Définition : acronyme de l'anglais "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" ("amplification de la lumière par émission stimulée de radiations") auparavant appelé maser pour "Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation".

Introduction

Le laser est un dispositif qui amplifie la lumière et la fait converger en un étroit faisceau spatialement et temporellement cohérent. Ainsi la lumière laser est extremement directionnelle. De plus le rayonnement émis est d'une grande pureté puisqu'il ne contient qu'une longueur d'onde précise. Les longueurs d'ondes concernées étaient d'abord les micro-ondes (masers) puis elles se sont étendues aux domaines de l'infrarouge, du visible, de l'ultraviolet et on commence même à les appliquer aux rayons X.

I) Principe du laser

Il existe trois types de réactions photoniques possibles : l'émission spontanée, l'absorption et l'émission stimulée. Dans le premier cas, un atome stable absorbe un photon (particule de lumière) et atteint un niveau d'énergie supérieur, il est excité. Le deuxième cas est la situation inverse. Un atome excité retombe spontanément à un niveau d'énergie inférieur en émettant de la lumière. Enfin, dans le dernier cas, la présence de lumière lors de la désexcitation d'un atome provoque l'émission d'autres photons qui ont alors les mêmes caractéristiques (longueur d'onde et direction) que celui qui était présent au départ. Le principe du laser consiste en premier lieu à exciter les électrons d'un milieu, puis à y déclencher l'émission induite de photons et enfin à accumuler le rayonnement entre deux surfaces réfléchissantes avant de le relâcher sous forme de rayon. Pour cela, un laser possède un réservoir d'électrons (ce réservoir peut être solide, liquide ou gazeux) associé à une source excitante qui "pompe" les électrons à de hauts niveaux d'énergies. Dans un second temps, de la lumière est injectée dans le milieu ce qui produit à cause des électrons excités une cascade de photons. Deux miroirs situés aux extrémités du laser se renvoient les photons émis, ainsi la lumière se densifie à chaque passage jusqu'à ce qu'elle soit libérée par une petite ouverture à l'extrémité du dispositif. Il faut savoir que l'émission d'un faisceau continu est plus difficile à obtenir que l'émission par impulsions.

II) Historique

Le principe de l'émission stimulée (ou émission induite) est décrit dès 1917 par Albert Einstein. Mais ce n'est qu'en 1954 que le premier maser (maser au gaz ammoniac) est conçu par J.P. Gordon, H.J. Zeiger et Ch.H. Townes. Au cours des six années suivantes, de nombreux scientifiques tels N.G. Bassov, A.M. Prokhorov, A.L. Schawlow et Ch.H. Townes contibuent à adapter ces théories aux longueurs d'ondes du visible. En 1960, le physicien américain Théodore Maiman obtint pour la première fois une émission laser au moyen d'un cristal de rubis. Un an plus tard Ali Javan mit au point un laser au gaz (hélium et néon) puis en 1966, Peter Sorokin alias Peter Pan construisit le premier laser à liquide. Ironie de l'histoire, Townes, Bassov, Schawlow et Prokhorov reçurent un prix Nobel en 1964 pour leurs travaux en commun alors que Maiman, véritable inventeur du laser, ne reçu aucun prix.

III) Différents types de laser

On classe les lasers selon cinq familles, en fonction de la nature du milieu excité.

    a) Lasers à solide

    b) Lasers à liquide

    c) Lasers à gaz

    d) Lasers à semi-conducteurs

    e) Lasers à électrons libres

IV) Applications