Au-delà du laser tag, vous pouvez trouver des lasers dans des objets du quotidien comme des lecteurs de CD ou même des fraises dentaires. RichLegg/Getty Images "Guerres des étoiles, " "Star Trek, " " Battlestar Galactica " -- la technologie laser joue un rôle central dans les films et les livres de science-fiction. C'est sans aucun doute grâce à ce genre d'histoires que nous associons maintenant les lasers à la guerre futuriste et aux vaisseaux spatiaux élégants.
Mais les lasers jouent un rôle central dans notre vie quotidienne, trop. Le fait est, ils apparaissent dans une gamme étonnante de produits et de technologies. Vous les trouverez dans tout, des lecteurs CD aux fraises dentaires en passant par les machines de découpe de métaux à grande vitesse et les systèmes de mesure. Détatouage, remplacement de cheveux, chirurgie oculaire - ils utilisent tous des lasers. Mais qu'est-ce qu'un laser ? Qu'est-ce qui différencie un faisceau laser du faisceau d'une lampe de poche ? Spécifiquement, Qu'est-ce qui différencie une lumière laser des autres types de lumière ? Comment sont classés les lasers ?
Dans cet article, vous saurez tout sur les différents types de lasers, leurs différentes longueurs d'onde et les usages que nous en faisons. Mais d'abord, Commençons par les fondamentaux de la technologie laser :passez à la page suivante pour découvrir les bases d'un atome.
Contenu
Un atome, dans le modèle le plus simple, se compose d'un noyau et d'électrons en orbite. HSW Il n'y a qu'une centaine de types différents d'atomes dans l'univers entier. Tout ce que nous voyons est composé de ces 100 atomes dans un nombre illimité de combinaisons. La manière dont ces atomes sont disposés et liés entre eux détermine si les atomes constituent une tasse d'eau, un morceau de métal, ou le pétillant qui sort de votre canette de soda !
Les atomes sont constamment en mouvement. Ils vibrent en permanence, déplacer et tourner. Même les atomes qui composent les chaises sur lesquelles nous sommes assis se déplacent. Les solides sont réellement en mouvement ! Les atomes peuvent être dans différents états d'excitation . En d'autres termes, ils peuvent avoir des énergies différentes. Si nous appliquons beaucoup d'énergie à un atome, il peut laisser ce qu'on appelle le niveau d'énergie de l'état fondamental et aller dans un niveau excité. Le niveau d'excitation dépend de la quantité d'énergie qui est appliquée à l'atome via la chaleur, léger, ou l'électricité.
Ci-dessus, une interprétation classique de ce à quoi ressemble l'atome.
Cet atome simple est constitué d'un noyau (contenant les protons et les neutrons) et un Nuage d'électrons. Il est utile de penser aux électrons de ce nuage encerclant le noyau sur de nombreuses orbites différentes.
Absorption d'énergie :Un atome absorbe de l'énergie sous forme de chaleur, léger, ou l'électricité. Les électrons peuvent passer d'une orbite de basse énergie à une orbite de plus haute énergie. Considérez l'illustration de la page précédente. Bien que des vues plus modernes de l'atome ne représentent pas orbites discrètes pour les électrons, il peut être utile de considérer ces orbites comme les différents niveaux d'énergie de l'atome. En d'autres termes, si nous appliquons de la chaleur à un atome, nous pourrions nous attendre à ce que certains des électrons des orbitales à basse énergie passent à des orbitales à haute énergie plus éloignées du noyau.
C'est une vue très simplifiée des choses, mais cela reflète en fait l'idée centrale du fonctionnement des atomes en termes de lasers.
Une fois qu'un électron se déplace vers une orbite de plus haute énergie, il veut finalement revenir à l'état fondamental. Quand c'est le cas, il libère son énergie comme un photon -- une particule de lumière. Vous voyez des atomes libérer de l'énergie sous forme de photons tout le temps. Par exemple, lorsque l'élément chauffant d'un grille-pain devient rouge vif, la couleur rouge est causée par les atomes, excité par la chaleur, libérant des photons rouges. Lorsque vous voyez une image sur un écran de télévision, ce que vous voyez, ce sont des atomes de phosphore, excité par des électrons à grande vitesse, émettant différentes couleurs de lumière. Tout ce qui produit de la lumière - lampes fluorescentes, lanternes à gaz, ampoules à incandescence - le fait par l'action des électrons changeant d'orbite et libérant des photons.
UNE laser est un dispositif qui contrôle la façon dont les atomes sous tension libèrent des photons. "Laser" est l'acronyme de Amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement , qui décrit très succinctement le fonctionnement d'un laser.
Bien qu'il existe de nombreux types de lasers, tous ont certaines caractéristiques essentielles. Dans un laser, le milieu laser est « pompé » pour amener les atomes dans un état excité. Typiquement, des éclairs de lumière ou des décharges électriques très intenses pompent le milieu laser et créent une grande collection d'atomes à l'état excité (atomes avec des électrons de plus haute énergie). Il est nécessaire d'avoir une grande collection d'atomes à l'état excité pour que le laser fonctionne efficacement. En général, les atomes sont excités à un niveau qui se situe à deux ou trois niveaux au-dessus de l'état fondamental. Cela augmente le degré de inversion de population . L'inversion de population est le nombre d'atomes à l'état excité par rapport au nombre à l'état fondamental.
Une fois le milieu laser pompé, il contient une collection d'atomes avec quelques électrons assis dans des niveaux excités. Les électrons excités ont des énergies supérieures à celles des électrons plus relaxés. Tout comme l'électron a absorbé une certaine quantité d'énergie pour atteindre ce niveau excité, il peut aussi libérer cette énergie. Comme l'illustre la figure ci-dessous, l'électron peut simplement se détendre, et à son tour se débarrasser d'une certaine énergie. Cette énergie émise se présente sous la forme de photons (énergie lumineuse). Le photon émis a une longueur d'onde (couleur) très spécifique qui dépend de l'état de l'énergie de l'électron lorsque le photon est libéré. Deux atomes identiques avec des électrons dans des états identiques vont libérer des photons avec des longueurs d'onde identiques.
La lumière laser est très différente de la normale et a les propriétés suivantes :
Pour que ces trois propriétés se produisent, il faut quelque chose appelé émission stimulée . Cela ne se produit pas dans votre lampe de poche ordinaire - dans une lampe de poche, tous les atomes libèrent leurs photons au hasard. En émission stimulée, l'émission de photons est organisée.
Le photon qu'un atome libère a une certaine longueur d'onde qui dépend de la différence d'énergie entre l'état excité et l'état fondamental. Si ce photon (possédant une certaine énergie et phase) rencontre un autre atome qui a un électron dans le même état excité, une émission stimulée peut se produire. Le premier photon peut stimuler ou induire une émission atomique de telle sorte que le photon émis suivant (du deuxième atome) vibre avec la même fréquence et la même direction que le photon entrant.
L'autre clé d'un laser est une paire de miroirs , un à chaque extrémité du milieu laser. photons, avec une longueur d'onde et une phase très spécifiques, se reflètent sur les miroirs pour voyager dans les deux sens à travers le milieu laser. Dans le processus, ils stimulent d'autres électrons pour faire le saut d'énergie vers le bas et peuvent provoquer l'émission de plus de photons de la même longueur d'onde et de la même phase. Un effet de cascade se produit, et bientôt nous en avons propagé beaucoup, plusieurs photons de même longueur d'onde et de même phase. Le miroir à une extrémité du laser est "demi-argenté, " ce qui signifie qu'il réfléchit un peu de lumière et laisse passer un peu de lumière. La lumière qui le fait passer est la lumière laser.
Vous pouvez voir tous ces composants dans les figures de la page suivante, qui illustrent comment un simple laser rubis travaux.
Un laser rubis se compose d'un tube flash (comme vous l'auriez sur un appareil photo), une tige de rubis et deux miroirs (un demi-argenté). La tige de rubis est le milieu laser et le tube flash le pompe.
2. Le tube éclair se déclenche et injecte de la lumière dans la tige de rubis. La lumière excite les atomes du rubis. CommentStuffWorks 
3. Certains de ces atomes émettent des photons. CommentStuffWorks 
4. Certains de ces photons vont dans une direction parallèle à l'axe du rubis, donc ils rebondissent sur les miroirs. En traversant le cristal, ils stimulent l'émission dans d'autres atomes. CommentStuffWorks 
5. Monochromatique, monophasé, la lumière en colonnes laisse le rubis à travers le miroir à moitié argenté - la lumière laser ! CommentStuffWorks
Voici ce qui se passe dans la vraie vie, laser à trois niveaux.
CommentStuffWorks Dans la section suivante, vous découvrirez les différents types de lasers.
Il existe de nombreux types de lasers. Le milieu laser peut être un solide, gaz, liquide ou semi-conducteur. Les lasers sont généralement désignés par le type de matériau laser utilisé :
UNE laser rubis (représenté précédemment) est un laser à semi-conducteur et émet à une longueur d'onde de 694 nm. D'autres médiums laser peuvent être sélectionnés en fonction de la longueur d'onde d'émission souhaitée (voir tableau ci-dessous), puissance nécessaire, et la durée d'impulsion. Certains lasers sont très puissants, comme le laser CO2, qui peut couper à travers l'acier. La raison pour laquelle le laser CO2 est si dangereux est qu'il émet une lumière laser dans la région infrarouge et micro-onde du spectre. Le rayonnement infrarouge est de la chaleur, et ce laser fond essentiellement à travers tout ce sur quoi il se concentre.
Autres lasers, tels que les lasers à diodes, sont très faibles et sont utilisés dans les pointeurs laser de poche d'aujourd'hui. Ces lasers émettent généralement un faisceau de lumière rouge dont la longueur d'onde est comprise entre 630 nm et 680 nm. Les lasers sont utilisés dans l'industrie et la recherche pour faire beaucoup de choses, y compris l'utilisation d'une lumière laser intense pour exciter d'autres molécules afin d'observer ce qui leur arrive.
Voici quelques lasers typiques et leurs longueurs d'onde d'émission (en nanomètres) :
Les lasers sont classés en quatre grands domaines selon le potentiel de causer dommages biologiques . Quand vous voyez un laser, il doit être étiqueté avec l'une de ces quatre désignations de classe :
Pour plus d'informations sur les lasers et les sujets connexes, consultez les liens qui suivent.
Matthew Weschler est titulaire d'une maîtrise en chimie organique physique de la Florida State University. Son sujet de thèse était la spectroscopie laser picoseconde, et il a étudié comment les molécules réagissent picosecondes après avoir été bombardées par la lumière laser.
