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Auteur(s)
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Elisabeth GIACOBINO : Directeur de Recherche au Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
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Pour préciser comment la lumière interagit avec la matière, nous présenterons tout d’abord de brefs rappels sur les propriétés de ses constituants de base, les atomes 1.1 . Les atomes sont parfois groupés en molécules, dont nous discuterons la structure 1.2. Un ensemble d’atomes et de molécules peut émettre de la lumière, absorber ou modifier celle qui le traverse avec des particularités qui dépendent des caractéristiques propres des composants. Mais ces caractéristiques ne dominent les propriétés optiques du milieu que si la concentration est faible, comme dans un gaz sous faible pression. Dans les milieux condensés comme les liquides et les solides, les propriétés optiques sont liées aux interactions très fortes entre atomes voisins et nécessitent un traitement particulier 1.3.
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2. Interaction de la lumière avec la matière
2.1 Principes de l’interaction entre photons et atomes
2.1.1 Émission spontanée, absorption, émission stimulée dans le modèle de Bohr
Comme nous l’avons vu au paragraphe 1.3.2, l’absorption ou l’émission de rayonnement n’ont lieu que lors du passage d’un électron entre deux états d’énergie quantifiée. L’énergie est alors émise ou absorbée sous forme d’un photon de fréquence ν = E /h où h est la constante de Planck et E la différence d’énergie entre les deux niveaux considérés ; le rayonnement absorbé ou émis est en résonance avec la transition atomique. L’émission peut se produire en l’absence de champ lumineux extérieur (émission spontanée). Elle peut aussi être provoquée par un champ électromagnétique : c’est le phénomène d’émission stimulée (ou émission induite) proposé par Einstein en 1917 (figure 3). Le calcul d’Einstein montre que l’absorption et l’émission stimulée jouent des rôles complètement symétriques ; elles ont des probabilités égales de se produire 2.3.2. L’émission spontanée, elle, doit être mise à part. C’est elle qui rend instables les niveaux excités des atomes et des molécules.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - FEYNMAN (R.P.) - Le cours de physique : électromagnétisme. -
-
(2) - BORN (M.), WOLF (E.) - Principles of optics. - Pergamon (1970).
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(3) - CAGNAC (B.), PEBAY-PEROULA (J.C.) - Physique atomique. - Tomes 1 et 2, Dunod (1983).
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(4) - LAVAL (G.) - Matière et rayonnement. - Cours de physique à l’École Polytechnique (non publié) (1986).
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(5) - DESVIGNES (F.) - Détection et détecteurs de rayonnement. - Masson (1987).
-
(6) - BERTIN (M.), FAROUX (J.P.), RENAULT (J.) - Électromagnétisme. - Tome 4, Milieux diélectriques et milieux aimantés. Dunod (1984).
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