Chap 4 suite le laser
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Chap. 4 (suite) : Le laser. - PowerPoint PPT Presentation


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Chap. 4 (suite) : Le laser. SOS Vidéo 50 ans du laser CNRS. 1. Absorption et émission quantiques 1.1. Absorption et émission spontanée. Etat ionisé. 0. E 4. E 3. Etats excités. E 2. Etat fondamental. E 1. Doc. 1 : diagramme des niveaux d’énergie d’un atome.

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- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript


Etat ionisé

0

E4

E3

Etats excités

E2

Etat fondamental

E1

Doc. 1 : diagramme des niveaux d’énergie d’un atome

Doc. 1 : Les niveaux d’énergie d’un atome sont … .

Les échanges d’énergie entre un atome et une onde électromagnétique de fréquence n 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.n


Spectre d'absorption de l’hydrogène dans le visible.

E

En

h.n

E1

Doc. 2 : absorption d’un photon

Absorption : cela correspond …


n

E (eV)

3

2

–3,4

Absorption d’un photon : transition de niveau d'énergie.

Photon d'énergie

E =h.n.

1

– 13,6

Niveaux d'énergie de l'atome d’hydrogène.

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.n

Soitn = (E2 – E1)/h

A.N. : n = (-3,4 – (-13,6) x 1,6.10-19/6,626.10-34 = 2,46.1015 Hz

Comme l = c/n

A.N. : l = 3,0.108/2,46.1015 = 1,21.10-7 m dans le vide soit 121 nm (U.V).


E

En

h.n

E1

Doc. 3 : émission spontanée d’un photon

Emission spontanée : cela correspond …


Niveaux des états excités

Pour l’hydrogène, dans le visible, les raies d’émission correspondent aux transitions des niveaux d’énergie 3, 4, 5 au niveau 2

n : niveau d’énergie

Valeur E en eV

– 0,54

5

– 0,85

4

– 1,51

3

2

– 3,4

– 13,6

1



Parfois, elle a lieu …

Les photons sont émis …


E

E

h.n

En

h.n

h.n

E1

Doc. 4 : émission stimulée

  • 1.2. Emission stimulée

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.


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 … .

Pompage

supérieur

l’énergie

Milieu actif

inversion de

population

pompage

Après pompage

optique

milieu actif


Milieu actif

L’onde incidente est donc … par émission stimulée.

amplifiée

Après pompage

Après émission stimulée


Miroir

Semi-transparent

Pompage

Miroir concave

Faisceau laser

Cavité résonante de longueur L

Doc. 6 : cavité résonante du 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 × l (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

oscillateur

constructives

L’énergie fournie par le pompage


Le faisceau émis est :

- …

- …

Certains lasers émettent …

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)


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