Principe du laser – Terminale S – Cours

Cours de tleS – Principe du laser – Terminale S

Le laser est une source primaire de lumière possédant des caractéristiques particulières.

Caractéristiques du laser

  • Première réalisation du laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) dans les années 1960 (laser rouge à rubis de Maiman).
  • Monochromaticité: sceptre de raies d’une longueur d’onde précise et souvent unique. Pour le laser He-Ne, la longueur du rayonnement est λ = 632,8 nm.
  • Directivité du faisceau : faisceau très peu élargi. Celui-ci n’est souvent pas visible par un observateur, qui ne peut que voir son impact sur un écran.
  • Puissance surfacique, intensité lumineuse ou éclairement : le laser peut transporter une intensité lumineuse très importante.

Celui utilisé en TP a une intensité lumineuse quatre fois plus importante que celle des rayons lumineux provenant du Soleil.

  • Cohérence: la lumière du laser est produite par émission stimulée amplifiée, les photons produits sont donc cohérents.

Les phénomènes mettant en évidence la cohérence du laser sont l’obtention de franges d’interférences (en éclairant des fentes d’Young par exemple) ou d’un spectre (en éclairant un verre dépoli).

Application à la puissance surfacique

  • Puissance du laser He-Ne : P = 2 mW.
  • Faisceau directif de rayon : r = 0,4 mm.
  • Puissance surfacique :   avec S la surface du disque représentant le point d’impact du laser sur un écran perpendiculaire au faisceau.

Le laser, un oscillateur optique

Inversion de population

  • Le fonctionnement du laser est fondé sur l’émission stimulée.
  • Une émission stimulée est efficace si l’inversion de population est réalisée : les niveaux de haute énergie doivent être plus peuplés que les niveaux inférieurs.

Mécanisme du laser

  • Un photon incident introduit dans un milieu actif provoque l’émission d’un second photon cohérent, ce qui double l’intensité lumineuse.
  • Les photons produits sont réfléchis dans la cavité optique contenant le milieu actif, devenant à leur tour des photons incidents pour une nouvelle émission stimulée.

Deux miroirs parallèles permettent ces allers-retours de photons, amplifiant le faisceau laser qui est en partie transmis par l’un des miroirs (environ 1 % du faisceau

 



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