laser

Un laser, sigle issu de (light amplification by stimulated emission of radiation)

est un émetteur de lumière cohérente (c’est à dire dont tous les éléments d’ondes issus de divers points de l’émetteur sont sans différence de phase et ont des fréquences identiques)

-types d'éléments supports des lasers:

gaz, liquides, solides (dont cristaux et semi-conducteurs)

Nota : un Maser est l'équivalent d'un laser, mais pour des micro-ondes dont la gamme de fréquences va de 3.108 à 3.109 (longueurs d’onde = 1 à 10-2 m)

un Excimer est un laser à ultraviolet

un Saser est un appareil équivalent pour des ondes sonores



CARACTÉRISTIQUES des LASERS

-les longueurs d’onde des rayonnements électromagnétiques utilisés sont (en m):

-pour les lasers (domaine de la lumière 10-3 à -7)

-pour les masers (domaine des micro-ondes:100 à -2)

-pour les excimers (domaine des ultraviolets: 10-7 à -8)

-pour les émetteurs de rayons X (10-8 à -10)

-les puissances des lasers vont de 1mW (10-3 W) à 1000 TW (1015 W)

mais les durées d'émission sont très courtes pour les hautes puissances (# 10-8 s)

En médecine  P = 10² à 1010 W

-les durées d’impulsions des lasers

vont de 10-3 à 10-15 seconde (mais certains faibles lasers sont continus)

-l'éclairement reçu (arrondi) depuis un laser va de 106 à 21 lux

 

CRÉATION d'un FAISCEAU LASER

Due à une émission spontanée de photons, quand un électron change d’orbite.

La probabilité w de cette émission est w = dn / n

(n étant le nombre global d’électrons et dn ceux qui changent spontanément d'orbite)

Si l’on soumet un atome à un champ d’induction ayant même fréquence que celle desdits photons, il y a émission induite de nouveaux photons, qui ont en outre même phase que les spontanés, d’où une augmentation de la population et

dn  devient = (n*. g’.E.dt) / c

où n*(nombre)= indice optique (réfraction) du milieu

g’(C/kg)= rapport gyromagnétique -appelé parfois ici coefficient d’Einstein-

E(V/m)= champ d’induction électrique

t(s)= durée

c(m/s)= constante d’Einstein (2,99792458 .108 m/s)

Cette augmentation d’électrons est le pompage et n augmente en fonction de

expx  où x = h. n / k.T

avec h = constante de Planck (6,62606876.10-34 J-s)

k constante de Boltzmann(1,3806503. 10-23 J / K)

T la température absolue (en K)

n(Hz)= fréquence en rappelant que la fréquence d’un photon issu du changement d’orbite d’un électron est

n = mé.e4 / (4.h3.β’2.n3)

où mé(kg)= masse de l’électron (9,109.10-31 kg)

e(C)= charge élémentaire (1,6021733.10-19 C)

h(J-s)= constante de Planck (6,62606876.10-34 J-s)

β’(F/m)= capacité linéique

n= nombre de transitions (couches franchies)

 

OSCILLATION LONGITUDINALE d'un LASER

λ = n.l / 2n*

où   λ(m)= longueurs d’ondes stationnaires pouvant être émises dans un laser de longueur l (une longueur d'onde stationnaire a un extrêmum)

n(nombre)= entier positif(1,2,3,....)

n*(nombre)= indice de réfraction du semi-conducteur cristallin