Le laser : histoire d’un rayon
En résumé un laser est réalisé grâce à la conjugaison de trois éléments :
1- Un milieu actif pour l’émission stimulée.
2- Une « pompe » pour créer l’inversion de population.
3- Une cavité résonante pour augmenter le taux d’émission stimulée, sélectionner une direction privilégiée d’amplification et affiner la monochromaticité du rayonnement.
Signalons toutefois le cas particulier du laser à diazote où l’inversion de population est si importante que l’on obtient un laser sans aucune cavité. On parle d’émission super-radiante. Ce laser est surtout employé comme « pompe » pour obtenir l’inversion de population dans les lasers à colorants .
Les premières réalisations
La décennie 1950-1960 marque la naissance des premières réalisations. En 1952, le Français Alfred Kastler (1902-1984, prix Nobel de physique 1966) invente une technique de pompage optique. En 1954, Charles Townes (né 1915, prix Nobel de physique 1964) invente le MASER, un amplificateur de micro-ondes (1,25 cm de longueur d’onde) par émission stimulée. C’est un maser qui permettra à Penzias et Wilson de révéler en 1965 l’existence d’un fond de rayonnement cosmologique à 2,7 K. En 1958 Townes et Arthur Schawlow (1921-1999, prix Nobel de physique 1981) établissent le principe de réalisation du laser. Deux ans plus tard, l’Américain Theodor Maiman (1927-2007) met au point le premier laser : le milieu actif, amplificateur, était constitué d’ions chromes Cr3+ dans un barreau de rubis ; la méthode de pompage était optique (un flash de lumière blanche). En cette même année 1960, l’Iranien Ali Javan (né 1926) – naturalisé américain – réalise le premier laser à gaz. C’était un laser « hélium-néon », très couramment employé encore de nos jours, qui donne une lumière rouge caractéristique du néon constitutif du milieu actif de ce laser ; l’hélium joue un rôle essentiel dans le pompage dont l’énergie est apportée sous forme de décharges électriques. En 1962, deux physiciens français, Bernard et Durrafourg, établissent la théorie des lasers à semi-conducteurs et la même année IBM et General Electric réalisent le premier laser de ce type.
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