chap. 4 (suite) : le laser.. sos vidéo 50 ans du laser cnrs
TRANSCRIPT
![Page 1: Chap. 4 (suite) : Le laser.. SOS Vidéo 50 ans du laser CNRS](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051819/551d9d7e497959293b8b70c1/html5/thumbnails/1.jpg)
Chap. 4 (suite) :Le laser.
![Page 2: Chap. 4 (suite) : Le laser.. SOS Vidéo 50 ans du laser CNRS](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051819/551d9d7e497959293b8b70c1/html5/thumbnails/2.jpg)
SOS Vidéo 50 ans du laser CNRS
![Page 3: Chap. 4 (suite) : Le laser.. SOS Vidéo 50 ans du laser CNRS](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051819/551d9d7e497959293b8b70c1/html5/thumbnails/3.jpg)
![Page 4: Chap. 4 (suite) : Le laser.. SOS Vidéo 50 ans du laser CNRS](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051819/551d9d7e497959293b8b70c1/html5/thumbnails/4.jpg)
0 Etat ionisé
Etats excités
Etat fondamentalE1
E2
E3
E4
Doc. 1 : diagramme des niveaux d’énergie d’un atome
1. Absorption et émission quantiques1.1. Absorption et émission spontanée
Doc. 1 : Les niveaux d’énergie d’un atome sont … .Les échanges d’énergie entre un atome et une onde électromagnétique de fréquence sont donc eux aussi … : ils se font par paquets d’énergie appelés photons tel que E, l’énergie transportée par ce photon, … .
quantifiés
quantifiés
E = h.
![Page 5: Chap. 4 (suite) : Le laser.. SOS Vidéo 50 ans du laser CNRS](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051819/551d9d7e497959293b8b70c1/html5/thumbnails/5.jpg)
E
E1
En
Doc. 2 : absorption d’un photon
h.
Spectre d'absorption de l’hydrogène dans le visible.
Absorption : cela correspond …
![Page 6: Chap. 4 (suite) : Le laser.. SOS Vidéo 50 ans du laser CNRS](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051819/551d9d7e497959293b8b70c1/html5/thumbnails/6.jpg)
Quelle est la fréquence et la longueur d’onde de l’onde lumineuse absorbée par l’atome d’hydrogène lors de la transition du niveau d’énergie fondamental au niveau 2 ?
On a : E2 – E1 = h.
Soit = (E2 – E1)/h
A.N. : = (-3,4 – (-13,6) x 1,6.10-19/6,626.10-34 = 2,46.1015 Hz
Comme = c/n
A.N. : = 3,0.108/2,46.1015 = 1,21.10-7 m dans le vide soit 121 nm (U.V).
Niveaux d'énergie de l'atome d’hydrogène.
E (eV)
– 13,6
n
–3,4
Photon d'énergieE =h.
Absorption d’un photon : transition de
niveau d'énergie.1
2
3
![Page 7: Chap. 4 (suite) : Le laser.. SOS Vidéo 50 ans du laser CNRS](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051819/551d9d7e497959293b8b70c1/html5/thumbnails/7.jpg)
![Page 8: Chap. 4 (suite) : Le laser.. SOS Vidéo 50 ans du laser CNRS](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051819/551d9d7e497959293b8b70c1/html5/thumbnails/8.jpg)
E
E1
En
Doc. 3 : émission spontanée d’un photon
h.
Emission spontanée : cela correspond …
![Page 9: Chap. 4 (suite) : Le laser.. SOS Vidéo 50 ans du laser CNRS](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051819/551d9d7e497959293b8b70c1/html5/thumbnails/9.jpg)
Pour l’hydrogène, dans le visible, les raies d’émission correspondent aux transitions des niveaux d’énergie 3, 4, 5 au niveau 2
Valeur E en eV
– 13,6
n : niveau d’énergie
– 3,4
1
2
– 1,51
3– 0,85 4
– 0,54 5
Niveaux des états excités
![Page 10: Chap. 4 (suite) : Le laser.. SOS Vidéo 50 ans du laser CNRS](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051819/551d9d7e497959293b8b70c1/html5/thumbnails/10.jpg)
Remarque : l’émission spontanée à lieu généralement …
![Page 11: Chap. 4 (suite) : Le laser.. SOS Vidéo 50 ans du laser CNRS](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051819/551d9d7e497959293b8b70c1/html5/thumbnails/11.jpg)
Parfois, elle a lieu …
Les photons sont émis …
![Page 12: Chap. 4 (suite) : Le laser.. SOS Vidéo 50 ans du laser CNRS](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051819/551d9d7e497959293b8b70c1/html5/thumbnails/12.jpg)
1.2. Emission stimulée
E
E1
En
Doc. 4 : émission stimulée
h.
E
h.
h.
Un photon peut interagir avec un atome, même si …
Emission stimulée : Dans une population d’atomes, il y a beaucoup plus d’atomes dans l’état fondamental que dans un état excité. L’émission stimulée est un phénomène très peu probable par rapport à l’émission spontanée. Si peu probable qu’elle n’a été observée qu’en 1928 alors qu’Albert Einstein avait prévu son existence dès 1917.
![Page 13: Chap. 4 (suite) : Le laser.. SOS Vidéo 50 ans du laser CNRS](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051819/551d9d7e497959293b8b70c1/html5/thumbnails/13.jpg)
2. Application au laser2.1. Principe de fonctionnement du
laser2.1.1 Pompage optique
Milieu actif
Après pompage
Pompage
Doc. 5 : pompage et inversion de population :Pour obtenir un effet d’émission stimulée sur un grand nombre d’atomes, il faut les amener à un niveau excité E2 … à leur niveau fondamental E1 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 ….
supérieurl’énergieinversion
depopulationpompage
optiquemilieu actif
![Page 14: Chap. 4 (suite) : Le laser.. SOS Vidéo 50 ans du laser CNRS](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051819/551d9d7e497959293b8b70c1/html5/thumbnails/14.jpg)
L’onde incidente est donc … par
émission stimulée.
Milieu actif
Après pompage
Après émission stimulée
amplifiée
![Page 15: Chap. 4 (suite) : Le laser.. SOS Vidéo 50 ans du laser CNRS](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051819/551d9d7e497959293b8b70c1/html5/thumbnails/15.jpg)
Doc. 6 : cavité résonante du laser
Pompage
Cavité résonante de longueur L
Miroir concave
MiroirSemi-
transparent
Faisceau laser
2.1.2. 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 *).L’un des deux miroirs étant semi-transparent, une partie du rayonnement s’échappe de la cavité et forme le rayon laser.
… compense l’énergie perdue par l’émission laser.
miroirs
oscillateurconstructiv
es
L’énergie fournie par le pompage
![Page 16: Chap. 4 (suite) : Le laser.. SOS Vidéo 50 ans du laser CNRS](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051819/551d9d7e497959293b8b70c1/html5/thumbnails/16.jpg)
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 (IS = 1 kW.m–2)
2.2. Propriétés et applications de la lumière laser
Le faisceau émis est :
- …
- …
Certains lasers émettent …
![Page 17: Chap. 4 (suite) : Le laser.. SOS Vidéo 50 ans du laser CNRS](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051819/551d9d7e497959293b8b70c1/html5/thumbnails/17.jpg)