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Auteur(s)
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Jean-Pierre PRENEL : Professeur à l’Université de Franche-Comté
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Lire l’articleINTRODUCTION
En quelques années, le laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) est passé du statut d’appareil de laboratoire pour physicien à celui de système industriel très répandu.
L’objectif de cet article est donc de permettre aux très nombreux utilisateurs non spécialistes de comprendre le fonctionnement de cette source de lumière très particulière et de se familiariser avec ses différentes configurations pratiques.
La démarche proposée consiste à présenter en première partie les phénomènes physiques variés contribuant à l’émission de lumière cohérente, ainsi que les propriétés spécifiques de cette lumière. L’article suivant présente les principaux appareils présents sur le marché, en respectant le traditionnel classement en deux familles : lasers à solides et lasers à gaz. Avant la lecture de ce texte, il peut être profitable de consulter quelques articles du thème « optique » du traité de Sciences fondamentales, notamment « optique ondulatoire », « optique des milieux matériels » et « optique cohérente ».
Les applications, très nombreuses, ne sont pas traitées dans cet article. Le lecteur intéressé par un domaine d’application spécifique pourra trouver les informations adaptées dans les traités spécialisés : mécanique (traitement des matériaux, usinage), électricité (optronique, communications)...
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Niveaux d’énergie et transitions
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7. Propriétés du faisceau laser
7.1 Cohérence spatiale et divergence
Nous ne reviendrons pas sur la notion de cohérence temporelle longuement discutée dans les paragraphes 5.1 et 6.2. Par contre, le concept de cohérence spatiale, présent implicitement dans la description du processus d’émission stimulée 2.2 peut être précisé de façon très pragmatique : les photons induits sont en phase avec les photons incidents et la direction de propagation est conservée ; de plus, la cavité résonnante impose une directivité de l’émission. En première approximation, notamment en négligeant les effets de diffraction, on peut donc estimer que le faisceau de lumière émergent est parallèle et que l’onde émise est plane si les miroirs sont eux-mêmes plans ; dans toute section droite de faisceau, on admet alors que la phase de l’onde est identique, cette homogénéité se conservant en aval lors de la propagation. L’image évocatrice de cette propriété, souvent présentée dans la littérature de vulgarisation, est celle d’un régiment de militaires marchant soigneusement « au pas » et en rangs parfaits, les photons associés à une onde plane jouant le rôle de soldats disciplinés lorsque la propagation est cohérente...
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Propriétés du faisceau laser
BIBLIOGRAPHIE
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(4) - GORDON (J.P.), ZEIGER (H.J.), TOWNES (C.H.) - * - Phys. rev., 95, 282, 1954.
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(5) - SCHAWLOW (A.L.), TOWNES (C.H.) - Infrared and optical masers. - Phys. Rev., 112, 1940-1949, 1958.
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(6) - MAIMAN (T.H.) - Stimulated optical radiation in ruby. - Nature, 187, 493-494, 1960.
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(7) - JAVAN (A.), BENNETT (W.R.), HERRIOT (D.R.) - Population inversion and continuous optical...
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