Les lasers, qui signifient Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, sont des appareils qui émettent une lumière hautement focalisée, cohérente et monochromatique. Contrairement aux sources lumineuses ordinaires, les lasers produisent une lumière très précise et peuvent être contrôlées avec une grande précision. Cette leçon explore les principes des lasers, leurs types et leurs applications, notamment dans le domaine de l'optique.
Le processus d’émission stimulée est au cœur du fonctionnement du laser. Ce processus implique l'amplification de la lumière en excitant des électrons dans un milieu (gaz, solide ou liquide) jusqu'à un niveau d'énergie plus élevé. Lorsque ces électrons excités reviennent à un niveau d’énergie inférieur, ils émettent des photons (particules lumineuses) dotés d’une énergie spécifique. Il est important de noter que ces photons stimulent d’autres électrons excités à émettre des photons supplémentaires, créant ainsi une réaction en chaîne qui amplifie la lumière.
Les trois principaux composants d’un laser sont :
La clé du fonctionnement du laser consiste à atteindre un état appelé « inversion de population », dans lequel davantage d'électrons dans le milieu de gain sont à l'état excité que dans l'état d'énergie inférieure. Cette condition est nécessaire pour que l’émission stimulée domine l’absorption.
Les lasers peuvent être classés en fonction de leur support de gain :
Les lasers ont transformé de nombreux aspects de l’optique et ont trouvé de nombreuses applications :
Bien qu'un équipement complexe soit nécessaire pour des expériences approfondies avec les lasers, l'observation des modèles d'interférence des lumières laser peut fournir un aperçu de leurs propriétés.
Modèle d'interférence : lorsque la lumière laser passe à travers deux fentes rapprochées (une configuration connue sous le nom d'expérience à double fente de Young), elle crée un motif d'interférence sur un écran placé derrière les fentes. Ce motif de bandes lumineuses et sombres démontre la nature ondulatoire de la lumière et la cohérence de la lumière laser. La distance entre ces bandes peut être donnée par l'équation :
\(D = \frac{\lambda \cdot L}{d}\)où \(D\) est la distance entre les bandes adjacentes claires ou sombres, \(\lambda\) est la longueur d'onde de la lumière laser, \(L\) est la distance entre les fentes et l'écran, et \(d\) est la distance entre les deux fentes.
Comprendre les lasers et leurs principes plonge non seulement en profondeur dans le domaine de l’optique, mais ouvre également les portes à des innovations dans les domaines de la communication, des soins de santé et à diverses explorations scientifiques. Leur précision et leur capacité à être méticuleusement contrôlées font des lasers des outils indispensables dans la technologie et la recherche modernes.
