Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
La technologie évoluant, les impulsions délivrées par les sources laser sont passées progressivement de la milliseconde par un simple procédé mécanique, à la nanoseconde par déclenchement électro-optique d’un cristal non linéaire, puis à la picoseconde par verrouillage des modes d’une cavité laser jusqu’à l’échelle de la femtoseconde par l’effet non linéaire. Après quelques rappels, cet article décrit les éléments de base des techniques physiques de génération et de propagation des impulsions laser, avant de présenter les applications des lasers à impulsions ultracourtes.
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Auteur(s)
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Georges BOULON : Professeur des universités - Laboratoire de Physico-Chimie des Matériaux Luminescents - Université Claude Bernard Lyon 1, 5620 CNRS
INTRODUCTION
La dynamique électronique interne aux atomes actifs en optique se joue à des échelles de temps comprises entre quelques nanosecondes et des fractions de seconde. Les connaissances dans ce domaine ont donc progressé parallèlement aux avancées des sources à impulsions rendant possible le pompage des niveaux d’énergie atomiques dans les gaz, liquides et solides c’est‐à‐dire principalement avec les outils lasers mis au service des chercheurs, particulièrement efficaces, à la fois, par leur intensité et par leur double sélectivité fréquentielle et temporelle. En réalité, on ne pouvait pas s’arrêter là et les efforts dans la recherche de sources encore plus rapides, en deçà de la nanoseconde, ont abouti progressivement à franchir l’échelle de temps de la picoseconde (1 ps = 10 –12 s) puis de la femtoseconde (1 fs = 10 –15 s), c’est‐à‐dire l’échelle de temps pour les échanges d’atomes ou de groupes d’atomes des systèmes à plusieurs corps comme les molécules isolées, les protéines ou les solides. Les premiers travaux sur les mouvements des molécules ont été réalisés dès 1945 par Porter et Norrish en mettant au point la technique de photolyse par flashs ce qui leur valut le prix Nobel de chimie en 1967. Plus récemment, l’utilisation de lasers à impulsions à l’échelle de la femtoseconde ont valu le prix Nobel de chimie à Zewail en 1999.
À titre d’exemple nous donnons sur la figure 1 des ordres de grandeur des échelles de temps intervenant dans les phénomènes physico-chimiques et biochimiques. C’est la femtochimie qui permet d’observer le comportement dynamique des atomes et des molécules ou de visualiser l’évolution des réactions chimiques.
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- Version courante de juil. 2017 par Georges BOULON
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Propagation des impulsions lumineuses1. Rappels
Mentionnons, dès ce premier paragraphe, que les références à sont relatives à la bibliographie récente des ouvrages et articles sur le sujet des sources lasers à impulsions ultrabrèves jusqu’à la femtoseconde avec, en outre, la précision des titres.
1.1 Spectroscopies standards et lasers
Avant l’invention du laser, les spectroscopies mises en jeu concernaient les mesures d’absorption, de transmission, de réflexion et d’émission de la lumière par les milieux en fonction de la longueur d’onde ou de la fréquence ou encore du nombre d’onde. La découverte du laser a rendu possibles des mesures qui n’étaient pas accessibles auparavant. En effet, les spécificités des sources lasers sont nombreuses : cohérence spatiale et cohérence temporelle élevées, largeur de raie d’émission étroite donc accord en fréquence, forte intensité permettant la détection de faibles signaux. L’accord en fréquence est ainsi possible de l’UV au proche IR au moyen des lasers à colorants et des lasers à solide. Des largeurs de raies aussi étroites que le kilohertz, voire même aujourd’hui inférieures au hertz, sont atteintes. L’intensité des sources lasers joue un rôle capital dans la détection des signaux ainsi que pour la mise en œuvre des spectroscopies non linéaires. Les principales techniques sont essentiellement les spectroscopies résolues en temps, à sélection de sites actifs, par saturation, Raman cohérent, écho de photons, d’absorption, à plusieurs photons, de réseau transitoire... juste pour en nommer quelques-unes.
La spectroscopie ultrarapide est une branche relativement...
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Rappels
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GAUDUEL (Y.) - La femtochimie, - numéro spécial de L’Actualité Chimique, févr. 2001. — ABRAHAM (E.), OBERLÉ (J.), JONUSAUSKAS (G.), RULLIÈRE (C.) : Analyse de réactions chimiques par spectroscopie non linéaire résolue en temps. — GAUDUEL (Y.), HALLOU (A.). Réactivité ultrarapide en chimie radicalaire. — GUSTAVSSON (T.), MONS (M.), VISTICOT (J.-P.). Femtochimie : de la molécule isolée à la phase liquide. — BRATOS (S.), GALE (G.M.), GALLOT (G.), LEICKNAM (J.-C), POMMERET (S.). Femtochimie de l’eau liquide.— BUNTINX (G.), LAPOUGE (C.), POIZAT (O.). Spectrochimie Raman et suivi structural d’espèces chimiques en cours de réaction.— PLAZA (P.), GHANGENET-BARRET (P.), LAAGE (D.), MARTIN (M.). Actes photochimiques primaires dans les matériaux organiques en solution. — MIALOCQ (J.-C.), POMMERET (S.), FOURNEIR (T.), DELANDRE (A.), ROZOT (R.). Liaison hydrogène et transferts de protons intramoléculaires à l’échelle de temps femtoseconde. Application à la photoprotection contre les UVA et les UVB solaires.
-
(2) - Les lasers et leurs applications scientifiques et médicales, - Édition C. Fabre et J.P. Pocholle, Les Éditions de Physique (Paris) (1996) : — BRUN (A.), GEORGES (P.), Sources laser femtoseconde, p. 287-308. — HULIN (D.), Applications des impulsions lasers ultra-brèves, p. 465-506.
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(3) - Ultrafast dynamics of quantum systems. Physical processes and spectroscopic Techniques. - Edited...
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