La lumière des lasers

19 janvier 2011 Marie-Christine Artru

Découverte du laser, il y a 50 ansPrincipe du rayonnement laserTechniques et performancesApplications scientifiques, industrielles, médicalesDes lasers dans la vie quotidienne

et quelques expériences

Université Populaire de Lyon

Thème « Illusions Réalités Création »

illusion de réalité

Les dossiers de la recherche, La lumière quantiqueNo38, février 2010, page 18

On ne peut pas connaître la position d’un photon avant de l’observer, car elle n’existe pas.

Une incroyable illusion de réalité

détection en E aucune en F

les 50 ans du laser

Anniversaire en 2010 http://www.50ansdulaser.fr/http://www.laserfest.org/

en 1960, en Californie, Theodore Maiman (32 ans, en Californie) est le premier à réaliser un laser : le laser à rubis de 3 cm de long

depuis 1964, dix prix Nobel furent attribués dans le domaine des lasers et de leurs applications

Des prix Nobel dans le domaine des lasers et des applications

1964 Charles H. Townes (USA), Alexsandr M. Prokhorovet Nicolay G. Basov (URSS)

travail théorique, avant le premier laser construit parThéodore Maiman.

1966 Alfred Kastler (France)découverte et le développement du pompage optique

1981 Nicolaas Bloembergen (Pays-Bas,USA), Arthur L. Schawlow (USA)spectroscopie laser et optique non-linéaire

1989 Norman F. Ramsey (USA)maser à hydrogène et principe d’horloges atomiques.

1997Steven Chu(USA), Claude Cohen-Tannoudji (France)et William D. Phillips(USA)refroidissement d’atomesà l’aide de lumière laser.

2000 Zhores I. Alferov (Biélorussie) et Herbert Kroemer (All) et Jack S. Kilby (All, USA) lasers à semiconducteurs

2009 Charles K. Kao (Chine)fibres optiques, capteur CCD

principe du L.A.S.E.R.

Light Amplification by Stimulated Emissionof Radiation

amplification

rétroaction

analogues :les oscillateurs accordables en électroniquel’effet Larsen en acoustique

émission stimulée

processus inversel’absorption

atome excité

atome au repos

1

2

1

2

inversion de population

pompage

spontané ou stimulé ?

énergie

A21 ou B21

1

2spontané

stimulé

émission de photons : deux processus en compétition A21 spontané B21 stimulé

coefficients d’EINSTEIN

- usuellement, l’émission spontanée est prépondérante,- dans un laser, l’émission stimulée l’emporte

du MASER. au LASER MicrowaveAmplification by Stimulated Emission of Radiation

Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

Charles Townes travaillant sur les radars, exploite le résultat d’Einstein (1917) pour fabriquer le premier MASER en 1954(maser à ammoniac NH3, λ ~1cm)

Avec son beau-frère Arthur Shawlow, il publie en 1958 un article théorique sur la possibilité d’obtenir le même effet en optique (λ <1µm).

Mais c’est plus difficile à réaliser, car B21/A21 ~ λ3 etla probabilité d’émission stimulée est 10 000 fois plus petite.

De 1958 à 1960 de nombreux chercheurs tentent l’expérience, jusqu’au succès de Theodore Maiman.

cavité résonante

« rétroaction » à l’intérieur d’une cavité Fabry-Perot (1898)sélectivité λk = 2L/k

pompage

miroir 100% miroir 99%

L

le premier laser

laser He-Ne

énergie d’excitation

He 90% Ne

0

20 eVémission laserλλλλ=632,8 nm

autres lasers

Nombreuses applications

Métrologie, télémétrie et vélocimétrieLidar, détection des pollutions

Soudure et usinage

Lecteurs CD-DVDMédecine et biologie

Fusion thermonucléaire

Atomes ultra-froids et horloges atomiquesLe laser femtoseconde en chimie

Les pages suivantes sont tirées de la présentation de Lucile Julien (ENS Paris)http://www.50ansdulaser.com/UserFiles/File/COLOQ11_JULIEN.pdf

laser en microscopie

industrie

industrie suite

bâtiment

code-barre et CD

télécom

manipulation des atomes

Atomes froids

télémétrie : principe

Le laser terre-lune

mesurer la distance terre lune (384 000 km) au cm prèsmotivations ? géodésie, satellites, météo

Télescope de 1,54 m de diamètre laser YAG-Nd , λλλλ=1064 nm IR

5 réflecteurs sur la lune (coins de cube)

10 tirs d’impulsions (0,3 ns) par seconde

détection du retour d’un photon sur 1018

Plateau de Calern , Observatoire de la Côte d’Azur

Traces des satellites

enregistrement par laser des passages de satellites sur la voute célestepar la station MeO de l’observatoire de Côte d’AzurRapport 2009 du Groupe de Recherche en Géodésie Spatial