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LE LASER - OSCILLATEUR A FREQUENCE OPTIQUE - leçon n° 21 (allègement de programme pour le bac 2002)

 

Le laser a pu être conçu grâce aux progrès réalisés en physique atomique dans la seconde moitié du XX° siècle.


1- PROPRIETES DU FAISCEAU LASER


· Monochromaticité

La lumière issue d’un laser est pratiquement monochromatique (longueur d’onde très précise).

Pour le laser hélium-néon l = 632,8 nm

· Cohérence

La lumière laser est cohérente.

- L’émission de lumière par un laser s’effectue par des trains d’onde très longs, beaucoup plus longs que ceux émis par une source ordinaire (bonne cohérence temporelle). Cela joue sur la monochromaticité.

- Cette lumière laser a également une grande cohérence spatiale : deux points de la source placés normalement à la direction de propagation produisent des vibrations lumineuses en accord de phase.

· Directivité

Le faisceau laser est très peu divergent. Il est très directif.

· Puissance

La puissance des lasers est très variable. Faible (quelques mW) ou moyenne pour des lasers à fonctionnement continu (excités, par exemple, par une décharge électrique continue : DEC) elle peut devenir très grande pour des lasers fonctionnant par impulsion (excités par des décharges électriques impulsionnelles : DEI) et atteindre 106 W, voire 1015 W pendant des durées très brèves (10 - 12 s.)


2- DESCRIPTION SOMMAIRE

Le laser comprend trois éléments essentiels :

a) Une cavité contenant le milieu actif formé d’atomes ou de molécules, milieu dans lequel a lieu l'émission de lumière.

b) Une source d'énergie qui permet d'exciter (pompage optique) le milieu actif afin qu'il émette la lumière.

L’énergie nécessaire au pompage est fournie par décharge électrique (laser à gaz) ou flash lumineux (laser solide)

c) Deux miroirs parallèles, l'un réfléchissant les ondes lumineuses, l'autre semi-réfléchissant afin que la lumière puisse sortir. La distance L entre le miroir réfléchissant et le miroir semi-réfléchissant est un multiple de la demi longueur d’onde de la lumière émise :

L = p ´ l / 2 (p entier non nul) avec l = c ´ T = c / f


3- QUELQUES APPLICATIONS DU LASER


· Faisceau directif :

- Alignements et visées pour faciliter les constructions (tunnel sous la Manche).

- Télémétrie (mesure de la distance Terre-Lune).

- Spectacles.

· Faisceau monochromatique, cohérent :

- Interférométrie.

- Lecture des CD audio ou vidéo.

- Lecture des codes barres.

- Télécommunications par laser.

- Mesure des vitesses par effet Doppler.

- Refroidissement par laser.

· Faisceau puissant ou peu puissant :

- Fusion des matériaux.

- Confinement d’un plasma.

- Chirurgie.

 

A VOIR :

Problème n° 21 A (à résoudre) : Lecture d'un disque compact - Laser. (allègement de programme pour le bac 2002)

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