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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