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Les atomes sont constitués d'un noyau et d'un ou plusieurs électrons qui gravitent sur des orbites stables (figure1).
Figure 1 Impact laser sur acier
Pompage par excitation
Le passage d'un électron d'une orbite de niveau d'énergie E1 à une autre orbite d'énergie supérieure E2 se fait par absorption d'une quantité d'énergie parfaitement définie, qui peut provenir d'une excitation électrique ou d'un flash optique (figure 2).
Cette absorption s'exprime par : E = E1 -E2 = h.v, loi de Planck

La loi de Planck permet de relier la fréquence d'un rayonnement v (en Hertz) à l'énergie E du photon (en Joules), par la relation : E=h.v

h étant la constante de Planck, et vaut : h= 6,626.10-34 J.s

Figure 2 Figure 3
Emission spontannée
Lorsqu'un électron est situé sur un niveau excité, il revient naturellement à son état fondamental en libérant un photon d'énergie E = hv ; c'est l’émission spontanée (figure 3).
Emission stimulée
Lorsqu'un photon d'énergie E = hv excite un électron placé sur l'orbite E2 , il y a libération d'énergie sous la forme d'un second photon de même énergie et de même phase que le photon incident ; c'est l'émission stimulée (figure 4).
Figure 4
L'amplification laser
Le milieu actif (gaz, solide…) est placé dans un résonateur (ou cavité) constitué de deux miroirs dont l'un est partiellement transparent. Il subit une excitation afin d'obtenir le phénomène de "pompage".
Lorsque le niveau d'énergie supérieur devient plus peuplé que le niveau inférieur, il y a inversion de population et émission spontanée dans toutes les directions. Lorsqu'un photon rencontre un électron excité, il y a émission stimulée. L'amplification est obtenue suivant l'axe de la cavité par réflexion multiple de la lumière sur les deux miroirs formant la cavité résonante. Le faisceau laser sort de la cavité à travers le miroir partiellement transparent.
Sources :
Les guides de l'innovation : les applications innovantes des lasers de puissance dans l'industrie, NOVELECT.
Suite : Les différents types de lasers industriels
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ARDI Rhône-Alpes