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Chap. 4 (suite) : Le laser.. SOS Vidéo 50 ans du laser CNRS.

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1 Chap. 4 (suite) : Le laser.

2 SOS Vidéo 50 ans du laser CNRS

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4 0 Etat ionisé Etats excités Etat fondamental E1E1 E2E2 E3E3 E4E4 Doc. 1 : diagramme des niveaux dénergie dun atome 1. Absorption et émission quantiques 1.1. Absorption et émission spontanée Doc. 1 : Les niveaux dénergie dun atome sont…. Les échanges dénergie entre un atome et une onde électromagnétique de fréquence sont donc eux aussi… : ils se font par paquets dénergie appelés photons tel que E, lénergie transportée par ce photon, …. quantifiés E = h.

5 E E1E1 EnEn Doc. 2 : absorption dun photon h. Spectre d'absorption de lhydrogène dans le visible. Absorption : cela correspond …

6 Quelle est la fréquence et la longueur donde de londe lumineuse absorbée par latome dhydrogène lors de la transition du niveau dénergie fondamental au niveau 2 ? On a : E 2 – E 1 = h. Soit = (E 2 – E 1 )/h A.N. : = (-3,4 – (-13,6) x 1, /6, = 2, Hz Comme = c/n A.N. : = 3, /2, = 1, m dans le vide soit 121 nm (U.V). Niveaux d'énergie de l'atome dhydrogène. E (eV) – 13,6 n –3,4 Photon d'énergie E =h. Absorption dun photon : transition de niveau d'énergie

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8 E E1E1 EnEn Doc. 3 : émission spontanée dun photon h. Emission spontanée : cela correspond …

9 Pour lhydrogène, dans le visible, les raies démission correspondent aux transitions des niveaux dénergie 3, 4, 5 au niveau 2 Valeur E en eV – 13,6 n : niveau dénergie – 3,4 1 2 – 1,513 – 0,85 4 – 0,54 5 Niveaux des états excités

10 Remarque : lémission spontanée à lieu généralement …

11 Parfois, elle a lieu … Les photons sont émis …

12 1.2. Emission stimulée E E1E1 EnEn Doc. 4 : émission stimulée h. E Un photon peut interagir avec un atome, même si … Emission stimulée : Dans une population datomes, il y a beaucoup plus datomes dans létat fondamental que dans un état excité. Lémission stimulée est un phénomène très peu probable par rapport à lémission spontanée. Si peu probable quelle na été observée quen 1928 alors quAlbert Einstein avait prévu son existence dès 1917.

13 2. Application au laser 2.1. Principe de fonctionnement du laser Pompage optique Milieu actif Après pompage Pompage Doc. 5 : pompage et inversion de population : Pour obtenir un effet démission stimulée sur un grand nombre datomes, il faut les amener à un niveau excité E 2 …à leur niveau fondamental E 1 en leur fournissant de …. On effectue alors une … par un procédé appelé …. Cette énergie peut être transmise par décharge électrique (pompage électrique) ou par un faisceau lumineux (pompage …). On obtient alors un …. supérieur lénergie inversion de population pompage optique milieu actif

14 Londe incidente est donc …par émission stimulée. Milieu actif Après pompage Après émission stimulée amplifiée

15 Doc. 6 : cavité résonante du laser Pompage Cavité résonante de longueur L Miroir concave Miroir Semi- transparent Faisceau laser La cavité résonante Le milieu actif est placé dans une cavité entre deux …parallèles disposés face à face. Les photons font donc plusieurs allers-retours ( …optique) et interférent entre eux. Ces interférences sont …si la longueur L de la cavité vérifie la relation : 2 × L = k × (avec k *). Lun des deux miroirs étant semi-transparent, une partie du rayonnement séchappe de la cavité et forme le rayon laser. …compense lénergie perdue par lémission laser. miroirs oscillateur constructives Lénergie fournie par le pompage

16 Ex : Un laser hélium-Néon délivre un faisceau de puissance P = 2,0 mW et de rayon r = 0,40 mm. Déterminer la puissance surfacique I du faisceau et la comparer à celle de la lumière solaire (I S = 1 kW.m –2 ) 2.2. Propriétés et applications de la lumière laser Le faisceau émis est : - … Certains lasers émettent …

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