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Article

1 - NOTIONS DE BASE SUR LES LASERS

2 - TECHNIQUES DE MISE EN ŒUVRE DES LASERS

3 - TECHNIQUES DE SPECTROSCOPIE LASER

4 - APPLICATIONS EN ANALYSE DANS L’ENVIRONNEMENT ET LE LABORATOIRE

5 - CONCLUSIONS

Article de référence | Réf : P2685 v3

Notions de base sur les lasers
Spectrométries laser en analyse et caractérisation

Auteur(s) : Sylvain LAZARE, Éric MOTTAY

Date de publication : 10 juin 2007

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RÉSUMÉ

Les sources laser, bien connues maintenant du grand public, sont grandement utilisées pour tenter de répondre aux problèmes d'analyse de la matière. Longueur d'onde, cohérence, durée d'impulsion, puissance, sont les paramètres qui caractérisent ces sources et leur permettent de sonder à distance le milieu, et cela avec une grande résolution spatiale. Des éléments leur sont toutefois indispensables, les optiques et les détecteurs, et bien sûr l'informatique pour la gestion des mesures et l'interprétation des résultats. En progrès constant, les techniques laser se developpent grâce à une technologie de plus en plus sophistiquée.

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ABSTRACT

Laser sources - Analysis and characterization

Laser sources, now well known by the general public, are widely used in order to try to address matter analysis issues. Wavelength, coherence, impulse length, power, are parameters which characterize these sources and enable them to probe the medium remotely, all this with a high spatial resolution. Some elements are nonetheless essential: optical elements and detectors as well as, evidently, computing systems for the management of measurements and the interpretation of results. In constant progress, laser techniques are developing due to an increasingly sophisticated technology.

Auteur(s)

  • Sylvain LAZARE : Directeur de Recherche, Institut des Sciences Moléculaires (ISM), UMR 5255 du CNRS, Université de Bordeaux 1

  • Éric MOTTAY : Ingénieur et Directeur de la Société Amplitude Systèmes

INTRODUCTION

Les sources laser sont maintenant une réalité quotidienne du domaine grand public et tiennent une place de plus en plus importante en ce qui concerne les problèmes d’analyse de la matière, reliés ou non aux grandes interrogations scientifiques de notre temps. Les paramètres déterminants des lasers sont la longueur d’onde, la cohérence ou la directivité, la durée d’impulsion, l’intensité et la puissance. Il y a dans le concept d’utilisation d’un laser, les notions de sonder le milieu à distance, de le sonder de façon ultrarapide ou encore avec une grande résolution spatiale. À la source laser, il faut joindre des éléments indispensables dans les systèmes d’analyse, à savoir les optiques et les détecteurs. Il est aussi important de bien réaliser le rôle grandissant joué par l’informatique capable de gérer les mesures et d’interpréter les résultats en un temps de plus en plus court. Les progrès des concepts dont découle ce type d’instrumentation sont constants, grâce à une technologie de plus en plus sophistiquée et performante, et nous permettent de mieux appréhender les différents problèmes analytiques des sciences modernes. Ils contribuent au développement d’une meilleure vision, toujours plus rapide et plus large du monde, grâce au progrès scientifique. Nous allons énumérer et introduire les différentes techniques couramment utilisées, en essayant d’en illustrer les applications importantes. Nous incitons le lecteur à compléter son information par une recherche bibliographique plus large en s’aidant de celle de ce dossier qui a été conçue pour mettre en place les principaux mots-clés du domaine.

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VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v3-p2685


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1. Notions de base sur les lasers

Pour plus d’information le lecteur pourra se reporter à la référence .

1.1 Absorption, émission spontanée, émission stimulée et amplification

L’effet laser (light amplification by stimulated emission of radiation ) a été démontré vers 1960 . Il est le résultat de transitions entre niveaux électroniques ou vibrationnelles à l’échelle atomique dans des milieux de grande qualité optique, où une direction de propagation est privilégiée par réflection multiple sur un jeu de deux miroirs qui définissent une cavité. Le milieu de la cavité est capable de générer des photons et de les amplifier dans l’axe du laser grâce à l’émission stimulée. Si on considère des atomes, deux niveaux d’énergie E 1 et E 2 sont mis en jeu pour l’effet laser, avec des populations respectives n 1 et n 2 .

L’absorption excite les atomes de E 1 vers E 2 , la plupart du temps à l’aide d’une source de photons, dite pompe, d’énergie  = E 2 – E 1 (figure 1).

L’émission spontanée d’un photon d’énergie correspondante se produit un certain temps après l’absorption, avec une direction et des caractéristiques aléatoires. C’est un phénomène naturel de retour à l’état fondamental de plus basse énergie qui se produit dans de nombreuses sources lumineuses.

L’émission stimulée (Einstein, 1917) est provoquée par la collision d’un photon incident de bonne énergie  = E 2 – E 1 avec un état excité. Elle produit un...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - RULLIÈRE (C.) -   Femtosecond Laser Pulses : Principles and Experiments.  -  (Ed.) Springer (1998).

  • (2) - MAIMAN (T.H.) -   *  -  Nature, 187, 493 (1960).

  • (3) - KOECHNER (W.) -   Solid State Laser Engineering.  -  Springer (1999).

  • (4) - FLEUROT (N.), CAVAILLER (C.), BOURGADE (J.L.) -   *  -  Fusion Eng. Des., 74, 147-154 (2005).

  • (5) - CAVAILLER (C.), FLEUROT (N.), LONJARET (T.), DI-NICOLA (J.M.) -   *  -  Plasma Phys. Control. Fusion, 46 B, 135-141 (2004).

  • (6) - DRUON (F.), BALEMBOIS (F.), GEORGES (P.) -   *  -  Ann. Chim. Sci. Mat., 28, 47-72 (2003).

  • (7) - PAUL (P.M.), TOMA (E.S.), BERGER (P.),...

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