Le laser rubis
Le premier laser fonctionnel fut le laser rubis, mis au point en 1960. Il s'agit d'un laser à semi-conducteurs utilisant un cristal de rubis synthétique (oxyde d'aluminium dopé au chrome) comme milieu amplificateur. Le rubis est pompé optiquement par un puissant tube flash au xénon, ce qui induit une inversion de population des ions chrome et produit un faisceau de lumière rouge profond à une longueur d'onde de 694,3 nanomètres.
La démonstration réussie du laser rubis par Theodore Maiman aux laboratoires de recherche Hughes a marqué le début de l'ère laser. Son dispositif était d'une simplicité surprenante : une tige de rubis de la taille d'un doigt, dont les extrémités étaient polies et argentées pour former un résonateur Fabry-Pérot. Une extrémité était entièrement argentée, l'autre partiellement, servant de coupleur de sortie. La tige était placée à l'intérieur d'une lampe flash au xénon hélicoïdale, semblable à celles utilisées en photographie. Lors de l'éclair, la lumière intense pompait optiquement le cristal de rubis.
Le laser rubis fonctionne selon un système énergétique à trois niveaux. La lumière de la lampe flash excite les ions chrome (Cr³⁺) vers une large bande d'absorption (la bande de pompage). Ils se désexcitent ensuite rapidement par voie non radiative vers un niveau d'énergie métastable. Ce niveau métastable ayant une durée de vie relativement longue (quelques millisecondes), une population importante d'ions peut s'y accumuler, créant une inversion de population par rapport à l'état fondamental. Lorsque l'émission laser commence, les ions transitent de ce niveau métastable vers l'état fondamental, émettant des photons à 694,3 nm. Ce système à trois niveaux, dont le niveau laser inférieur correspond à l'état fondamental, nécessite un pompage très intense pour atteindre l'inversion de population, ce qui le rend relativement peu efficace. Le rayonnement émis est généralement une série d'impulsions brèves tant que la lampe flash est active.
UNESCO Nomenclature: 2211
- Physique de l'état solide
Taper
Dispositif physique
Perturbation
Révolutionnaire
Précurseurs
- le maser (amplification des micro-ondes par émission stimulée de rayonnement)
- Proposition théorique d'un maser optique (laser) par Schawlow et Townes
- développement de cristaux de rubis synthétiques
- technologie des lampes flash à haute intensité
Applications
- holographie (premières expériences)
- épilation et tatouage
- forage et soudage industriels
- recherche scientifique (importance historique)
- télémétrie
Idées d'innovations potentielles
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Lié à : laser rubis, Theodore Maiman, premier laser, laser à semi-conducteurs, chrome, pompage optique, laser à trois niveaux, 694,3 nm, laboratoires de recherche Hughes, lampe flash.