laser - physique.

« récipient, ce qui rend l'appareil d'une grande précision spectrale. 4.5 Lasers à électrons libres En 1977 sont apparus les lasers à électrons libres, utilisés principalement en recherche fondamentale.

Ils mobilisent les électrons d'un plasma, qui se déplacent suivant destrajectoires en spirale autour des lignes de force d'un champ magnétique ( voir rayonnement synchrotron).

Contrairement aux lasers à liquide, leur fréquence de rayonnement peut être ajustée, de l'infrarouge aux rayons X.

À l'avenir, de tels lasers devraient être capables de générer de très hautes énergies à des coûts raisonnables. 5 LA COMPRESSION TEMPORELLE Certains lasers impulsionnels émettent des rayonnements composés de la superposition de plusieurs longueurs d’onde différentes.

On peut dans ce cas augmenter lapuissance du laser à peu de frais.

On commence par séparer les différentes longueurs d’onde à la sortie du laser.

Se fondant sur le fait que la vitesse de propagation d’unrayonnement électromagnétique dans un milieu dépend de sa longueur d’onde, on interpose alors sur le trajet de chaque rayonnement un jeu d’optique (lentilles, miroirs,etc.).

Puis les rayonnements sont à nouveau combinés en un seul avant d’atteindre la cible.

Si le jeu d’optique est judicieusement choisi, les divers faisceaux arrivent enmême temps sur la cible, et la durée de l’impulsion est ainsi réduite.

Le gain en puissance obtenu par cette technique peut atteindre un facteur dix. 6 APPLICATIONS DU LASER Le laser est un outil précieux dans l'industrie, la géodésie, la recherche scientifique, la physique des ultrabasses températures, les télécommunications, la médecine, latechnologie militaire et les arts. 6.1 Industrie Les rayons laser permettent de focaliser une forte puissance rayonnante sur une petite surface.

Ils sont ainsi utilisés pour chauffer, fusionner ou vaporiser la matière.

On lesemploie ainsi dans l'industrie pour percer les matières les plus dures, comme le diamant, polir les composants microélectroniques, traiter à chaud les puces à semi-conducteurs, ou encore élaborer de nouvelles matières synthétiques. Il est envisagé, dans certains projets de centrales à fusion nucléaire, d'utiliser des lasers pour confiner le milieu réactif à des densités critiques.

Cette technique va êtreutilisée en France dans le cadre du projet « laser mégajoule ».

Un laser à haute puissance (laser à dioxyde de carbone) servira à déclencher des réactions de fusionnucléaires dans une enceinte confinée.

Ceci permettra de mettre fin aux essais d’armes nucléaires, et d’acquérir le savoir-faire nécessaire à la conception de centralesnucléaires à fusion. Dans la construction et les travaux publics, les rayons laser servent à vérifier l'alignement des structures.

De même, ils sont largement utilisés dans les laboratoiresindustriels de contrôle de qualité et sur les chaînes d’emballage pour détecter les éventuels défauts de fabrication des produits.

Ils se révèlent également d'excellentsdétecteurs de molécules gazeuses et sont utilisés pour l'étude de l'atmosphère et de ses polluants. 6.2 Géodésie La faible dispersion spatiale des rayons laser et leur grande précision temporelle permettent de les utiliser pour mesurer des distances, à la manière des ondes radar : lesrayons sont envoyés sur des miroirs positionnés sur les sites à cadastrer, par exemple le long d'une faille ou sur les rives opposées d'un océan en expansion.

Le temps dutrajet aller-retour du rayon laser permet de mesurer les distances au centimètre près. Les satellites utilisent également des altimètres laser pour déterminer l'altitude du relief survolé ou la hauteur des vagues sur la mer.

Des miroirs laser ont même étédéposés sur la Lune par certains astronautes, et ont renvoyé des rayons laser émis depuis la Terre, permettant de mesurer la distance Terre-Lune avec une précisioninégalée : de telles mesures ont mis en évidence la lente dérive de la Lune qui s'écarte de notre planète au rythme de quelques millimètres par an. Réciproquement, la vitesse de la lumière laser peut être exactement calibrée entre deux points dont l'écartement est connu : ces mesures ont permis de vérifier entreautres la théorie de la relativité. 6.3 Recherche scientifique Dans les accélérateurs de particules, des commutateurs très rapides activés au laser sont en cours de développement.

On projette également d'utiliser des rayons laser dansles chambres à vide pour stabiliser les atomes étudiés, et analyser rigoureusement leur spectre ( voir analyse chimique).

Le caractère monochromatique et hautement directionnel des rayons laser permet en effet de sonder la structure moléculaire de la matière, par la mesure des infimes décalages spectraux des rayons laser réfléchis àson contact.

La présence d'impuretés dans certaines matières peut ainsi être détectée. D'autre part, le bombardement de molécules par des rayons laser monochromatiques permet d'y déclencher des réactions chimiques strictement contrôlées ( voir photochimie). 6.4 Physique des ultrabasses températures Des faisceaux laser sont utilisés en physique des ultrabasses températures pour refroidir des atomes à des températures avoisinant le zéro absolu.

Cette technique derefroidissement laser repose sur l’échange de quantités de mouvement entre les photons de la lumière laser et les atomes.

L’absorption (ou l’émission) d’un photon par unatome se traduit par le phénomène de recul de celui-ci, phénomène décrit dès 1917 par Einstein.

Ainsi, en plaçant les atomes à l’intersection de six faisceaux laser demême fréquence, couvrant toutes les directions de l’espace, il est possible de les ralentir considérablement, donc de les refroidir à des températures de l’ordre de 10 à20.10 -6 K.

Ces atomes dits froids peuvent encore être refroidis en atomes ultrafroids en combinant le refroidissement laser avec un piège magnétique, ce qui permet d’atteindre des températures d’atomes de avoisinant 10 à 20.10 -9 K. Cette technique est à l’origine de la réalisation de la condensation de Bose-Einstein, un état particulier de la matière où tous les atomes se trouvent dans le même étatquantique.

Ce phénomène, comparable à celui de la lumière laser composée de photons identiques, a permis l’avènement d’une nouvelle génération de lasers : les « lasersà atomes ».

Le premier laser atomique a été réalisé en 1997 par l’équipe de Wolfgang Ketterle (colauréat du prix Nobel de physique 2001) au sein de l’Institut detechnologie du Massachusetts (MIT), à partir d’un condensat de sodium.

Dès lors, d’autres équipes à travers le monde sont parvenues à obtenir des sources cohérentesd’ondes atomiques à partir de divers condensats d’atomes alcalins.

Toutefois, l’utilisation des lasers atomiques reste pour l’instant cantonnée au champ de la physiquefondamentale, en raison des trop faibles intensités et durées de leurs flux atomiques. 6.5 Télécommunications Comme toute onde, le rayonnement laser peut être modulé en signal et servir aux télécommunications.

Le rayonnement laser se distingue en effet par une dispersion. »