Les lasers sont couramment utilisés pour une variété d'applications. Ils diffèrent selon le milieu actif de fonctionnement, la puissance, le mode de fonctionnement ou l'application. Des exemples de possibilités d'utilisation des lasers comprennent la découpe de matériaux, la mesure de distances, la réalisation de procédures cosmétiques, le retrait de tatouages, l'enregistrement et la reproduction de sons et d'images, les télécommunications optiques et bien d'autres. Ces nombreuses fonctions et une modification constante des lasers indiquent leur rôle important dans le monde d'aujourd'hui.
Laser est l’acronyme de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation . Ils fonctionnent en amplifiant la lumière émise en forçant l’émission. Ils émettent un rayonnement électromagnétique dans la gamme de la lumière visible, ultraviolette ou infrarouge. Le fonctionnement des lasers est basé sur l’émission stimulée, qui consiste à illuminer des atomes excités avec un rayonnement d’une énergie définie. La division la plus générale des lasers repose sur leur classification en fonction du milieu actif ou de la longueur d’onde du rayonnement émis. Compte tenu du milieu actif présent dans le laser, on peut distinguer les lasers à gaz, à liquide et à solide. Les molécules, atomes ou ions qui font partie d’un tel milieu diffèrent par leur structure énergétique. Il détermine les paramètres les plus importants du laser. Vous trouverez ci-dessous les exemples les plus importants de lasers, en fonction du milieu actif utilisé. Entre parenthèses sont les gammes de longueurs d’onde de l’onde émise :
Le laser à argon appartient au groupe des lasers à ions gaz. Le milieu actif dans ce cas est formé par des ions d’argon. Ce laser peut émettre plus de 30 lignes allant de l’ultraviolet à la lumière rouge. Les atomes d’argon sont maintenus dans le tube à décharge à une pression d’environ 0,1 Torr. Les électrons créés lors de la décharge entrent en collision avec des atomes d’argon. Ils peuvent directement les ioniser et les exciter, déplaçant les atomes de l’état fondamental à l’état ionique excité. Un autre processus plus efficace est l’ionisation en deux étapes de l’argon. L’ion ainsi formé est ensuite transféré dans un état d’excitation encore plus élevé, appelé état laser supérieur. Cela permet de générer plusieurs raies spectrales avec des fréquences différentes.
Le laser hélium-néon est un exemple de laser à gaz, construit en 1959. La lumière est émise à la suite de ce que l’on appelle l’inversion de population. L’hélium et le néon sont placés dans un rapport de 10:1 (la pression totale est proche de 1,3 hPa) dans un tube en verre de quartz. Une tension est appliquée à ses extrémités, ce qui provoque des décharges dans le gaz. En conséquence, un champ électrostatique est créé à l’intérieur du tuyau. Il accélère les électrons et les ions à des vitesses élevées. Parce qu’il y a plus d’atomes d’hélium à l’intérieur d’un tel laser, les électrons accélérés les frappent beaucoup plus souvent et provoquent leur excitation à des états d’énergie plus élevés, qui sont relativement stables pendant un temps relativement long. Les atomes d’hélium excités entrent à leur tour en collision avec les atomes de néon et leur transfèrent l’énergie d’excitation. Pour ce gaz, les temps d’excitation à un niveau supérieur sont plus longs qu’à un niveau inférieur, par conséquent, après un certain temps, se produit ce que l’on appelle l’inversion de population.
De tels lasers peuvent fonctionner à la fois en mode continu et en mode pulsé. Le milieu actif dans ce cas est un mélange de dioxyde de carbone (CO 2 ), d’azote (N 2 ) et d’hélium (He) dans un rapport volumique de 1 : 1,3 : 1,7. Chacun d’eux remplit des fonctions spécifiques. Le dioxyde de carbone est le gaz actif, les décharges électriques, qui fournissent l’énergie d’excitation, ont lieu dans l’azote, tandis que l’hélium est destiné à stabiliser le plasma de CO 2 et à dissiper la chaleur résultante. Les décharges électriques qui se produisent dans un mélange de dioxyde de carbone et d’azote provoquent une excitation très efficace des molécules de N 2 . Comme une telle molécule a des noyaux identiques, une transition dipolaire est interdite. L’énergie n’est perdue qu’à la suite de collisions. S’il y a des molécules de dioxyde de carbone dans le tube laser moléculaire, du fait de la bonne coïncidence des niveaux excités de N 2 et de CO 2 , les collisions du second type provoquent l’excitation des molécules de CO 2 et le retour à l’état fondamental de N 2 molécules. Dans ce cas, l’inversion dans le mélange se fait beaucoup plus facilement que dans le CO 2 pur.
Il a été construit en 1960 par Theodore Maiman. La substance active responsable des propriétés du laser à rubis est le rubis (trioxyde d’aluminium, Al 2 O 3 , dans lequel une partie des atomes d’aluminium est remplacée par des atomes de chrome Cr 3+ ). Les lasers à rubis fonctionnent par impulsions, émettant un rayonnement dans la gamme de lumière rouge visible. La partie centrale du laser est une tige de rubis surmontée d’une lampe flash. L’intense flash de lumière qui en provient excite certains atomes de rubis à un état d’énergie plus élevé. À leur tour, les atomes de rubis excitent ainsi d’autres atomes en envoyant des photons. Des deux côtés de la tige de rubis, il y a des miroirs qui renforcent cet effet. L’un d’eux est semi-perméable, et les photons qui s’en échappent sont le faisceau laser résultant. Les lasers à rubis présentent désormais un intérêt principalement historique. Leur utilisation est limitée à l’holographie ou au détatouage.
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