lasers
J'ai chez moi un pointeur laser qui émet un faisceau vert (longueur d'onde de 532 nm). Il fonctionne avec deux piles LR03. C'est quand ces piles étaient à presque complètement vides que j'ai constaté quelque chose : en regardant dans le pointeur (qui n'émettait plus de faisceau), il était possible d'apercevoir une petite lumière… Rouge !
Un pointeur laser vert possède donc une diode rouge.

Pourquoi ?

En fait, il faut revenir à la définition du laser. C'est un signe signifiant « amplification de lumière par émission stimulée de radiations ». Le mot important ici, c'est celui qui est le moins attendu : « stimulée ».

L'émission stimulée (sous entendu de photons, donc de lumière) a été prédite par Einstein en 1917 (le premier laser n'a vu le jour que 40 ans plus tard…). En fait, il s'agit pour un électron excité de pouvoir émettre un photon parfaitement identique (même longueur d'onde, même direction, etc.) à un photon incident, et ce sans absorber le photon incident.

Partant avec un photon, on se retrouve à l'arrivé avec deux photons identiques.

Dans un dispositif laser, un matériaux capable de produire une émission stimulée se trouve entre deux miroirs : les photons produits font donc des allées-retours et se « clonent » à chaque passage.

Mais la diode rouge alors ?
Rappelez vous : une émission stimulée ne peut se produire que si un électron est déjà excité. Le rôle de la diode rouge, c'est d'exciter des électrons (les photons "rouges" sont absorbés) ; ensuite seulement, un photon passant par là le désexcite et se « clone ».

laser1
Donc, dans mon laser vert, la lumière rouge initiale n'est pas présente : elle est absorbée par le matériau, et ce dernier émet un photon « vert » lors du passage d'un précédent photon vert.

Si je voyais la diode rouge lorsque les piles sont à plat, c'est parce que l'émission stimulée n'était plus suffisante et le rayon ne se formait plus (pour les connaisseurs : il faut qu'il y ait une inversion de population entre les électrons dans leurs état fondamental et les électrons excités. Si les piles sont vides, l'inversion de population n'est plus possible : les photons rouges initiaux sont émis trop lentement).

(Ah, oui : mon schéma n'est pas correct pour le cas de mon laser : j'ai présenté deux niveaux, alors qu'il en faut au minimum 3 pour avoir le temps de créer une inversion de population. De plus, le rayonnement à 532 nm est est obtenu grâce à un filtre KTP, utilisé pour doubler la fréquence d'une émission ; ici, l'émission à 1064 nm du Nd3+)


Ah, et tiens, le principe de ces pointeurs est montré sur ce schéma.

image de Janesdead

13 commentaires

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Josua a dit :

Une petite review sur mon cours de chimie avant de repartir en cours :D !

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Mear a dit :

Sûrement un des cours que j’aurai dans le futur, ça s'étudie en Tale S spé Physiques ?

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Le Hollandais Volant a dit :

@Mear : j'ai vu ça en seconde année de DUT (bac+2).
Donc je pense pas que tu verra ça au lycée^^. Seulement en études supérieures :-).

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X3N a dit :

@Mear : Y a de l'optique mais pas de laser ;)

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BibiSky51 a dit :

L'optique ?
Beuârk !
Les fentes de Young et autres joyeuseries...

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Le Hollandais Volant a dit :

L'optique qu'on fait en terminal (si je me souviens, ça remonte un peu…), c'est le microscope, le téléscope, la lunette astronomique (deux des trois sont prévus au programme, au choix du prof). Ça reste de l'optique géométrique, et c'est assez cool.

C'est après (en tout cas en DUT), comme le dit BibiSky51 que c'est à chier… Le cours sur le laser est le seul que j'ai compris dans tout le programme…

Fentes de Young, interférences, diffusion de Rayleigh… :-(.

(tiens, à propos de la diffusion de Rayleigh, je pourrais faire un billet : pourquoi le ciel est bleu. Puisque là aussi on entend de tout et n'importe quoi. Ça vous dit ?)

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Migwel a dit :

Avec la diffusion, tu peux aussi expliquer les arcs-en-ciel. :P

Perso, j'ai aussi eu un cours là-dessus cette année et c'est franchement pas ma matière favorite. Disons que les applications sont intéressantes mais t'as des équations à coucher dehors. A part ça, sympa l'article et bien expliqué.

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Charcuterie Dessauld a dit :

De la fable et du roman.
Escroc.

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Anonyme a dit :

Félicitation Timo, très bonne vulgarisation, je n'y comprend pas grand chose vue que je suis un délinquant, mais ça à l'air intéressant à savoir tout ça pour ceux qui sont dans le domaine ;)

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Le Hollandais Volant a dit :

@Migwel : les arc-en-ciel, je saurais expliquer pourquoi on en voit 2, et même beaucoup plus (c'est d'ailleurs très con), mais le principe complet, je ne le comprend pas encore assez (comment de multiples goutes disposées sur différents plans forment un arc unique, j'ai encore du mal. Je ne saurais vulgariser la théorie de ce point…).

@ELK Fayçal : merci :)

Exemple récent et pas mal médiatisé : les diamants dans la flamme d'un bougie. Une flamme, c'est tout à fait commun, pourtant il y'a tant de choses qui se passent à l'intérieur : de la chimie, de la physique optique, physique quantique : si la flamme est bleue en bas et rouge en haut en passant par le jaune, c'est qu'il y'a une raison…
Sans oublier les mouvements de convection visibles dans la cire d'une bougie fondue.

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Whiteshoulders a dit :

Si le principe de l'emission stimulée est bien présenté, je me demande si c'est bien ce qui explique la présence diode rouge.
J'avais cru entendre que la plupart des pointeurs laser utilisait une diode rouge (parfois même infrarouge) suivi d'un cristal non linéaire, permettant de doubler la fréquence d'emission du laser. A partir d'une diode infrarouge pas cher, on peut obtenir toutes les couleurs du spectre.

Peut être que je me trompe et que la diode rouge fait bien office de pompe hein.

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Le Hollandais Volant a dit :


permettant de doubler la fréquence d'emission du laser.


Justement : mon rayon laser a une longueur d'onde indiquée de 532 nm. Si on double ça (pour diviser la fréquence) on tombe sur 1064 nm.
Et ceci est l'une des longueurs d'onde de l'émission Laser des cristaux Néodyme-III+ / YAG.

Après, s'il avait fallu passer d'une longueur d'onde d'une diode rouge à celle de de 532 nm, il aurait fallu plus de multiplicateurs / démultiplicateurs. Je sais pas si c'est rentable.
Mais dans ce cas, le pointeur n'aurait pas de principe d'émission stimulée, et serait une simple torche avec une petite lentille convergeant les rayons en un mince faisceau (comme c'est le cas de tous les petits pointeurs rouges de mauvaise qualité qu'on trouve parfois : ce ne sont que des micro-diodes avec une lentille).

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