Présentation du laser

I/ Présentation du laser

1) Dénition laser :Un laser est un appareil émettant de la lumière ( rayonnement lumineux ) ampliée par émission stimulée.Le terme laser provient de l'expression anglaise \" light amplication by stimulated emission radiation\"traduite en français pour donné ce terme \" amplication de la lumière par émission stimulée du rayonnement\".Il produit une lumière rassemblée en un étroit faisceau, dit cohérent, où ondes et photons associésse propagent en phase, au lieu d'être arbitrairement distribués.Cette propriété rend la lumière laser extrêmement directionnelle, d'une grande pureté spectraleet sa couleur monochromatique.

2) Fonctionnement et caractéristiques :Un laser est fondalmentalement, d'aprés sa dénition, un amplicateur de lumière dont la sortieest branchée sur l'entrée avec des miroirs à chaque extrémitée.Dans un laser, l'amplicateur ou le milieu amplicateur est un matériau qui permet d'amplier la lumièrele traversant. Ce gain est souvent créé par émission stimulée. Pour cela, une source d'énergie( générateurs, batterie... ) est nécessaire que l'on appelle pompage optique. Le milieu amplicateurest un élément central des lasers car il permet de compenser les pertes que la lumière subit au furet à mesure qu'elle eectue des allers-retours dans la cavité optique.Cette importance est traduite par le fait qu'on nomme généralement les lasers par la composition de leurmilieu amplicateur.Ils peuvent être constitués de diérents matériaux :- en cristaux dopés de diérents ions (chromes, titanes…) comme le saphirvoir plus loin avec le premier laser.- en verre également dopé d'ions.- avec du gaz ( hélium, azote…).- avec des solutions colorantes.- avec des faisceaux d'électrons ( électrons libres ).

II/ Les étapes de sa création1) La théorie par EinsteinC’est Einstein qui reprend le travail sur la lumière, et dans son article de 1917 il donne les équations modélisantle corps noir, faisant la synthèse entre :- ses premiers travaux et ceux de Planck (1900-1905)- les travaux de mécanique statistique de Boltzmann- les travaux de Bohr sur la “quantication de la matière ”Le seul moyen de résoudre les équations du corps noir est d’introduire la notion “d’émission stimulée ”.Nous sommes donc en présence de trois phénomènes distincts au sein du corps noir.a) l’absorption stimulée, par un photon incident :L’électron de l’atome passe au niveau d’énergie supérieur, sur l’image, l’absorption n’y est pas représentée.b) l’émission spontanée :Au bout d’une certaine durée où l’électron est au niveau supérieur, l’atome se désexcite,et l’électron revient au niveau d’énergie inférieur.c) l’émission stimulée, par un photon incident :L’atome se désexcite – l’électron revient au niveau d’énergie inférieur – en émettant un photon dans la mêmedirection que le photon incident.Dans l’émission spontanée, le photon peut être émis dans n’importe quelle direction (gure). Dans l’émissionstimulée, on reconnaît (gure) deux photons dans la même direction, le photon incident et le photon émis;cohérence lumineuse.Cette intervention d’Einstein pour la deuxième fois dans la mécanique quantique le conduit au prix Nobel en 1921.La découverte de l’émission stimulée et la résolution du problème du corps noir montre qu’elle est beaucoupplus fréquente que l’émission spontanée conduit au laser.Émission spontanéeÉmission