1. La lumière des lasers
19 janvier 2011 Marie-Christine Artru
Découverte du laser, il y a 50 ans
Principe du rayonnement laser
Techniques et performances
Applications scientifiques, industrielles, médicales
Des lasers dans la vie quotidienne
et quelques expériences
Université Populaire de Lyon
Thème « Illusions Réalités Création »

2. Une incroyable illusion de réalité
On ne peut pas connaître la de réalitéd’un photon avant de
illusion position
l’observer, car elle n’existe pas.
détection en E
aucune en F
Les dossiers de la recherche, La lumière quantique No38, février 2010, page 18

3. les 50 ans du laser
Anniversaire en 2010
http://www.50ansdulaser.fr/
http://www.laserfest.org/
en 1960, en Californie,
Theodore Maiman (32 ans, en Californie) est le premier à
réaliser un laser : le laser à rubis de 3 cm de long
depuis 1964, dix prix Nobel furent attribués dans le domaine
des lasers et de leurs applications

4. Des prix Nobel
dans le domaine des lasers et des applications
1964 Charles H. Townes (USA), Alexsandr M. Prokhorov
et Nicolay G. Basov (URSS)
travail théorique, avant le premier laser construit par Théodore Maiman.
1966 Alfred Kastler (France)
découverte et le développement du pompage optique
1981 Nicolaas Bloembergen (Pays-Bas,USA), Arthur L. Schawlow (USA)
spectroscopie laser et optique non-linéaire
1989 Norman F. Ramsey (USA)
maser à hydrogène et principe d’horloges atomiques.
1997 Steven Chu(USA), Claude Cohen-Tannoudji (France)
et William D. Phillips(USA)
refroidissement d’atomes à l’aide de lumière laser.
2000 Zhores I. Alferov (Biélorussie) et Herbert Kroemer (All)
et Jack S. Kilby (All, USA)
lasers à semiconducteurs
2009 Charles K. Kao (Chine)
fibres optiques, capteur CCD

5. principe du L.A.S.E.R.
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
amplification
rétroaction
analogues :
les oscillateurs accordables en électronique
l’effet Larsen en acoustique

6. émission stimulée
atome excité
1
2
atome au repos
1
processus inverse
l’absorption
2

7. inversion de population
pompage

8. spontané ou stimulé ?
émission de photons : deux processus en compétition
A21 spontané coefficients d’EINSTEIN
B21 stimulé
énergie
spontané
2
stimulé
A21 ou B21
1
- usuellement, l’émission spontanée est prépondérante,
- dans un laser, l’émission stimulée l’emporte

9. du MASER. au LASER
Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
Charles Townes travaillant sur les radars, exploite le résultat
d’Einstein (1917) pour fabriquer le premier MASER en 1954
(maser à ammoniac NH3, λ ~1cm)
Avec son beau-frère Arthur Shawlow, il publie en 1958 un
article théorique sur la possibilité d’obtenir le même effet en
optique (λ <1µm).
Mais c’est plus difficile à réaliser, car B21/A21 ~ λ3 et
la probabilité d’émission stimulée est 10 000 fois plus petite.
De 1958 à 1960 de nombreux chercheurs tentent l’expérience,
jusqu’au succès de Theodore Maiman.

10. cavité résonante
« rétroaction » à l’intérieur d’une cavité Fabry-Perot (1898)
sélectivité λk = 2L/k
L
miroir 100% miroir 99%
pompage

11. le premier laser

12. laser He-Ne
énergie He 90% Ne
d’excitation
20 eV
émission laser
λ=632,8 nm
0

13. autres lasers

14. Nombreuses applications
Métrologie, télémétrie et vélocimétrie
Lidar, détection des pollutions
Soudure et usinage
Lecteurs CD-DVD
Médecine et biologie
Fusion thermonucléaire
Atomes ultra-froids et horloges atomiques
Le laser femtoseconde en chimie
Les pages suivantes sont tirées de la présentation de Lucile Julien (ENS Paris)
http://www.50ansdulaser.com/UserFiles/File/COLOQ11_JULIEN.pdf

15. laser en microscopie

16. industrie

17. industrie suite

18. bâtiment

19. code-barre et CD

20. télécom

21. manipulation des atomes

22. Atomes froids

23. télémétrie : principe

24. Le laser terre-lune
mesurer la distance terre lune (384 000 km) au cm près
motivations ? géodésie, satellites, météo
Télescope de 1,54 m de diamètre
laser YAG-Nd , λ=1064 nm IR
5 réflecteurs sur la lune (coins de cube)
10 tirs d’impulsions (0,3 ns) par seconde
détection du retour d’un photon sur 1018
Plateau de Calern , Observatoire de la Côte d’Azur

25. Traces des satellites
enregistrement par laser des passages de satellites sur la voute céleste
par la station MeO de l’observatoire de Côte d’Azur
Rapport 2009 du Groupe de Recherche en Géodésie Spatial