Le principe d'un laser normal consiste à exciter des électrons au moyen d'une source d'énergie. Ces électrons retournent à leur état fondamental en émettant des photons. Ceux-ci sont réfléchit par deux miroirs disposé en face à face, jusqu'à ce que le faisceau soit suffisamment puissant pour traverser le miroir semi réfléchissant.

 

Il existe plusieurs types de laser, les principaux sont les laser à solide comme le rubis, ou le titane. Ils peuvent êtres utilisés en continue ou en impulsion pouvant atteindre le gigawatt de puissance et ainsi couper ou souder du métal.

 

Les lasers à liquide ionique servent principalement à avoir une couleur précise en fonction du

colorant choisi.

 

Les lasers à gaz quant à eux sont très pur au niveau du spectre émis puisque l'on peu utiliser des corps simples comme le mélange Hélium Néon, ou simplement le CO2. Il sont très puissant et servent principalement à la découpe et au pointage.  L'infrarouge longueur d'onde de 10,6 micromètres pour le laser à CO2 évite l'éblouissement lors de l'impulsion.

 

Emission spontanée: L'émission stimulée d'un photon produit deux photons de même énergie et de même direction.

 

• Inversion de population: Pour obtenir un effet d'émission stimulée sur un grand nombre d'atomes, il faut faire en sorte qu'ils soient dans un niveau d'énergie excité, et non dans leur niveau fondamental. --> Cette inversion de population est obtenue en fournissant de l'énergie aux atomes selon un procédé appelé pompage optique.

 

• Amplification de la lumière: Un laser est un amplificateur de lumière fonctionnant grâce à l'émission stimulée. Le milieu actif est un ensemble d'atomes qui subissent l'inversion de population et l'émission stimulée grâce à une source d'énergie extérieure. Le milieu actif est placé dans une cavité entre deux miroirs parallèles placés face à face. Chaque photon fait plusieurs allers et retours, donnant lieur à un nombre important d'émissions stimulées. L'un des deux miroirs étant semi-transparent, une partie du rayonnement s'échappe de la cavité et forme un rayon: c'est le rayon laser.

 

Laser CO2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

             

                        Schema du laser CO2

 

 

Le milieu amplificateur est un gaz, il se produit une décharge électrique dans un gaz. Ce laser est composé de:

 

• Dioxyde de Carbone (CO2) 10 à 20%

• Diazote (N2) 10 à 20%

• Dihydrogène (H2) quelques pour cents

• Xénon (Xe) quelques pour cents

• Hélium (He) quelques pour cents

 

Il y a donc un choc direct entre deux éléments avec un électron à un état excité, dans le N2. Comme le N2 est une molécule mononucléaire, elle ne peut pas perdre son énergie par émission d'un photon, donc ces niveaux d'excitation sont stables cinétiquement, mais pas thermodynamiquement.

 

Le transfert de l'énergie de collision entre le N2 et le CO2 mène à une excitation du CO2, avec une énergie suffisante et souhaitée pour le fonctionnement du laser.

 

Toutes les molécules restent dans un état excité inférieur, car il y a un retour à leur état fondamental à travers une collision avec des atomes d'hélium froids. Cependant, les atomes d'hélium se réchauffent par le choc et doivent être refroidis pour conserver leur capacité à produire une inversion de population des molécules de CO2.