1- Propriété
Les lasers peuvent servir dans de multiples applications comme l'ophtalmologie, le pointage, la télémétrie, l'imprimerie, la soudure, la découpe, le refroidissement, le contrôle de la fusion, la communication, l'analyse des matériaux, l'étude de l'atmosphère et bien d'autres.
Le rayonnement laser est monochromatique : il contient une seule couleur parce que l’on choisit comme dopant un élément qui offre un seul type de niveau excité accessible (en principe). En se désexcitant, les électrons libèrent tous la même énergie, d’où le caractère monochrome.
La lumière ordinaire est en réalité la juxtaposition des couleurs de l’arc-en-ciel. La lumière laser est monodirectionnelle : toutes les ondes lumineuses se déplacent dans la même direction. Le rayon laser est très peu divergent.
La lumière laser est ordonnée, on dit qu’elle est cohérente : toutes les ondes ont leurs « bosses » ou leurs « creux » aux mêmes endroits. On dit qu’elles sont en phase.
2- Disposition
Un laser est composé de 4 organes principaux :
1 - Le milieu amplificateur du laser : il est composé des atomes que l'on va venir exciter (ou pomper). Ce milieu peut être solide (un cristal par exemple), liquide (peu utilisé) ou gazeux. Il peut être semi-conducteur, ou constitué de fibre optique.
1 - Le milieu amplificateur du laser : il est composé des atomes que l'on va venir exciter (ou pomper). Ce milieu peut être solide (un cristal par exemple), liquide (peu utilisé) ou gazeux. Il peut être semi-conducteur, ou constitué de fibre optique.
Le choix du milieu se fait en fonction de la taille (semi-conducteur plus petit, donc plus pratique, contrairement au cristal), le poids, la longueur d'onde, l'intensité et la directivité voulue.
2 - Une source de pompage : elle permet d'exciter les atomes du milieu actif en injectant de l'énergie. Cette source peut être d'origine électrique ou lumineuse (un autre laser par ex).
3 - Un miroir qui réfléchit tous les photons incidents.
2 - Une source de pompage : elle permet d'exciter les atomes du milieu actif en injectant de l'énergie. Cette source peut être d'origine électrique ou lumineuse (un autre laser par ex).
3 - Un miroir qui réfléchit tous les photons incidents.
4 - Un miroir semi-réfléchissant qui laisse passer entre 1 et 10% des photons incidents et réfléchit le reste du rayonnement.
Pour donner une couleur spécifique a un laser :
Un exemple simple est celui d’un laser solide, constitué d’un cristal (matière régulièrement ordonnée) dopé par un élément qui présente des niveaux d’énergie excitée aisément accessibles (atome excitable).
C’est le choix de ce dopant qui donnera la couleur du rayonnement laser.
Exemple: Le laser à rubis
Le cas typique est celui du rubis. Le « matériau pur » est incolore ; c’est un solide composé d’un empilement régulier d’atomes d’aluminium (Al) et d’oxygène (O), 2 atomes Al pour 3 atomes O. C’est un oxyde de formule chimique Al2O3 (appelé alumine ou corindon). Dans ce cristal incolore, l’introduction de faibles quantités (environ un pour cent) de certaines impuretés, provoque une coloration (on appelle cela le dopage) :
- un peu de nickel (Ni) suffit à lui donner une coloration jaune,
- un peu de titane (Ti) et de fer (Fe) donne une coloration bleue, associé à la pierre précieuse qu’on appelle communément le saphir,
- un mélange de nickel (Ni) et de chrome (Cr) donne une couleur orange (ce saphir de couleur porte le nom de « padparadscha »),
- un mélange de chrome (Cr), titane (Ti) et fer (Fe) donne une couleur violette,
- un peu de vanadium (V) donne une couleur verte,
- un peu de chrome colore le cristal en rouge, c’est le rubis.
3- Fonctionnement
1/ Absorption
2/ Émission (spontanée)
Émission stimulée
Le principe du laser consiste à exciter des électrons au moyen d'une source d'énergie. Ces électrons retournent à leur état fondamental en émettant des photons. Ceux-ci sont réfléchit par deux miroirs disposés en face à face, jusqu'à ce que le faisceau soit suffisamment puissant pour traverser le miroir semi réfléchissant.