Dossier | La physique | Le laser : un concentré de lumière
Les différents lasers (2/5)
Mis à jour en mars 2011
Le laser : un concentré de lumière
- La lumière laser
- Les différents lasers
- Les lasers de recherche au cea
- Les lasers industriels
- Indispensable mais…attention !
| LA COULEUR D'UN LASER La couleur du laser est définie par le choix du milieu laser. Il existe des lasers de toutes les couleurs : rouge, bleu, vert… Certains d’entre eux sont même constitués de lumière invisible comme les ondes infrarouges ou ultraviolettes. Les multiples couleurs des lasers font la beauté de nombreux spectacles son et lumière. Quelques exemples de lasers sont donnés dans le tableau des types de laser ci-contre. La plupart des lasers ne peuvent émettre que sur une seule longueur d’onde. Il existe cependant des lasers dont on peut régler la longueur d’onde. On dit qu’ils sont accordables. Les principaux sont les lasers à colorant. Leur milieu laser est un liquide contenant un colorant, particule excitable. Les molécules de colorant, une fois excitées, ont la particularité d’émettre sur un grand intervalle de longueurs d’ondes. Des réglages optiques très précis vont sélectionner la longueur d’onde désirée et permettre ainsi un grand nombre d’applications. LA PUISSANCE D'UN LASER Dans le cas des lasers continus, l’étendue des puissances de sortie va classiquement de 1 mW à 50 kW. Le plus gros laser industriel d’Europe a été implanté à Yutz-Thionville en 1994. Il s’agit d’un laser CO2 (dioxyde de carbone) dont la puissance de sortie continue est de 45 kW. Il est dédié à des applications de soudage sur une forte épaisseur. Dans le cas de lasers impulsionnels, il faut distinguer : • la puissance moyenne de sortie, qui tient compte également des intervalles de temps entre chaque impulsion ; • la puissance de crête, qui est la puissance atteinte lors de l’impulsion. Par exemple, un laser d’un watt donnant sa lumière de façon continue aura une puissance d’un joule/seconde, mais s’il concentre une énergie d’un joule en une décharge lumineuse d’une milliseconde, sa puissance de crête va être multipliée par mille et sera d’un kilowatt. Le fait de délivrer leur énergie sur des temps très courts (nanoseconde voire picoseconde) permet pour certains lasers d’étude d’atteindre des puissances de crête extrêmement élevées (jusqu’à plusieurs térawatts). Plus modeste, un laser industriel dédié au soudage, de puissance moyenne de 1 kW, pourra disposer d’une puissance de crête de 25 kW. |
|
.jpg)
| “L’éclairement d’un laser est défini par le nombre de watts par centimètre carré.” L'ÉCLAIREMENT D'UN LASER Les diamètres des faisceaux émis par les lasers (plusieurs dizaines de mm pour les lasers de puissance industriels) ne permettent pas, le plus souvent, une utilisation directe de ces faisceaux. La focalisation permet d’augmenter considérablement l’éclairement qui se définit en nombre de watts par centimètre carré (W/cm2). Par exemple, l’éclairement du Soleil peut atteindre 0,1 W/cm2. Une loupe qui focalise la lumière du Soleil peut permettre d’atteindre un éclairement de 100 W/cm2, ce qui suffit pour enflammer du papier. Pour certains lasers, la focalisation peut être obtenue par des systèmes optiques à lentilles si les flux et/ou la longueur d’onde du faisceau le permettent. D’autres ont des dispositifs à miroirs, ce qui est un cas courant, ou des montages à réseau de diffraction focalisant, ce qui est beaucoup plus rare. La focalisation est, par exemple, indispensable pour les opérations industrielles de perçage, soudage et découpage. Elle est aussi utile pour les lasers de puissance utilisés par les chercheurs pour étudier l’interaction lumière-matière. “Un faisceau laser est parfaitement rectiligne.” LA COHÉRENCE DANS LE TEMPS ET DANS L'ESPACE La cohérence du laser dans le temps et dans l’espace regroupe les propriétés d’unidirectionnalité et de “monophasage”. Elle est souvent à la base des applications potentielles des lasers. C’est la cohérence du laser, par exemple, qui va permettre la lecture des disques compacts. La propagation d’une onde lumineuse est parfaitement rectiligne. Or, comme toutes les ondes du laser se propagent dans la même direction, un faisceau laser n’est pas divergent comme la lumière d’une lampe de poche, par exemple. Il est parfaitement rectiligne et visible sur de grandes distances. Cette propriété est utilisée lors des spectacles laser où le rayon lumineux se poursuit loin dans l’espace ou bien pour l’alignement des tracés de routes et de tunnels… Ainsi, un laser a été utilisé lors de la construction de la tour Montparnasse. Les lasers servent aussi dans la télémétrie, c’est-à-dire la mesure à distance. Le faisceau laser atteint une cible qui le renvoie en sens inverse. La vitesse de la lumière étant connue, il est possible, en mesurant le temps mis par le faisceau laser pour faire l’aller et le retour, de connaître la distance séparant la source laser d’un obstacle. Cette méthode a même permis le calcul précis de la distance Terre-Lune. |
|
