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Auteur(s)
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Jean-Pierre PRENEL : Professeur à l’Université de Franche-Comté
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Lire l’articleINTRODUCTION
En quelques années, le laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) est passé du statut d’appareil de laboratoire pour physicien à celui de système industriel très répandu.
L’objectif de cet article est donc de permettre aux très nombreux utilisateurs non spécialistes de comprendre le fonctionnement de cette source de lumière très particulière et de se familiariser avec ses différentes configurations pratiques.
La démarche proposée consiste à présenter en première partie les phénomènes physiques variés contribuant à l’émission de lumière cohérente, ainsi que les propriétés spécifiques de cette lumière. L’article suivant présente les principaux appareils présents sur le marché, en respectant le traditionnel classement en deux familles : lasers à solides et lasers à gaz. Avant la lecture de ce texte, il peut être profitable de consulter quelques articles du thème « optique » du traité de Sciences fondamentales, notamment « optique ondulatoire », « optique des milieux matériels » et « optique cohérente ».
Les applications, très nombreuses, ne sont pas traitées dans cet article. Le lecteur intéressé par un domaine d’application spécifique pourra trouver les informations adaptées dans les traités spécialisés : mécanique (traitement des matériaux, usinage), électricité (optronique, communications)...
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Rôle de la cavité optique5. Raies d’émission réelles
5.1 Trains d’onde et longueur de cohérence
La notion de longueur de cohérence peut être abordée de façon très pragmatique en considérant que la lumière émise lors d’une transition est constituée d’un train d’onde de durée finie τ, comportant une fréquence unique si la transition est idéalisée (figure 1). Deux trains d’onde de ce type, décalés dans le temps d’un intervalle Δ t, peuvent interférer si Δ t < τ. Par contre, si
, ils ne peuvent générer de phénomènes d’interférence car ils ne sont plus corrélés temporellement ; le paramètre τ est appelé durée de cohérence, identifié dans ce cas à la durée de vie, et la distance parcourue avec la célérité c, pendant la durée τ, constitue la longueur de cohérence
. Une bonne image de ce concept est donnée, en pratique, par un interféromètre réglé sur une différence de marche δ voisine de
: si
, les deux trains d’onde issus des deux bras de l’interféromètre ne se superposent jamais et les franges d’interférence disparaissent.
Ce modèle en « tout-ou-rien » peut être avantageusement remplacé par un concept plus représentatif de la réalité, car la disparition des franges observée sur un interféromètre est en fait progressive en fonction de l’accroissement de δ. Si le train d’onde élémentaire est considéré comme amorti exponentiellement [amplitude décroissante en exp (− t / τ )], la constante de temps τ permet d’évaluer...
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Raies d’émission réelles
BIBLIOGRAPHIE
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(3) - KASTLER (A.) - * - J. Phys. Rad., 11, 255, 1950.
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(4) - GORDON (J.P.), ZEIGER (H.J.), TOWNES (C.H.) - * - Phys. rev., 95, 282, 1954.
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(5) - SCHAWLOW (A.L.), TOWNES (C.H.) - Infrared and optical masers. - Phys. Rev., 112, 1940-1949, 1958.
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(6) - MAIMAN (T.H.) - Stimulated optical radiation in ruby. - Nature, 187, 493-494, 1960.
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(7) - JAVAN (A.), BENNETT (W.R.), HERRIOT (D.R.) - Population inversion and continuous optical...
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