TPE: LASERS ET HOLOGRAMMES

« • En ophtalmo­ logie, les caracté ristiques exceptionnelles d'ablation du laser UV éme ttantà 193 nm sont utilisées en chirurgie de la cornée, notamment afin de corriger des problèmes de vision (myopie , cataracte, décollement de la rétine).

• En esthétique, le laser contribue à l'effacement des ridules ou des tatouag es, ainsi qu'à l'épilation .

DANS L'INDUSTRIE , LE BATIMENT ET L'INGÉNIERIE • Le laser, source de chaleur intense, permet la soudure, le ponçage et le découpage des métaux.

• Le principe de soudage laser repose sur la fusion d 'un point du matériau sur lequel le faisceau va se concentrer grâce au système d'optique .

• On exploite également l'intensité des lasers pour percer les métau x ou le diamant, ou pour polir des surfaces rugueuses.

• Le laser permet le nettoyage de grandes surfaces et d 'objets.

Il est ainsi employé pour rénover des monuments.

• La rectitude de son faisceau est exploitée par les ingénieurs des travaux publics (tracé s de route, conception de gratte-ciel) et par les carros siers.

• Les travaux mécaniques de haute précision pour la fabrication des puces de silicium nécessaires à l'industrie électronique et aux télécommunications ont recours à la technologie du laser .

• !:apparition du scanner et de l'imprimante laser a permis d'améliorer la rapidité de reproduction et surtout la qualité des images ainsi obtenues.

• En reprographie et en imprimerie , les faisceaux laser sont focalisés sur de très petites surfaces de l 'ordre du micromètre carré .

On peut , en balayant une surface, reconstituer une image point par point avec une définition de 10 points par mm ' (application : imprimante laser et photocopieur).

• La lecture des coties à barres par de petites diodes laser a révolutionné la gestion des flux de marchandi ses, notamment aux caisses des supermarchés.

Le faiscea u laser balaie le code à barres et la modulation en intensité du signal recueilli est un code binaire (composé de O et de 1 ) identifiant l'article.

DANS LE TRAITEMENT DE L'IMAGE ET DU SON, DANS L'INDUSTRIE DU SPECTACLE ET DES TÉUCOMMUNICATIONS ·Le laser lit les informations contenues sur les pistes des Compact Disks (CD) ou des Digital Video Disks (DVD) pour les transcrise en sons et en images .

• Les spectacle s de son et lumière ainsi que certain s concerts utilisent la grande portée du faisceau laser pour illuminer la scène ou des monuments.

• Le laser est aussi utilisé comme moyen de transport d'informations dans les fibres optiques.

Il pourrait transporter jusqu'à mille fois plus d'informations que les ondes micrométriques actuellement utilisées pour les retransmissions télévisées.

EN ASTROPHYSIQUE • !:utili sation du laser en télémétrie présente des applications en astrophy sique.

C'est à l'aide d 'un laser qu'on mesure aujourd'hui la distance entre la Terre et la Lune.

Les astronautes des missions Apollo ont placé un miroir réfléchissant sur la Lune.

• Les physiciens envoient en direction de la Lune un faiscea u laser qui, réfléchi par le miroir, revient vers la Terre .

Connaissant la vitesse de propagation du laser , ils calculent la distance Terre-Lune en fonction du temps de parcours du faisceau .

DANS LE DOMAINE MILITAIRE •Les milit aires utilisent aussi les différente s propriét és du laser pour la détection et l'identification de cibles .

la désignation d'un objectif ou le guidage d'engins balistiques .

Ainsi, certains missiles sont programmés pour se diriger vers une source laser.

Lorsqu'un faisceau frappe une cible , le missile détecte les rayons réfléchi s et remonte jusqu 'à la source du rayonnement.

LES DANGERS DU LASER • Les rayonnements laser présentent des risques plus ou moins importants pour l'œil et la peau .

• Ces risques varient en fonction de la puissance de ces rayonnements , de leur temps d'exp osition, de la dimension de leur faisceau et de leur longueur d'onde (ultraviolet , infrarouge ou visible ).

• Ils induisent sur les tissus des effets biologiques différents , de nature thermique , photochimique , électromécanique ou photoablative .

• Les rayonnements ultraviolets naturels (UV) ont des effets photochimiques néfastes sur la peau (brûlures, coupures, vieillissement prématuré, cancers).

Sur les yeux, la surexposition aux UV provoque de la conjonctivite et des brûlures de la cornée.

l'HOLOGllAPlllE : MAGIE OU HvownoN VISUEW • !:holographie est un procédé de photographie « en relief » qui permet de reconstruire virtuellement dans l'espace un objet en trois dimensions.

• Ces images tridimen sionnelles servent à la fabrication d 'objets décoratifs .

• Les découvertes du Français Gabriel Dennis Gabor (1900-1979), savant d 'origine hongroise installé en Grande ­ Bretagne , qui réalise le premier holo gramme en 1947 , avant même l'apparit ion du laser.

Sa source lumineuse n'est rien de plus qu'une lampe à mercure .

• Ses travaux lui valent le prix Nobe l de physique 1971.

Longtemps restée une curiosité de laboratoire, c'est par le biais du cinéma et notamment à travers la saga du metteur en scène George Lucas , la Guerre des étoiles , que l'holo graphie se fait connaitre du grand public.

• Deux phases sont néce ssaires à la réalisation d'un hologramme .

Dans une première phase , l'objet est éclairé à l'aide d 'un laser.

La lumière réfléchie par l'objet est envoyée sur une plaque photographique.

C'est l'hologramme.

Il ne ressemble pas à l'objet lui-même , mais contient toute s les informations nécessaires à sa reconstitution.

LE MUSÉE DE L'HOLOGRAPHIE • Destiné à promouvoir l'holographie jusqu'alors mal connue du grand public français, le musée de ! 'Holographie de Paris est créé en 1980, quatre ans après celui de New York, premier du genre au monde.

• Ses collections sont d 'une grande richesse et d'une grande diversité .

Elles regroupent des centaines d'hologrammes d'œuvres artistiques ou d'objets historiques provenant du monde entier, proposant ainsi un voyage étonnant.

On peut notamment admirer l'hologramme du sabre de Napoléon, dont l'original se trouve au musée de !'Ermitage, à Saint-Pétersbourg .

• La deuxi ème phase consiste à éclairer cette plaque à l'aide d 'un laser .

Grâce aux propriétés de la lumière monochromatique, l'image de l'objet apparait.

Comme lors de la lecture d'un CD, le faisceau laser illuminant la plaque déchiffre les informations et permet à l'objet d'être recréé en trois dimensions (3D).

LES DIFFÉRENTS TYPES D'HOLOGRAMMES • Ce premier essai de Dennis Gabor en 1947 est considéré à lui seul comme un type d'hologramme .

li est communément appelé « dispositif originel de Gabor ».

C'est à l'aide d'une lampe à vapeur de mercure que le savant britannique obtient son hologramme , l'objet étant une diapositive permettant la diffract ion de la lumière.

Le défaut majeur de ce dispositif est la présence de l'image réelle entre l'œil du spectateur et l'hologramme.

• Plus tard, Emmett Leith et Juris Upanieks, toujours à l'aide d 'une lampe à vapeur de mercure et d'une diapositive , parviennent à déplacer l'image réelle afin qu'elle ne soit plus dans le champ de vision.

Pour cela, ils font passer le faisceau de référence à côté de l'objet et le dévient à l'aide d'un prisme de façon à le superposer au faisceau objet Ce genre d'hologramme est appelé« hologramme par transmission à faisceau de référence incliné ».

• !:avènement du laser va permettre l'holographie d'objets opaques.

Le faisceau objet jusqu 'alors transmis par l'objet devient réfléchi par celui-ci .

Le faisceau de référence est dirigé à l'aide d 'un miroir.

Le principe reste le même : les deux faisceaux sont superposés au niveau de la plaque photographique pour former l'hologramme .

Ces hologrammes sont dits « à transmission à faisceau objet réfléchi ».

• Le dispositif des « hologrammes par réflexion restituable en lumière blanche » est original.

Dans les trois cas précédents, l'angle entre le faisceau objet et le faisceau de référence est quasiment nul : ici, il peut être de 60° ou même plus .

Cela permet d'obtenir un hologramme moins étalé en longueur .

• Aujourd 'hui, on réalise des hologrammes en couleurs.

•L'hol ographie s'est imposée dans notre vie quotidienne .

Difficile s à reproduire, les hologrammes placés sur les billets de banque ou les cartes de crédit servent à lutter contre l a contrefaçon.

• On trouve aussi à présent des illustrations holographiques sur certains timbres ou encore sur les images que les enfants s'échangent dans les cours de récréat ion.

DANS LES DOMAINES DES CONTRÔLES ET DES MESURES •EnmUedne par exemple , on peut créer des répliques de parties du corps humain grâce à l'holographie .

Ce procédé autorise un diagnostic rapide et plus précis des fractures ou des tumeurs.

• !:holographie permet également aux industriels de contrôler la qualit é de leurs produits .

Si la forme de l'objet reproduit par hologramme n'est pas exactement identique au tracé de référence , l'ordinateur est capable de le détecter .

•L'holographie est particulièrement utilisée en microscopie pour augmenter la résolution d'un microscope sans en diminuer la profondeur de champ .

LES APPLICATIONS D'AVENIR • Certains rêvent de lire des revues illustrées d'hologrammes, d'autres d'aller voir un film en 3D sans les lunettes jusqu'à présent nécessaires .

Les progrès de l 'holographie les satisferont peut-être un jour .

• !:holographie pourrait éventuellement servir au stockage de données , sous forme de points brillants ou sombres, arrangés selon une structure tridimensionnelle.

La grande capacité de stockage d'informations que possèdent les hologrammes laisse envisager, à plus court terme , la fabrication de CD capables de contenir cinq fois plus d'informations que les disques actuels.

LASER.

HOLOGRAPHIE : UNE HISTOIRE CROISÉE 1!1115 Découverte du photon par Einstein .

1917 Einstein énonce la théorie du phénomène d'émission simultanée .

1947 Dispositif holo graphique originel de Gabor .

19'0 Premier laser réalisé par Maiman.

19'2 «Train and Bird » premier hologramme fabriqué au laser (université du Michigan) ; première opération en chirurgie oculaire.

1968 Invention de l'hologramme à transmission par Stephen .

19'9 Première mesure Terre-Lune à l'aide d'un laser à rubis .

1975 Première imprimante laser .

1983 Premier missile équipé de laser .

1984 Premier laser à rayons X ; le magazine National Geagraphic est le premier à utiliser un hologramme sur sa couverture ; premier disque compact (CD).

1986 Premier CD vendu à plus d'un million d'exemplaires : Brothers in Arms de Dire Straits .

1987 Un faisceau laser du Los Alamos National Laboratory (Nouveau­ Mexique, États-Unis) crée la lumière artificielle la plus intense jamais produite.

1990 Naissance du scanner 3D.

1995 Première opération contre la myopie; premier DVD .

2003 Lancement de la technologie «laser bleu » (stockage énorme de données sur DVD) .. »