Les propriétés et les usages du laser

Une lumière comme aucune autre

Tout le mécanisme du laser — émission stimulée, inversion, cavité — produit une lumière aux propriétés exceptionnelles, que la lumière ordinaire (ampoule, Soleil) ne possède pas. Trois qualités la distinguent.

1. Monochromatique (une seule couleur)

Tous les photons proviennent de la même transition atomique, donc ont exactement la même fréquence. La lumière laser est d'une pureté de couleur inégalée.

   lumiere blanche (ampoule) :  |###toutes les couleurs###|
   lumiere laser             :  |    |  <- une seule raie tres fine

2. Cohérente (toutes les ondes en phase)

Grâce à l'émission stimulée qui clone la phase, toutes les ondes lumineuses oscillent ensemble, en phase, comme un seul chœur parfaitement synchronisé. C'est la cohérence.

   lumiere incoherente :  \\/\\  /\\/  \\/\\   (ondes dephasees, en desordre)
   lumiere coherente    :  \\/\\/\\/\\/\\/\\/   (toutes en phase, alignees)

Cette cohérence est ce qui permet les figures d'interférences nettes (holographie) et les mesures de distance ultra-précises.

3. Directionnelle (un pinceau fin)

Grâce au tri par la cavité, tous les photons voyagent parallèlement. Le faisceau reste fin et peu divergent sur de très longues distances — au point qu'un laser pointé sur la Lune n'y forme qu'une tache de quelques kilomètres, ce qui a permis d'en mesurer la distance au centimètre près.

   lampe    :  rayonne dans TOUTES les directions  * * *
                                                   * (o) *
                                                    * * *
   laser    :  un pinceau concentre  ============>

Une concentration d'énergie

Ces trois propriétés réunies permettent de concentrer énormément d'énergie sur un point minuscule, ce qu'aucune lumière ordinaire ne peut faire (on ne peut pas focaliser une ampoule en un point aussi fin, car sa lumière part dans tous les sens et mélange les couleurs).

Des applications partout

   Domaine            Usage du laser
   -----------------  -------------------------------------------
   Quotidien          lecteurs CD/DVD/Blu-ray, code-barres, souris
   Telecommunications  fibre optique (internet a la vitesse lumiere)
   Medecine           chirurgie de l'oeil, bistouri laser, dermato
   Industrie          decoupe et soudure de metaux de precision
   Science            refroidissement d'atomes, mesures, fusion
   Metrologie         distances (Terre-Lune), interferometrie (LIGO)

Le laser, né d'une prédiction théorique d'Einstein en 1917 et réalisé seulement en 1960, est devenu une technologie invisible mais omniprésente. Chaque appel internet par fibre, chaque lecture de code-barres, repose sur cette maîtrise fine de l'émission stimulée.

En résumé

La lumière laser est monochromatique (une seule couleur, une seule transition), cohérente (toutes les ondes en phase, grâce au clonage par émission stimulée) et directionnelle (un pinceau fin, grâce au tri de la cavité). Ces trois propriétés permettent de concentrer l'énergie de façon inégalée, d'où d'innombrables applications — du lecteur DVD à la chirurgie, de la fibre optique à la mesure Terre-Lune. Une application majeure et concrète de la physique quantique.