Le laser a plus de cinquante ans

Le laser (acronyme en anglais de “light amplification by stimulated emission,” en français ” amplification de lumière par émission stimulée” fait maintenant partie de notre vie quasi quotidienne.

On en trouve dans les lecteurs de disque compact et de DVD. Mais aussi dans l’industrie où des lasers servent à découper aussi bien des couches superposées de textiles que des tôles métalliques. On les utilise pour la soudure dans l’industrie automobile mais aussi pour nettoyer les fragiles facades et sculptures d’anciens monuments. Les applications médicales sont légion, allant de la chirurgie de l’oeil à la dermatologie. Les géomètres les utilisent pour aligner leurs mires et mesurer les distances. Jusqu’aux “radars ” de  nos routes qui ne sont autres que des vélocimètres à laser.

Le laser s’est rendu indispensable à l’industrie, à la médecine, à notre vie quotidienne, mais aussi à la recherche. Grâce à ses innombrables applications, toutes les sciences ont aujourd’hui recours à lui. Et pourtant, ce fabuleux succès n’en est qu’à ses débuts… Car de nombreux laboratoires déploient en permanence de nombreux efforts pour améliorer les technologies du laser, donnant ainsi naissance à des applications souvent inattendues.

Le laser à rubis, ancêtre  de tous les lasers

Il y a cinquante et un ans,  en mai 1960,  le physicien américain Theodore Maiman  fit fonctionner et décrivit dans une publication le  premier laser à rubis, ancêtre de tous ces lasers qui ont conquis la planète…Il en prit un brevet en 1961.   Le monde a rendu hommage à ce héros de la technologie moderne.

 

Le laser à rubis présente déjà les caractéristiques communes à tous les lasers :

1-Il existe un milieu dit actif (ici le rubis) dans lequel de l’énergie, ici l’énergie lumineuse d’une lampe flash, peut “pomper”des atomes dans un état d’énergie supérieur à celui de l’équilibre. Les atomes, en perdant de l’énergie, émettent des photons de fréquence donnée. Cette émission peut être stimulée par des photons de la même fréquence.


2- Ce milieu est placé dans une cavité formée de deux miroirs parallèles réfléchissants entre lesquels les photons vont et viennent et qui sélectionne ainsi, par résonance, une longueur d’onde préférentielle pour la lumière. En outre, à chaque passage, le nombre de photons augmente par émission stimulée et donc l’intensité de lumière augmente. Le milieu actif, ici le cristal de rubis, est placé dans la cavité.


3- Enfin l’un des miroirs est légèrement moins réfléchissant que l’autre, permettant ainsi à la lumière du laser de sortir de la cavité.


On obtient ainsi un faisceau de lumière très monochromatique, concentré et rectiligne.

 

Vue éclatée du laser à rubis de Th. Maiman

Dans d’autres types de lasers le  milieu actif peut être gazeux (par exemple un mélange Hélium-Néon, d’autres gaz rares ou du CO2)  ou liquide et l’excitation peut être électrique ou optique.

Les lasers les plus courants sont les minuscules lasers obtenus à partir d’une puce de semi-conducteur. On les retrouve dans les pointeurs des conférenciers, les balayeurs des caisses électroniques et bien d’autres systèmes.

Ne manquez pas de regarder la vidéo suivante réalisée par le CNRS à l’occasion de cet anniversaire, elle montre en action de nombreux types de lasers et explicite de façon plus approfondie le mécanisme de cet effet.

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