laser

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La compression temporelle

Certains lasers impulsionnels émettent des rayonnements composés de la superposition de plusieurs longueurs d’onde différentes. On peut dans ce cas augmenter la puissance du laser à peu de frais. On commence par séparer les différentes longueurs d’onde à la sortie du laser. Se fondant sur le fait que la vitesse de propagation d’un rayonnement électromagnétique dans un milieu dépend de sa longueur d’onde, on interpose alors sur le trajet de chaque rayonnement un jeu d’optique (lentilles, miroirs, etc.). Puis les rayonnements sont à nouveau combinés en un seul avant d’atteindre la cible. Si le jeu d’optique est judicieusement choisi, les divers faisceaux arrivent en même temps sur la cible, et la durée de l’impulsion est ainsi réduite. Le gain en puissance obtenu par cette technique peut atteindre un facteur dix.

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Applications du laser

Le laser est un outil précieux dans l'industrie, la géodésie, la recherche scientifique, la physique des ultrabasses températures, les télécommunications, la médecine, la technologie militaire et les arts.

6.1

Industrie

Les rayons laser permettent de focaliser une forte puissance rayonnante sur une petite surface. Ils sont ainsi utilisés pour chauffer, fusionner ou vaporiser la matière. On les emploie ainsi dans l'industrie pour percer les matières les plus dures, comme le diamant, polir les composants microélectroniques, traiter à chaud les puces à semi-conducteurs, ou encore élaborer de nouvelles matières synthétiques.

Il est envisagé, dans certains projets de centrales à fusion nucléaire, d'utiliser des lasers pour confiner le milieu réactif à des densités critiques. Cette technique va être utilisée en France dans le cadre du projet « laser mégajoule ». Un laser à haute puissance (laser à dioxyde de carbone) servira à déclencher des réactions de fusion nucléaires dans une enceinte confinée. Ceci permettra de mettre fin aux essais d’armes nucléaires, et d’acquérir le savoir-faire nécessaire à la conception de centrales nucléaires à fusion.

Dans la construction et les travaux publics, les rayons laser servent à vérifier l'alignement des structures. De même, ils sont largement utilisés dans les laboratoires industriels de contrôle de qualité et sur les chaînes d’emballage pour détecter les éventuels défauts de fabrication des produits. Ils se révèlent également d'excellents détecteurs de molécules gazeuses et sont utilisés pour l'étude de l'atmosphère et de ses polluants.

6.2

Géodésie

La faible dispersion spatiale des rayons laser et leur grande précision temporelle permettent de les utiliser pour mesurer des distances, à la manière des ondes radar : les rayons sont envoyés sur des miroirs positionnés sur les sites à cadastrer, par exemple le long d'une faille ou sur les rives opposées d'un océan en expansion. Le temps du trajet aller-retour du rayon laser permet de mesurer les distances au centimètre près.

Les satellites utilisent également des altimètres laser pour déterminer l'altitude du relief survolé ou la hauteur des vagues sur la mer. Des miroirs laser ont même été déposés sur la Lune par certains astronautes, et ont renvoyé des rayons laser émis depuis la Terre, permettant de mesurer la distance Terre-Lune avec une précision inégalée : de telles mesures ont mis en évidence la lente dérive de la Lune qui s'écarte de notre planète au rythme de quelques millimètres par an.

Réciproquement, la vitesse de la lumière laser peut être exactement calibrée entre deux points dont l'écartement est connu : ces mesures ont permis de vérifier entre autres la théorie de la relativité.

6.3

Recherche scientifique

Dans les accélérateurs de particules, des commutateurs très rapides activés au laser sont en cours de développement. On projette également d'utiliser des rayons laser dans les chambres à vide pour stabiliser les atomes étudiés, et analyser rigoureusement leur spectre (voir analyse chimique). Le caractère monochromatique et hautement directionnel des rayons laser permet en effet de sonder la structure moléculaire de la matière, par la mesure des infimes décalages spectraux des rayons laser réfléchis à son contact. La présence d'impuretés dans certaines matières peut ainsi être détectée.

D'autre part, le bombardement de molécules par des rayons laser monochromatiques permet d'y déclencher des réactions chimiques strictement contrôlées (voir photochimie).