Comment fonctionne un laser ? Nous l’expliquons d’une manière simple

Equipo Ferros Planes

Última modificación: 4 novembre 2019

Le terme laser est un acronyme qui fait référence à “light amplification by stimulated emission of radiation”, c’est-à-dire, amplification de la lumière par émission stimulée de radiation. Cela signifie, de manière simplifiée, que le laser est un dispositif qui produit et amplifie la lumière d’une manière presque impossible à obtenir par tout autre moyen.

Il y a des décennies, les premiers faisceaux laser pouvaient produire des puissances maximales d’environ 10 000 watts. Aujourd’hui, les lasers actuels peuvent produire des impulsions des milliards de fois plus puissants. La National Ignition Facility des États-Unis peut générer plus de 500 billions de watts d’énergie.

Comment un atome émet-il de la lumière ?

Avant de comprendre le fonctionnement d’un laser, il est nécessaire de savoir comment un atome émet de la lumière. Les atomes sont de minuscules particules avec lesquelles toute matière est faite, comme dans le cas des cellules dans le cas des êtres vivants.

Cómo un átomo hace luz

(Ilustración de explainthatstuff.com)

La majeure partie de la masse de l’atome est concentrée dans le noyau au centre (en rouge), formé de protons et de neutrons groupés. Les électrons (en bleu) sont disposés autour du noyau en couches (parfois appelées orbitales ou niveaux d’énergie). Plus un électron a d’énergie, plus il a de couches et plus il est éloigné du noyau.

Les atomes émettent de la lumière en un processus de trois étapes (voir illustration ci-dessus) :

Comme nous le verrons un peu plus en dessous dans cet article, un laser suit ce processus à grande échelle : c’est une machine qui force des milliards d’atomes à pomper des billions de photons (particules de lumière) en même temps, de façon qu’ils s’alignent pour former un faisceau de lumière concentré (la ligne verte ondulée à grande échelle).

Les composants laser

Un laser a trois parties de base :

Un laser rouge typique, qui est généralement la première chose qui nous vient à l’esprit lorsque l’on pense à un laser, contiendrait un long cristal de rubis (le milieu laser, représenté dans l’illustration ci-dessous par une barre rouge) avec un tube de flash (lignes en zigzag jaunes) enroulé autour de lui. Le tube flash ressemble un peu à une bande de lumière fluorescente, à la différence qu’il s’enroule autour du verre rubis et clignote de temps en temps comme une lampe flash de l’appareil photo.

Comment fonctionne le laser ?

Maintenant que nous avons examiné comment un atome produit de la lumière et quels composants sont nécessaires pour générer un faisceau de lumière, nous pouvons mieux comprendre comment fonctionne un laser.

Cómo funciona un láser

Les utilisations du laser

Les lasers sont partout, des lecteurs de codes à barres utilisant un laser pour convertir un code à barres imprimé en un nombre qu’un ordinateur peut traiter ou imprimantes et lecteurs de DVD ou de CD dans lesquels un faisceau de laser à semi-conducteur rebondit sur le disque en rotation pour convertir son motif imprimé de données en chiffres et un chip dans un ordinateur convertit ces chiffres en images et en son. De l’envoi de gros volumes de données par Internet aux lasers à fibres optiques, en passant par les appareils de chirurgie médicale et esthétique (par exemple, l’enlèvement de tumeurs ou l’élimination des varices) et les machines de découpe de métaux des pièces qui porte notre voiture.

Des applications de défense importantes ont également été développées et, en fait, en utilisant des lasers à solide pompés par des LED, l’infrastructure d’un ennemi en temps de guerre peut être détruite de manière plus économique et plus précise que les missiles classiques, et un déploiement plus important de ces utilisations au cours de cette décennie est attendu.

Bibliographie et travaux d’intérêt: