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15. PRINCIPES DE FONCTIONNEMENT D’UN LASER
LASER est l’acronyme de « Light Amplifier by Stimulated Emission of Radiation », ce
qui signifie amplificateur de lumière par émission stimulée de radiation.
L’équivalent dans le domaine des microondes s’appelle un MASER, pour « Microwave
Amplifier by Stimulated Emission of Radiation ». Ainsi le laser et le maser sont des amplificateurs d’onde électromagnétique.
En fait le laser (ou le maser) est plus qu’un amplificateur, c’est un oscillateur. Un amplificateur lumineux est un dispositif qui, à partir d’un faisceau lumineux, délivre un faisceau
de même type, mais plus puissant. Or un laser fonctionne sans qu’il existe nécessairement
un faisceau incident initial. En électronique, pour obtenir un oscillateur à partir d’un
amplificateur, il faut une rétroaction, ce qui signifie qu’il faut renvoyer en tant que signal
d’entrée de l’amplificateur une partie de son signal de sortie (cf. figure a. ci-dessous).
Dans le laser, cette rétroaction est fournie par la cavité (cf. figure b. et c. ci-dessous).
Ainsi le fonctionnement d’un laser, c’est-à-dire d’un oscillateur lumineux, nécessite deux
ingrédients :
– un milieu amplificateur, qui fonctionne par émission stimulée,
– une cavité, qui fournit la rétroaction.
+
–
amplification
milieu
amplificateur
rétroaction
a.
b.
milieu
amplificateur
c.
Avant de décrire les principes physiques de ces deux éléments, il est utile de situer dans
le temps l’apparition des différents concepts qui ont permis la réalisation du laser :
– L’émission stimulée a été découverte par A. Einstein en 1917.
– Le pompage optique a été introduit par A. Kastler et J. Brossel, à partir de 1948. Ces
deux scientifiques n’ont pas construit un laser, mais leurs travaux sur le pompage optique
ont permis de comprendre comment manipuler les populations d’atomes dans tel ou tel
niveau (ou sous-niveau Zeeman) d’un atome, et donc comment disposer de systèmes dont
les populations ne sont pas réparties selon la loi de Boltzmann. Ils ont ouvert la voie de
la réalisation de milieux amplificateurs dans le domaine microonde, puis optique.
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15. PRINCIPES DE FONCTIONNEMENT D’UN LASER
LASER est l’acronyme de « Light Amplifier by Stimulated Emission of Radiation », ce
qui signifie amplificateur de lumière par émission stimulée de radiation.
L’équivalent dans le domaine des microondes s’appelle un MASER, pour « Microwave
Amplifier by Stimulated Emission of Radiation ». Ainsi le laser et le maser sont des amplificateurs d’onde électromagnétique.
En fait le laser (ou le maser) est plus qu’un amplificateur, c’est un oscillateur. Un amplificateur lumineux est un dispositif qui, à partir d’un faisceau lumineux, délivre un faisceau
de même type, mais plus puissant. Or un laser fonctionne sans qu’il existe nécessairement
un faisceau incident initial. En électronique, pour obtenir un oscillateur à partir d’un
amplificateur, il faut une rétroaction, ce qui signifie qu’il faut renvoyer en tant que signal
d’entrée de l’amplificateur une partie de son signal de sortie (cf. figure a. ci-dessous).
Dans le laser, cette rétroaction est fournie par la cavité (cf. figure b. et c. ci-dessous).
Ainsi le fonctionnement d’un laser, c’est-à-dire d’un oscillateur lumineux, nécessite deux
ingrédients :
– un milieu amplificateur, qui fonctionne par émission stimulée,
– une cavité, qui fournit la rétroaction.
+
–
amplification
milieu
amplificateur
rétroaction
a.
b.
milieu
amplificateur
c.
Avant de décrire les principes physiques de ces deux éléments, il est utile de situer dans
le temps l’apparition des différents concepts qui ont permis la réalisation du laser :
– L’émission stimulée a été découverte par A. Einstein en 1917.
– Le pompage optique a été introduit par A. Kastler et J. Brossel, à partir de 1948. Ces
deux scientifiques n’ont pas construit un laser, mais leurs travaux sur le pompage optique
ont permis de comprendre comment manipuler les populations d’atomes dans tel ou tel
niveau (ou sous-niveau Zeeman) d’un atome, et donc comment disposer de systèmes dont
les populations ne sont pas réparties selon la loi de Boltzmann. Ils ont ouvert la voie de
la réalisation de milieux amplificateurs dans le domaine microonde, puis optique.
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