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RÉSUMÉ
Depuis son invention en 1960, le laser a toujours su se positionner sur de nouveaux domaines d’applications. Il est ainsi devenu un objet courant de la vie quotidienne et un acteur important des secteurs scientifiques et économiques. Même si les lasers présentent toutes sortes de caractéristiques physiques (dimension, longueur d’onde démission, puissance…), leurs fonctionnements reposent sur quelques principes communs. Après une brève description théorique de l’effet laser, cet article fait le point sur les différentes sources laser, pour donner ensuite au lecteur un panorama général des lasers et de leurs applications.
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Hugues GUILLET DE CHATELLUS : Directeur de recherche au CNRS, docteur en physique de l’Université Bordeaux 1 - Laboratoire Interdisciplinaire de Physique, UMR 5588, - Saint-Martin-d’Hères, France
INTRODUCTION
L’invention du laser à rubis en 1960 par T. Maiman est l’aboutissement de travaux fondamentaux sur l’interaction entre la lumière et la matière entrepris dès le début du XXe siècle. Les lasers sont devenus, en soixante ans, un objet familier présent dans un nombre toujours croissant d’applications, tout en conservant malgré tout son caractère fascinant. La représentation courante d’un laser, popularisée en particulier par le cinéma, est celle d’un rayon de lumière colorée, qui illustre deux propriétés fondamentales des lasers : la nature spécifique du spectre – le contenu fréquentiel –, et la directivité du rayonnement. Par sa nature, un rayonnement laser est donc très différent des sources lumineuses habituelles (ampoule à incandescence, diode électroluminescente), dont le spectre est généralement large et la directivité faible. Il existe des lasers de toutes tailles, depuis des nanostructures de quelques dizaines de nanomètres, jusqu’aux systèmes laser de fusion contrôlée, qui occupent des bâtiments de plusieurs centaines de mètres. Les types de rayonnement émis sont également très divers, à la fois au niveau des longueurs d’onde (depuis les rayons X et l’UV lointain des lasers excimères, jusqu’à l’infrarouge des lasers CO2), et de la structure temporelle du rayonnement laser (des lasers continus jusqu'aux sources d'impulsions ultra-courtes : femtoseconde (10−15 s), voire attoseconde (10−18 s)). Enfin, les puissances lumineuses instantanées émises varient sur une très large plage, du nanowatt (10−9 W) jusqu’à l’exawatt (1018 W). Par ailleurs, dans un contexte technique et industriel en pleine évolution, les domaines d’application des lasers se sont très largement diversifiés, allant de l’usinage aux télécommunications, en passant par la chirurgie et les grands enjeux énergétiques actuels. Afin de proposer une vision globale des sources lasers, la première partie de cet article rappelle les principes communs des lasers : les mécanismes d’amplification lumineuse, l’effet de la cavité, puis la mise en forme spatiale et temporelle du rayonnement laser. La seconde partie s’applique à dresser un panorama général des sources laser, en fonction de leur domaine d’application.
Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire et un tableau des symboles utilisés.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de sept. 1996 par Gilles BRASSART, Jean-Louis MEYZONNETTE, Jean-Paul POCHOLLE
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4. Conclusion
Issu de la recherche la plus fondamentale, le laser a d’abord été considéré comme la réponse à un problème qui ne se posait pas. Aucune des applications des lasers d’aujourd’hui n’avait été recherchée, ni même imaginée par ceux qui avaient contribué à sa mise au point. Son utilisation massive dans un grand nombre de domaines différents offre l’exemple frappant d’une invention, d’une curiosité presque, qui a su non seulement trouver sa place dans des enjeux sociétaux variés, mais également orienter les axes du développement technologique. Nombre de disciplines et de domaines d’étude sont apparus, déclenchés par l’irruption de cet outil si particulier. En dépit de son âge respectable, le laser continue à être un objet de fascination et un sujet de recherche toujours très actif. D’aucuns entrevoient des domaines d’applications toujours nouveaux, en particulier sur deux fronts : celui de la physique quantique et de ses applications envisagées autour de la transmission et de la manipulation de l’information quantique (ordinateur quantique), et celui de la réalisation de fonctions en optique intégrée pour remplacer à terme les circuits et, pourquoi pas, les processeurs électroniques. Nul doute que le laser, tout en restant le cheval de trait d’une multitude d’applications pratiques, devrait poursuivre son rôle de déclencheur de nouvelles techniques et applications.
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BIBLIOGRAPHIE
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Le laser – Fondamentaux. Cours de F. Balembois et N. Forget
http://www.optique-ingenieur.org/fr/cours/OPI_fr_M01_C01/co/OPI_fr_M01_C01_web_1.html
Les lasers : principe et applications. Cours vidéo M. Brunel
https://www.scienceaction.asso.fr/ressources/videos/lasers-principe-et-applications-les
Laser Fundamentals, Cours vidéo du MIT
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