Comment fonctionne un laser?

Le LASER (Amplification de la lumière par émission de rayonnement stimulée) est un triomphe de l'optique moderne. En exploitant un effet mécanique quantique appelé émission stimulée, les lasers génèrent un faisceau de photons cohérent, presque monochromatique. Les sources de lumière non laser génèrent généralement des faisceaux de lumière incohérents et non focalisés à diverses longueurs d’onde, ce qui interdit certaines applications.

Pour créer un laser, deux composants sont nécessaires: un milieu à gain et une cavité optique résonante. Pour obtenir un milieu à gain, certains cristaux, verres, gaz, semi-conducteurs et même des liquides colorés peuvent être utilisés. Le milieu à gain est stimulé par une source de pompe à énergie telle qu'un courant électrique ou un autre laser. Le milieu absorbe l'énergie, excitant les états des particules dans le milieu. Après un certain seuil, appelé inversion de population, est atteint, la lumière traversant le milieu provoque une émission plus stimulée, ou un dégagement d'énergie, que l'absorption.

Une cavité optique résonante est une chambre de taille spéciale avec un miroir à une extrémité et un miroir semi-argenté à l'autre. Les deux surfaces réfléchissantes provoquent une réflexion de la lumière emprisonnée à l'intérieur à travers le milieu à gain, acquérant une énergie supérieure à chaque passage. Lorsque cet effet disparaît, le gain est dit saturé et la lumière devient une véritable lumière laser. Différents milieux de gain donnent lieu à des lasers de différentes longueurs d'onde.

Deux types de laser sont continus et pulsés. Le laser continu est plus utile pour la plupart des applications, mais l’énergie d’un laser à impulsions peut être très importante. Le degré de divergence du faisceau dans le temps varie inversement avec son diamètre. Les petits faisceaux divergent rapidement, tandis que les plus grands restent cohérents.

Lorsque le laser a été breveté par Bell Labs en 1960, aucune application ne pouvait lui être donnée immédiatement, bien que la spectrométrie, l’interférométrie, le radar et la fusion nucléaire fussent considérés comme des domaines d’intérêt potentiels. Aujourd'hui, le laser fait partie des merveilles technologiques les plus polyvalentes, avec des applications dans le stockage et la récupération de données, le découpage au laser, la correction de la vision, la topographie, les mesures, l'holographie et l'affichage, et même la fusion nucléaire. L’intensité maximale des impulsions laser a augmenté de façon exponentielle depuis le milieu des années 1980. Un jour, les lasers peuvent être utilisés pour générer des réactions de fusion produisant de l’énergie nette, fournissant de l’énergie à l’ensemble de la race humaine. Ils pourraient également être utilisés pour pousser les voiles solaires dans les profondeurs de l'espace.