Présentation
EnglishRÉSUMÉ
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.
VERSIONS
- Version archivée 1 de sept. 1996 par Gilles BRASSART, Jean-Louis MEYZONNETTE, Jean-Paul POCHOLLE
DOI (Digital Object Identifier)
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5. Glossaire
cavité ; cavity
Ensemble de miroirs permettant de renvoyer les photons dans le milieu amplificateur pour produire une amplification en cascade. Les miroirs peuvent être localisés, ou distribués, comme dans le cas des réseaux de Bragg.
laser ; laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)
Dispositif combinant un milieu amplificateur (ou milieu à gain) et une cavité, permettant de produire un rayonnement cohérent spatialement et temporellement.
milieu amplificateur ou milieu à gain ; gain medium
Siège de l’amplification de la lumière par le phénomène d’émission stimulée. Il peut prendre différentes formes (ampoule de gaz, liquide, ou solide).
mode ; mode
Désigne une solution du champ électromagnétique à l’équation de propagation et aux conditions aux limites imposées par la cavité. Les modes spatiaux correspondent aux profils transverses du champ électromagnétique supportés par la cavité. Les modes longitudinaux sont les motifs d’ondes stationnaires permises dans la cavité.
pompage ; pumping
Procédé par lequel de l’énergie extérieure est apportée au milieu amplificateur. Le pompage peut être optique, électrique ou chimique.
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Glossaire
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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