Les lasers sont utilisés dans une grande variété de produits et de technologies, et la variété est incroyable.Il semble que tout ait un laser dans son ombre.Mais qu'est-ce qu'un laser exactement? Quelle est la différence entre un faisceau laser et un faisceau de lampe de poche?
Le centre de recherche Langley de la NASA
Le dispositif d'essai de seuil de dommages optiques comporte trois lasers: néodyme-yttrium d'aluminium pulsé à haute énergie
Les lasers granat, les lasers saphir-titane et les lasers He-ne résonnants.
Le centre de recherche Langley de la NASA
Le dispositif d'essai de seuil de dommages optiques comporte trois lasers: néodyme-yttrium d'aluminium pulsé à haute énergie
Les lasers granat, les lasers saphir-titane et les lasers He-ne résonnants.
Il n'y a qu'environ 100 atomes différents dans l'univers entier. Tout ce que nous voyons est composé de plus de 100 atomes combinés d'une infinité de façons.La façon dont ces atomes sont disposés entre eux détermine si l'objet formé est un verre d'eau, un morceau de métal, ou la mousse dans une bouteille de soda!
Les atomes sont en perpétuel mouvement: ils vibrent, bougent et tournent constamment, et même les atomes qui composent nos sièges sont en mouvement constant.Les atomes ont plusieurs états d'excitation différents.Si suffisamment d'énergie est donnée à un atome, il peut monter du niveau d'énergie de l'état de base au niveau d'énergie de l'état excité.Le niveau d'énergie de l'état excité dépend de la quantité d'énergie donnée à l'atome sous forme de chaleur, lumière, électricité, etc.
Le schéma suivant illustre bien la structure des atomes:
Le modèle atomique le plus simple
Il est constitué d'un noyau atomique et d'électrons en orbite autour.
Il est constitué d'un noyau atomique et d'électrons en orbite autour.
Un atome simple se compose d'un noyau (contenant des protons et des neutrons) et d'un nuage d'électrons.Nous pouvons penser aux électrons dans un nuage d'électrons comme voyageant dans un certain nombre d'orbites différentes autour du noyau.
Même si nous regardons les atomes avec la technologie moderne, nous ne pouvons pas voir les orbitales discrètes des électrons, mais il est utile de penser à ces orbitales comme les différents niveaux d'énergie des atomes.Si nous chauffons un atome, certains électrons dans les orbitales à basse énergie peuvent être excités pour sauter dans les orbitales à haute énergie plus loin du noyau.
Absorption de l'énergie:
Les atomes peuvent absorber de l'énergie sous forme de chaleur, de lumière, d'électricité, etc. L'électron peut alors passer d'une orbitale à basse énergie à une orbitale à haute énergie.
Bien que cette description soit simple, elle révèle le principe de base de la façon dont les atomes forment des lasers.
Après la transition de l'électron vers une orbite à énergie plus élevée, il finira par revenir à l'état de base.Vous verrez que les atomes émettent constamment de l'énergie sous forme de photonsPar exemple, l'élément chauffant dans un four devient rouge vif, où la couleur rouge est le photon rouge libéré par les atomes excités par la chaleur.Ce que vous voyez est une variété de couleurs différentes de la lumière émise par les atomes de phosphore excités par des électrons à grande vitesseTout objet lumineux, y compris les lampes fluorescentes, les lampes à gaz et les lampes à incandescence, émet de la lumière en changeant les orbites des électrons et en libérant des photons.
Un laser est un dispositif qui contrôle la libération de photons à partir d'atomes excités..Ce nom décrit brièvement le fonctionnement du laser.
Bien qu'il existe de nombreux types de lasers, ils ont tous quelques caractéristiques de base.un flash ou une décharge de haute intensité peut pomper le milieu, qui à son tour produit un grand nombre d'atomes (atomes contenant des électrons à haute énergie) dans un état excité.il doit avoir un grand nombre d'atomes dans un état excitéEn général, les atomes doivent être excités pour atteindre deux ou trois niveaux d'énergie au-dessus de l'état de base.L'inversion de la population est le rapport entre le nombre d'atomes dans l'état excité et les atomes dans l'état de base.
Lorsque le milieu laser est pompé, il comprend un certain nombre d'atomes avec des électrons excités.Tout comme un électron peut absorber une certaine quantité d'énergie pour atteindre un état excitéComme le montre la figure ci-dessous, tant que l'électron saute au niveau inférieur, il libérera une partie de son énergie.L'énergie libérée est convertie en forme de photons (énergie lumineuse)Le photon émis a une longueur d'onde (couleur) spécifique, en fonction de l'état d'énergie de l'électron au moment de sa libération.Deux atomes ayant le même état électronique émettent des photons de même longueur d'onde..
La lumière laser est très différente de la lumière ordinaire.
Le laser émis est monochromatique. Un laser contient de la lumière d'une longueur d'onde spécifique (c'est-à-dire une couleur spécifique).La longueur d'onde de la lumière est déterminée par l'énergie libérée par les électrons lorsqu'ils retournent sur une orbite à énergie inférieure.
Le laser émis a une bonne cohérence. La structure du laser est meilleure, et chaque photon suit l'autre photon. C'est-à-dire que le front d'onde de tous les photons est exactement le même.
Les faisceaux laser sont compacts, concentrés et extrêmement énergétiques.et l'énergie lumineuse est faible et la concentration est faible.
Pour atteindre ces trois propriétés, un processus appelé émission stimulée est nécessaire.En émission stimulée, les atomes émettent des photons de manière organisée.
Le photon émis par l'atome a une longueur d'onde spécifique, qui dépend de la différence d'énergie entre l'état excité et l'état de base.Si un photon (avec une certaine énergie et phase) touche un autre atome qui a un électron dans le même état excitéLe premier photon peut exciter ou guider l'atome à émettre un photon, et le photon émis (c'est-à-direle photon émis par le deuxième atome) oscille à la même fréquence et dans la même direction que le photon entrant.
Un autre composant clé du laser est une paire de miroirs, situés à chaque extrémité du support laser.Les photons d'une longueur d'onde et d'une phase spécifiques se déplacent d'avant en arrière entre le milieu laser par la réflexion des réflecteurs aux deux extrémitésCe faisant, ils excitent plus d'électrons pour passer d'orbites à haute énergie à orbite à basse énergie, ce qui émet plus de photons de même longueur d'onde et de même phase.qui produira par la suite une cascade à son tourLe miroir à une extrémité du milieu laser est un revêtement semi-réfléchissant, c'est-à-dire un revêtement qui permet à l'un des photons de la même longueur d'onde et de la même phase d'entrer rapidement dans le laser.Il ne réfléchit qu'une partie de la lumière.La lumière qui passe est un laser.
Le laser au rubis se compose d'un tube flash semblable à un flash d'appareil photo, d'une tige rubis et de deux miroirs (dont l'un est un miroir semi-réfléchissant).et le tube flash est la source de pompage.