LASER: le principe de fonctionnement

Le rayon-laser est obtenu en excitant un corps solide, liquide ou gazeux grâce à un apport d’énergie. Les électrons de ce corps émettent alors des photons qui constituent une onde électromagnétique ayant une fréquence propre qui sera ensuite amplifiée optiquement. On peut donc obtenir un rayon laser lumineux (dans le spectre visible) mais également des rayons micro-ondes, infra-rouges, ultraviolets ou X selon la longueur d’onde.

 

Le corps excité est appelé milieu actif. L’énergie est apportée par une source de pompage (électricité, lumière etc).

 

Les électrons excités peuvent émettre des photons de manière spontanée : c’est l’émission spontanée de photons dans une direction aléatoire.

Si le milieu actif est soumis à des photons, il va émettre des photons ayant la même direction, fréquence, phase et polarité que les photons incidents : ce sont alors des photons cohérents obtenus par émission stimulée.

En pratique, le milieu actif est soumis à une énergie de pompage, il est le siège d’une émission spontanée de photons. Par un jeu de miroirs, le milieu actif, toujours excité par la source de pompage, est soumis aux photons émis. Il se produit alors une émission stimulée de photons cohérents.

 

Ce même phénomène est reproduit en boucle aboutissant à une auto amplification:

le milieu actif est placé entre deux miroirs, l’un réfléchissant, l’autre semi-réfléchissant.

Les photons oscillent entre les deux miroirs, une partie sans cesse croissante est réfléchie entre les deux, l’autre partie (1 à 10%) traverse le miroir semi-réfléchissant et donne le rayon-laser.

 

On peut séparer les lasers selon leur mode de fonctionnement et le type de milieu actif qu’ils utilisent (solide, liquide, gaz, semi-conducteur, …).

Il existe deux modes de fonctionnement distincts :

– Soit la source de pompage donne de l’énergie au milieu actif en permanence. On obtient alors un rayon laser continu à la sortie.

– Soit la source de pompage fonctionne de manière pulsée. Pendant un pulse, un rayon laser très bref est produit, la durée peu aller de quelques femtosecondes (millionième de milliardième de secondes) à quelques millisecondes. Ce mode de fonctionnement permet la création de rayons laser très brefs et plus puissants, les lasers pulsés.