumière ou de l’énergie, ils émettent des particules lumineuses appelées photons. Crédit : James Wickboldt
La lumière se déplace par vagues. La lumière visible ordinaire, provenant par exemple d’une ampoule domestique ou d’une lampe de poche, comprend plusieurs longueurs d’onde, ou couleurs, et est incohérente, ce qui signifie que les crêtes et les creux des ondes lumineuses se déplacent à différentes longueurs d’onde et dans des directions différentes.
Dans un faisceau laser, les ondes lumineuses sont « cohérentes », ce qui signifie que le faisceau de photons se déplace dans la même direction et à la même longueur d’onde. Ceci est accompli en envoyant les électrons excités à travers un « milieu de gain » optique tel qu’un matériau solide comme le verre ou un gaz.
La longueur d’onde particulière de la lumière est déterminée par la quantité d’énergie libérée lorsque l’électron excité tombe sur une orbite inférieure. Les niveaux d’énergie introduits peuvent être adaptés au matériau présent dans le milieu de gain pour produire la couleur de faisceau souhaitée.
Un miroir situé sur un côté du matériau optique du laser renvoie le photon vers les électrons. L’espace entre les miroirs, ou la « cavité », est conçu de manière à ce que les photons souhaités pour le type particulier de support à gain optique soient réinjectés dans le support pour stimuler l’émission d’un clone presque exact de ce photon. Ils se déplacent tous deux dans la même direction et à la même vitesse, pour rebondir sur un autre miroir de l’autre côté et répéter le processus de clonage.
Deux deviennent quatre, quatre deviennent huit et ainsi de suite jusqu’à ce que les photons soient suffisamment amplifiés pour qu’ils passent tous devant les miroirs et le matériau optique en parfaite unisson. Considérez-les comme les membres synchronisés d’une fanfare lors de la Rose Parade. Et c’est cette unisson qui donne sa puissance au laser. Les faisceaux laser peuvent rester parfaitement focalisés sur de grandes distances, même vers la Lune et retour.
1. Un laser de base, comme ce laser à rubis rouge, se compose d’une tige constituée de cristaux de rubis avec un miroir à chaque extrémité et d’un tube éclair. 2. Un éclat de lumière provenant du tube flash ajoute de l’énergie à l’intérieur de la tige, excitant les atomes de rubis et produisant des particules lumineuses appelées photons. 3. Les photons frappent les atomes, créant de plus en plus de photons rebondissant entre les miroirs à l’intérieur de la tige. 4. Le nombre de photons devient si grand qu’ils traversent l’un des miroirs partiellement réfléchissants et que le faisceau laser émerge. Crédit : Mark Meamber et John Jett
Les lasers sont partout
Les lasers existent depuis 1960, bien que l’idée remonte à 1900 (voir « Un héritage de lasers et de pionniers de la fusion laser »).
Aujourd’hui, les lasers sont disponibles dans de nombreuses tailles, formes, couleurs et niveaux de puissance, et sont utilisés pour tout, depuis la chirurgie dans les hôpitaux jusqu’aux lecteurs de codes-barres à l’épicerie, en passant par la lecture de musique, de films et de jeux vidéo à la maison. Vous avez peut-être subi une intervention chirurgicale au LASIK, qui corrige votre vision en utilisant un petit laser pour remodeler la cornée de votre œil.
Certains lasers, comme les lasers à rubis, émettent de courtes impulsions lumineuses. D’autres, comme les lasers à gaz hélium-néon ou les lasers à colorant liquide, émettent une lumière continue. Le NIF, comme le laser à rubis, émet des impulsions lumineuses qui ne durent que des milliardièmes de seconde. La lumière laser n’a pas besoin d’être visible. Les faisceaux NIF commencent par une lumière infrarouge invisible, puis passent à travers des optiques spéciales qui les convertissent en lumière verte visible, puis en lumière ultraviolette invisible à haute énergie pour une interaction optimale avec la cible.
Les lasers peuvent être de minuscules composants de puces électroniques ou être aussi immenses que le NIF, le laser le plus grand et le plus énergétique du monde, hébergé dans un bâtiment de 10 étages de haut et aussi large que trois terrains de football.
Plus d’information:
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Vidéo : Célébration du 60e anniversaire du laser
2024-06-27 09:46:54
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