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Cohérence laser

1960
Dispositif expérimental de cohérence laser avec composants optiques en laboratoire.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

La cohérence est une propriété essentielle de la lumière laser, décrivant la corrélation du champ électromagnétique en différents points de l'espace ou du temps. La cohérence temporelle est liée à la monochromaticité de la lumière (faible largeur spectrale), tandis que la cohérence spatiale est liée à sa directivité et à sa capacité à être focalisée en un point précis. Ce haut degré d'ordre distingue les lasers des sources lumineuses conventionnelles.

The coherence of laser light arises directly from the process of stimulated emission. Since each stimulated photon is an exact replica of the incident photon in phase, frequency, and direction, a cascade of such events produces a large number of photons that are all in phase with one another. This phase relationship is maintained as the light oscillates within the résonateur optique, which further filters and reinforces a single coherent mode.

La cohérence temporelle mesure la corrélation de phase d'une onde avec elle-même à différents instants. Elle est quantifiée par le temps de cohérence, τc, la durée pendant laquelle la phase reste prévisible. Ce temps est inversement proportionnel à la largeur de bande spectrale, ΔΔ, de la lumière (τc ≈ 1/ΔΔ). Les lasers ont des largeurs de bande très étroites, ce qui induit des temps de cohérence et des longueurs de cohérence (Lc = τc) longs, pouvant atteindre plusieurs mètres. Ceci permet l'observation d'interférences sur de grandes différences de marche, phénomènes essentiels pour l'holographie et l'interférométrie.

La cohérence spatiale décrit la corrélation de phase entre différents points du front d'onde à un même instant. Un faisceau laser à haute cohérence spatiale possède une phase de front d'onde uniforme, ce qui lui permet de parcourir de longues distances avec une divergence minimale (directivité élevée) et d'être focalisé en un point de taille limitée par la diffraction. Cette propriété est essentielle pour des applications telles que la découpe laser, le soudage et les communications longue distance.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Optique

Taper

Propriété physique

Perturbation

Substantiel

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • L'expérience des fentes de Young de Thomas Young démontrant l'interférence
  • interféromètre de Michelson
  • Théorème de Van Cittert – Zernike pour la cohérence classique
  • le développement du laser lui-même

Applications

  • holographie
  • interférométrie
  • communication par fibre optique
  • lidar
  • refroidissement laser des atomes
  • tomographie optique cohérente

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • coherent anti-stokes raman spectroscopie (cars) for label-free microscopy
  • imagerie fantôme quantique utilisant des photons spatialement incohérents mais corrélés
  • Systèmes lidar cohérents pour la mesure de la vitesse du vent de haute précision
  • peignes de fréquences optiques à phase stable pour la détection d'exoplanètes
  • Combinaison de faisceaux cohérents pour la création de lasers ultra-puissants
  • interférométrie stellaire à longue base pour l'imagerie d'étoiles lointaines
  • Contrôle cohérent des réactions chimiques par impulsions laser façonnées
  • systèmes de distribution de clés quantiques reposant sur la cohérence de phase
  • Imagerie ultrasonore cohérente pour un diagnostic médical amélioré
  • réseaux de communication optique en espace libre entre satellites
En lien avec : cohérence, laser, cohérence spatiale, cohérence temporelle, monochromatique, directivité, holographie, interférométrie, phase, front d'onde.

Contexte historique

Cohérence laser

1960
1960
1960
1960
1960-05-16
1962
1963
1960
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1960
1961
1962
1963

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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