Le laser est une invention majeure de l'humanité, souvent qualifié de « lumière la plus intense ». On rencontre fréquemment des applications laser dans la vie courante, comme l'esthétique, le soudage, ou encore les dispositifs anti-moustiques. Aujourd'hui, nous allons examiner en détail le fonctionnement des lasers et les principes qui régissent leur génération.
Qu'est-ce qu'un laser ?
Un laser est une source de lumière qui utilise un faisceau laser pour générer un faisceau lumineux spécifique. Il produit cette lumière en injectant de l'énergie provenant d'une source lumineuse externe dans un matériau par le processus de rayonnement stimulé.
Un laser est un dispositif optique composé d'un milieu actif (gaz, solide ou liquide) capable d'amplifier la lumière et d'un réflecteur optique. Le milieu actif d'un laser est généralement un matériau sélectionné et traité, et ses caractéristiques déterminent la longueur d'onde d'émission du laser.
La lumière générée par les lasers possède plusieurs caractéristiques uniques :
Premièrement, les lasers produisent une lumière monochromatique avec des fréquences et des longueurs d'onde très précises, ce qui permet de répondre à certains besoins optiques spécifiques.
Deuxièmement, le laser est une lumière cohérente, et la phase des ondes lumineuses est très constante, ce qui permet de maintenir une intensité lumineuse relativement stable sur de longues distances.
Troisièmement, les lasers produisent une lumière très directionnelle avec des faisceaux très étroits et une excellente focalisation, ce qui permet d'obtenir une haute résolution spatiale.
Le laser est une source de lumière
Le principe de la génération laser
La génération du laser fait intervenir trois processus physiques fondamentaux : le rayonnement stimulé, l’émission spontanée et l’absorption stimulée.
Srayonnement stimulé
Le rayonnement stimulé est essentiel à la génération de lasers. Lorsqu'un électron de haute énergie est excité par un photon, il émet un photon possédant la même énergie, la même fréquence, la même phase, le même état de polarisation et la même direction de propagation que ce photon. Ce processus est appelé rayonnement stimulé. Autrement dit, un photon peut « cloner » un photon identique grâce au rayonnement stimulé, permettant ainsi l'amplification de la lumière.
Sémission pontane
Lorsqu'un électron d'un atome, d'un ion ou d'une molécule passe d'un niveau d'énergie élevé à un niveau d'énergie bas, il libère des photons d'une certaine énergie : c'est l'émission spontanée. L'émission de ces photons est aléatoire et sans cohérence ; autrement dit, leur phase, leur état de polarisation et leur direction de propagation sont tous aléatoires.
Sabsorption stimulée
Lorsqu'un électron de faible énergie absorbe un photon dont la différence d'énergie est égale à la sienne, il peut être excité à un niveau d'énergie supérieur. Ce processus est appelé absorption stimulée.
Dans les lasers, une cavité résonante composée de deux miroirs parallèles est généralement utilisée pour amplifier le processus de rayonnement stimulé. L'un des miroirs est un miroir à réflexion totale, et l'autre un miroir semi-réfléchissant, qui ne laisse passer qu'une partie du faisceau laser.
Dans le milieu laser, les photons subissent des réflexions successives entre deux miroirs. Chaque réflexion génère de nouveaux photons par un processus de rayonnement stimulé, amplifiant ainsi la lumière. Lorsque l'intensité lumineuse atteint un certain seuil, un laser est émis à travers un miroir semi-réfléchissant.
Date de publication : 7 décembre 2023
