Photographie/Rayonnements électromagnétiques/Lasers

Le mot LASER est l'acronyme anglais de Light Amplifier by Stimulated Emission of radiations, c'est-à-dire Amplificateur de Lumière par Émission Stimulée de Radiations.

Dans un atome, la transition d'un électron entre deux niveaux d'énergie E_j (excité) et E_i (non excité) s'accompagne, selon son sens, de l'absorption ou de l'émis­sion d'un photon de fréquence _Vij telle que h. V_ij = E_j - E_i. Si le rapport des populations d'ato­mes dans les états excités et non excités est faible, les photons sont libérés de façon aléatolre par émission spontanée.

Si au contraire, par un processus appelé « pompage optique », on excite suffisamment d'atomes pour que le rapport des deux populations soit supérieur à un seuil appelé condition d'accrochage, on assiste alors au phénomène d'émission stimulée : un photon V_ij frappant un atome excité provoque l'émission d'un autre photon rigou­reusement identique au premier, et ainsi de suite.

Le classique laser à rubis (cristal d'alumine Al₂O₃ dopé par quelques ions Cr⁺⁺⁺ remplaçant des ions At⁺⁺⁺) comporte un bar­reau cylindrique dont les extrémités dressées avec très grand soin sont argentées pour for­mer une cavité résonante où les réflexions de la lumière provoqueront des ondes stationnai­res. L'une des argentures est semi-transparente pour assurer la sortie du faisceau lumineux. Le pompage est obtenu par l'éclair d'un flash qui excite les ions Cr⁺⁺⁺. Pendant l'éclair (environ 10^-3 s), le barreau émet une série d'impulsions lumineuses irrégulières et brèves (10^-6s) .

Le même laser peut être réalisé avec une émission déclenchée à l'aide d'un miroir tour­nant. Au lieu que la décharge se produise dès que le seuil est atteint, on excite beaucoup plus d'atomes avant que le miroir tournant ne vienne créer la résonance. La décharge est alors uni­que, beaucoup plus puissante et aussi plus brève (10^-8s ou moins). La "cadence de tir" est limitée par l'échauffement du barreau, car le rubis est très mauvais conducteur de la chaleur.

Avec un barreau de grenat d'yttrium-aluminium (YAG), bien meilleur conducteur, on peut obtenir des impulsions rapprochées ou même une émission continue. Le milieu actif peut aussi être un ion dissous (Nd⁺⁺⁺ dans POCl₃ à -150°C), un gaz (hélium-néon, argon ionisé, dioxyde de carbone ...).

On fabrique aujourd'hui toutes sortes de lasers, à semi-conducteurs, à colorants liquides, etc.

En photographie, l'utilisation des lasers concerne à peu près exclusivement l'holographie.