Laser

Le laser (acronyme de « light amplification by stimulated emission of radiation ») est un générateur de lumière de haute intensité.

John Polanyi
John Polanyi recevant son prix Nobel de chimie de la part du roi Carl Gustaf de Su\u00e8de, le 10 décembre 1986 (photo de Rolf Hamilton, Pressens Bild).

Laser

Le laser (acronyme de « light amplification by stimulated emission of radiation ») est un générateur de lumière de haute intensité. Contrairement à la lumière venant de sources classiques, qui est émise d'une façon incohérente (les ondes lumineuses ne sont pas synchronisées ou sont dispersées) et couvre une gamme de fréquence, la lumière laser est cohérente (les ondes se déplacent à l'unisson) et monochromatique (d'une seule couleur ou fréquence). La fréquence de la lumière émise est déterminée par la nature des atomes et des molécules formant le milieu laser. Le maser est un dispositif semblable qui émet un rayonnement cohérent dans le domaine des micro-ondes (hyperfréquences). Les trois principaux composants d'un laser sont le milieu laser, la cavité optique qui produit la rétroaction (une paire de miroirs, par exemple) et un système permettant d'exciter le milieu laser en augmentant le niveau d'énergie (excitation) des atomes et des molécules qui le compose (une lampe à éclair, par exemple).

Types

J.P. Gordon, H.J. Zeiger et C.H. Townes de l'U. Columbia effectuent la première démonstration d'émission maser en 1954. Dans un article publié en 1958, Arthur L. Schawlow, un diplômé de l'U. de Toronto, et Townes proposent une façon d'obtenir une émission laser. Le fonctionnement du premier laser est présenté par le physicien américain Theodore Maiman en 1960. Le milieu laser de son dispositif était un cristal de rubis.

Le premier laser à gaz, réalisé en 1960, utilise un mélange d'hélium et de néon comme milieu laser et possède une puissance de sortie de 15 milliwatts. En 1960, John C. POLANYI, de l'U. de Toronto, propose un nouveau type de laser qui repose sur les échanges d'énergie moléculaire vibrationnelle dans un gaz. Cette proposition conduit à la mise au point par C.K.N. Patel en 1964 d'un laser à gaz carbonique qui fonctionne dans l'infrarouge. Ce laser est le plus puissant des lasers continus disponibles : sa puissance de sortie maximale est de 100 000 W. En 1970, Jacques Beaulieu, un scientifique du laboratoire du Conseil de recherches pour la défense du Canada de Valcartier (Québec), perfectionne grandement le laser à gaz carbonique en lui permettant de fonctionner efficacement en mode pulsé. Ses applications industrielles sont maintenant beaucoup plus nombreuses. Des progrès récents permettent la mise au point d'un fonctionnement pulsé à l'aide d'un mélange de gaz halogènes et de gaz inertes (du fluor et du krypton, par exemple). Ces lasers à excimères fonctionnent dans l'ultraviolet et combinent des pulses de haute énergie avec des fréquences de répétition élevées.

Applications

Les lasers sont fréquemment utilisés dans de nombreux domaines technologiques. Dans l'industrie, leur faisceau étroit et très puissant permet de les utiliser dans le formage, l'assemblage, l'usinage, le traitement thermique et le marquage des matériaux. On s'en sert aussi abondamment dans la fabrication d'éléments et de dispositifs SEMICONDUCTEURS. La monochromaticité du rayonnement laser a ouvert de nouveaux domaines en chimie grâce à l'utilisation de ce dernier pour modifier des réactions chimiques et séparer des isotopes. Dans le domaine des COMMUNICATIONS, les lasers servent de liens de transmission optique, souvent par l'intermédiaire de fibres optiques.

Le développement du laser a fait avancer la science de l'holographie, la génération d'images à trois dimensions. En médecine, les lasers sont régulièrement utilisés en chirurgie oculaire et le laser à gaz carbonique sert de scalpel dans diverses techniques chirurgicales. Les lasers optiques, qui lisent l'information numérique sur les disques compacts, ont révolutionné l'industrie audio grand public. Comme le laser peut projeter un faisceau lumineux sur de grandes distances, on l'utilise pour la TÉLÉDÉTECTION des polluants atmosphériques. Plusieurs études axées sur l'amorçage du processus de FUSION NUCLÉAIRE font maintenant appel à l'utilisation de lasers de très haute puissance.

Voir aussiPHYSIQUE.