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Le Laser et hologrammes

Le LASER 3

I. Introduction historique 3

II. Fonctionnement du laser 3

1. Principe d’absorption et d’émission de la lumière 3

2. Emission stimulée 4

3. L’inversion de population 5

4. La résonance optique 5

5. Caractéristiques des lasers 5

III. Les différents lasers 6

1. Le laser solide ( ou cristallins ) : 6

2. Laser à gaz : 6

3. Le laserà colorant 7

4. Laser semi-conducteur 8

5. Le laser à électrons libres 8

IV. Lasers : Domaines 8

1. Puissance et précision 8

2. Art et Esthétique 9

3. Communication 10

V. Les risques du laser 10

1. Les risques optiques 10

2. Des risques électriques 10

3. Protections 10
Le LASER
I. Introduction historique

II. Fonctionnement du laser

Le laser utilise troisprincipes d’optique : le pompage optique, l’émission stimulée de la lumière et la résonance optique. (figure n°1)

Figure n°1 : Schéma du laser (source)

1. Principe d’absorption et d’émission de la lumière

La lumière est composée d’ondes électromagnétiques ou photons. Le modèle de Bohr (figure n°2) décrit les atomes tels que :
les électron des atomes sont limités à certaines orbites maisils peuvent passer d’une orbite à une autre.
l’orbite la plus proche du noyau est le niveau d’énergie le plus bas et plus on s’éloigne du noyau plus le niveau d’énergie augmente.
quand un électron passe à un niveau d’énergie plus bas, il émet un photon.
si un électron absorbe de l’énergie il passe au niveau d’énergie plus haut.

Figure n°2 : Modèle de Bohr de l’atome (source)

Sans apportd’énergie, l’électron reste sur son niveau d’énergie fondamental. Au bout d’un certain temps passé à un niveau d’énergie supérieur, l’atome se désexcite. L’électron repasse au niveau inférieur. Dans ce cas un photon est émis dans une direction aléatoire.

Sous l’effet d’un photon incident, l’électron peut emmagasiner l’énergie de ce photon et passer au niveau supérieur : c’est l’absorptionstimulée.
Un électron situé dans un niveau d’énergie supérieur à son fondamental peut se désexciter spontanément pour retourner à un niveau d’énergie inférieur : c’est l’émission spontanée. (figure n°3)
Sous l’effet d’un autre photon incident, l’électron peut se désexciter et revenir au niveau inférieur tout en émettant un photon dans la même direction que le photon incident : c’est l’émissionstimulée. (figure n°3)
Figure n°3 : Schéma décrivant l’émission spontanée et stimulée (http://www.cicrp.fr/pierre-laser.html)

2. Emission stimulée

L’émission stimulée est responsable de l’amplification de la lumière dans le laser. Elle est provoquée par un processus extérieur à l’atome, le pompage qui consiste à forcer les électrons d’un matériau à passer à un niveau supérieur (par exemple à l’aidede flash lumineux)
Tout d’abord, un premier photon est émis. Celui-ci va rencontrer un électron excité et va le forcer à émettre un deuxième photon qui transporte la même quantité d’énergie. En effet, deux atomes identiques dont les électrons sont dans le même état d’excitation vont émettre des photons de même longueur d’onde. Ils ont donc la même fréquence, se propagent dans la mêmedirection, et oscillent en phase ; c’est pourquoi la lumière produite est dite cohérente.
Ce processus est favorisé par l’inversion de population.

3. L’inversion de population

Pour amplifier la lumière, il est nécessaire d’avoir plus d’électrons dans un niveau d’énergie supérieur où ils peuvent être désexciter que dans le niveau inférieur où ceux-ci vont absorber le rayonnement. L’inversion depopulation est un état dans lequel le nombre d’électrons dans l’état excité est plus important que le nombre d’électrons dans l’état fondamental. Cette condition est requise pour obtenir l’amplification du signal lumineux, en effet il faut qu’il y ait statistiquement plus de chance de désexciter un photon que d’en exciter un pour amplifier le signal. La désexcitation d’un photon entraîne...