Le laser...

Comment ça marche ?

par Victor Lambin Lezzi

Le laser... comment ça marche ? par Victor Lambin Lezzi, doctorant à l'École polytechnique de Montréal en Génie physique

Le laser... comment ça marche ? par Victor Lambin Lezzi, doctorant à l'École polytechnique de Montréal en Génie physique

Peu de gens savent vraiment comment fonctionne un laser et l’éventail de possibilités qu’il offre ou encore des répercussions qu’il a eue sur nos vies depuis ces dernières décennies. Laser veut dire Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.

« Un laser est, fondamentalement, un amplificateur de lumière dont la sortie est réinjectée à l'entrée. Son alimentation en énergie est la source du pompage, la sortie est le rayonnement laser qui est réinjecté à l'entrée par les miroirs de la cavité résonnante, le mécanisme de l'amplification étant l'émission stimulée. »[1] 

En d’autres mots, on place un milieu amplificateur entre deux miroirs, un totalement réfléchissant et l’autre semi-réfléchissant. 

Lorsqu’on pompe (excite) le milieu amplificateur, les électrons sont excités et gagnent de l’énergie. Toutefois, la nature voulant toujours minimiser l’énergie, ils doivent se désexciter et retourner au niveau fondamental. En plaçant les miroirs à une distance très précise qui correspond à un multiple de l’énergie de transition électronique (état excité vers état fondamental), on vient stimuler cette transition électronique et ainsi amplifier une seule longueur d’onde (couleur) au détriment des autres. La lumière émise est donc directionnelle, en phase et cohérente et sera émise par le miroir semi-transparent. On obtient ainsi un laser !

Contrairement aux lumières à incandescence, halogène ou fluorescente compacte que l’on retrouve chez soi, qui sont diffuses et émettent dans toutes les directions, le laser est unique puisqu’il possède la particularité d’émettre de la lumière dans une seule direction due à sa cohérence.

Il existe six catégories (familles)  de lasers qui sont dictées par le type de milieu amplificateur utilisé. Dans un premier temps, l’un des plus employés est le laser cristallin (ou solide), il y a également les lasers gazeux ou encore à colorants (moléculaires) et à électron libre (plus spécifique). Ces quatre premières catégories sont les plus anciennes. Ces dernières années, les lasers à diode et les lasers à fibre optique ont fait surface. De par leur miniaturisation et flexibilité, ils sont de plus en plus en demande. Un laser peut se caractériser également s’il est de type à émettre de la lumière en continu ou par impulsions. Les impulsions peuvent typiquement varier de la nanoseconde (10-9s), picoseconde (10-12s), femtoseconde (10-15s) et plus récemment découvert attoseconde (10-18s) permettant d’obtenir des puissances faramineuses.

Peu de gens se doutent de toute l’étendue des lasers, du nombre d’applications utilisant les lasers et de l’impact qu’ils ont sur la société moderne. Et non… ils ne servent pas juste de pointeur pour les présentations. Par exemple, les lasers sont à la base de tout le système d’Internet, c’est par ces lasers que la transmission d’informations circule sur Internet. (Voir ci-haut la cartographie du circuit mondial d'Internet).[2]

Les lecteurs de code-bar, lecteur CD/DVD/ Blu-ray emploient également les lasers. On peut penser rapidement au détatouage par laser, aux chirurgies des yeux, à l’épilation ou encore en dentisterie. Les lasers sont employés aussi pour la soudure et la découpe de pièces d’acier. Ils servent par ailleurs à la métrologie, comme système de repérage, d’analyse ou encore de système de projection pour les spectacles. Les militaires malheureusement les emploient aussi comme arme pour détruire des cibles. Il y a de plus, tout ce grand rêve de réussir la fusion nucléaire à l’aide de nombreux lasers, ce qui pourrait potentiellement révolutionner nos besoins en énergie disponible sur Terre. 

Bien qu’ils soient très utiles, les lasers sont des outils extrêmement dangereux. Puisqu’il est possible de les focaliser en un point très petit, l’énergie qu’ils contiennent peut être astronomique, il faut donc redoubler de prudence lorsqu’on manipule de tels instruments d’optique. Toutefois, les possibilités qu’offrent les lasers sont quasi infinies, ce qui en font une des inventions, à mon avis, les plus révolutionnaires du XXe siècle !