Quelques questions sur le laser !

[invite9a322bed]

Cette année j'ai le TPE, et je commence deja à préparer mon sujet. Je suis intéressé par les ondes, l'optique et la lumière. Cependant, j'ai choisi comme problématique : Pourquoi la lumière d'un laser est si différente ?

J'ai lu plusieurs articles, notamment des cours niveau prepas ect... Mais je n'arrive pas à tout comprendre.

- C'est les électrons (par voie électrique) qui provoquent les collisions entre les atomes ?
- Pourquoi on trouve 20% d'hélium et 80% de néon ? La lumière n'est donc pas monochromatique !! ?
- On trouve deux miroirs (dans les deux bords du tube à décharge) , mais un seul est semi-transparent (la où le faisceau sort) , donc après la collision , un photo d'énergie hf est produit et avec les deux miroirs il se fait reflété jusqu'à qu'il se fusionne avec les autres photons produit par les autres atomes et ayant l'énergie requise il arrive à traverser la miroir semi-transparent ? (c'est confus je sais).
- Vous me proposez quoi comme expérience pour le TPE pour montrer la particularité du laser ?
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[obi76]

Alors, prenons dans l'ordre :

- les collisions entre atomes, on n les compte plus tellement il y en a, mais effectivement les électrons collisionnent avec eux, et c'est ça qui excite les électrons les plus éloignés de l'atome (le néon en l'occurrence).
- la présence d'hélium est cruciale. En effet le néon "stocke" l'énergie, la transfert à l'Helium qui se désexite en émettant un photo à 632,8 nm.
- les photons sont gardés un minimum dans la cavité (d'où la présence de miroirs) pour créer ce qu'on appelle l'émission stimulée. Un atome exité qui reçoit un photon dont l'énergie est l'exacte énergie d'excitation de cet atome, alors cet atome émet un photon de même polarisation, dans la même direction avec la même énergie, et c'est bien là l'intérêt, c'est que ces 2 photons vont à leur tour désexiter 2 atomes etc etc etc, tu créé un faisceau laser constant. le miroir semi-transparent est fait pour laisser passser une partie des photons uniquement, les autres étant là pour stimuler l'émission des atomes exités se trouvant dans la cavité.
- Comme expérience il y en a beaucoup... tu peux mesurer la divergence du faisceau, tester sa polarisation (avec une lame polarisante que tu tourne à sa sortie), et si tu veux aller plus loin mesurer la longueur du waist, créer une figure d'interférence (en faisant passer le faisceau dans un tout petit trou tu devrai pouvoir y arriver).

Voilà, en espérant que tu aura compris le principe, après le reste vient tout seul

[invite9a322bed]

Oki merci, pouvez vous me donner un plus d'informations sur les expériences (un plan si possible ^^ ) .

[obi76]

Pour ça va sur google et tape "figure d'interférence laser", tu aura tout ce qu'il faut...

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite9a322bed]

Je tombe sur l'expérience de Young avec la lumière pas le laser, avec le laser c'est plus délicat, en gros je cherche un moyen de pouvoir fusionner deux faisceau laser partant d'une source différente. On calculera leurs amplitude avant et après fusionnement pour mettre en évidence l'interférence.

[obi76]

Comme tu veux, mais ce n'est pas si simple. Si tes 2 laser sont 2 laser différents, pour obtenir une figure d'interférence qui ne bouge pas d'un poil, tu as intéret à avoir 2 laser RIGOUREUSEMENT identiques du point de vue fréquence, or un écart de fréquence n'est pas impossible (c'est même continuel sur les laser), donc je ne pense pas que tu puisse voir ça.

les fentes de Young reviennent à ça, sauf que tu n'utilise qu'une seule source, donc les 2 faisceaux résultants sont parfaitement synchronisés.
Si tu veux faire de l'interférence, utilise un seul laser (c'est un conseil sinon tu n'arrivera à rien).

[invite9a322bed]

Comment veux tu que j'y arrive avec un seul laser ?
Avec de la lumière c'est logique car elle se disperse, mais avec un laser, je n'arrive pas à comprendre le concept.

[obi76]

Un faisceau laser n'a pas un diamètre nul. les fentes de Young sont 2 fentes très proches, suffisament pour que le laser passe par les 2 fentes. Les trous d'Young c'est pareil, tu fais 2 trous avec une épingle très proches, tu met le laser pile dans les 2 trous et tu aura une figure d'interférence. Sinon tu peux aussi faire passer ton faisceau dans un réseau (demande à ton prof).

[invite9a322bed]

Oui, mais t'es sur qu'il y aura une figure d'interférence ?? car le laser se propage recitilignement .

[obi76]

Justement, lorsque le faisceau passe par un trou de petite taille, celui-ci se diffracte. pour faire une diffraction avec les trous d'Young pas besoin de décolimater le faisceau ou faire un montage très sorcier, le faire passer dans 2 trous cote à cote suffit ^^

[mamono666]

regarde ca:

http://web.ujf-grenoble.fr/PHY/intra...InterfMich.pdf

[invitec336fcef]

Alors, prenons dans l'ordre :

- la présence d'hélium est cruciale. En effet le néon "stocke" l'énergie, la transfert à l'Helium qui se désexite en émettant un photo à 632,8 nm.

je m'excuse, mais ne serait-ce pas plutôt l'inverse ? L'hélium est excité par collision électronique, le niveau excité correspondant coïncide avec l'un des niveaux excités du néon (le 3s je crois). Celui-ci se désexcite alors vers un niveau inférieur (2p, je crois), ce qui produit la fameuse longueur d'onde 632.8nm.
Dans l'hélium Néon, sauf erreur de ma part, c'est le néon qui lase, et pas l'hélium.

Cordialement.

[invite9a322bed]

Justement, lorsque le faisceau passe par un trou de petite taille, celui-ci se diffracte. pour faire une diffraction avec les trous d'Young pas besoin de décolimater le faisceau ou faire un montage très sorcier, le faire passer dans 2 trous cote à cote suffit ^^

Je comprend pas ca, pourquoi il va se diffracté alors qu'il n'a pas changer de milieu ?
Mon faisceau quand il va rencontré les deux trous va se diviser en deux et donner deux autres faisceau avec une trajectoire rectiligne non ?

Merci mamono666 pour le lien, c'est très intéressant.

[invite9c9b9968]

Comment veux tu que j'y arrive avec un seul laser ?
Avec de la lumière c'est logique car elle se disperse, mais avec un laser, je n'arrive pas à comprendre le concept.

La lumière blanche comme la lumière laser sont sphériques, c'est ça la cause de l'interférence, pas la dispersion.

[invite9c9b9968]

Je comprend pas ca, pourquoi il va se diffracté alors qu'il n'a pas changer de milieu ?
Mon faisceau quand il va rencontré les deux trous va se diviser en deux et donner deux autres faisceau avec une trajectoire rectiligne non ?

Merci mamono666 pour le lien, c'est très intéressant.

La diffraction n'a pas besoin de milieu, tout est question de taille de l'objet diffractant

[invite9a322bed]

Merci pour ces corrections, mais comment le faisceau laser sera diffracté par des petits trous tout à fait transparents ? c'est quoi la cause de la diffraction dans ce cas ?

[invitea774bcd7]

N'as-tu jamais fait l'expérience avec un jet d'eau ou un Kärcher : en réduisant la taille de l'orifice de sortie, le jet d'eau se « disperse » en cône…

C'est « le même principe »

[invite9a322bed]

Ah oui je n'avais pas pensé à ca ^^

[mamono666]

http://www.phytem.ens-cachan.fr/tele...ionFresnel.pdf

[invite9a322bed]

Merci pour ses schemas , je vais essayer de m'inspirer de ca.
Une dernière question, c'est quoi toutes les différence entre la lumière solaire et la lumière laser ?

j'en connais deux, monochromatique et trajectoire rectiligne pour le laser.

[obi76]

je m'excuse, mais ne serait-ce pas plutôt l'inverse ? L'hélium est excité par collision électronique, le niveau excité correspondant coïncide avec l'un des niveaux excités du néon (le 3s je crois). Celui-ci se désexcite alors vers un niveau inférieur (2p, je crois), ce qui produit la fameuse longueur d'onde 632.8nm.
Dans l'hélium Néon, sauf erreur de ma part, c'est le néon qui lase, et pas l'hélium.

Cordialement.

Je croyais que c'était l'inverse mais sans conviction profonde... Admettons (enfin sur le principe c'est bon ^^)

[invitea774bcd7]

Merci pour ses schemas , je vais essayer de m'inspirer de ca.
Une dernière question, c'est quoi toutes les différence entre la lumière solaire et la lumière laser ?

j'en connais deux, monochromatique et trajectoire rectiligne pour le laser.

Suis-je bête : j'avais oublié que le lumière du soleil se déplaçait en zigzag

[obi76]

Merci pour ses schemas , je vais essayer de m'inspirer de ca.
Une dernière question, c'est quoi toutes les différence entre la lumière solaire et la lumière laser ?

j'en connais deux, monochromatique et trajectoire rectiligne pour le laser.

La lumière d'un laser est polarisée, rectiligne, dotée d'une très grande puissance et extrêmement monochromatique.

La lumière solaire, pas polarisée, pas monochromatique, moins puissante qu'un laser (enfin ça dépend lesquels),mais elle est effectivement rectiligne

[invite9a322bed]

Suis-je bête : j'avais oublié que le lumière du soleil se déplaçait en zigzag

J'avoue je me suis fait passer pour un con on disant ca ^^ mais j'ai confondu un truc la propulsion avec la trajectoire.

Sinon vous me proposez quoi comme expérience pour montrer qu'elle est polarisée ?

[obi76]

Ben je t'ai dis, un polariseur mis devant...

[invitef16d06a2]

La lumière d'un laser est polarisée, rectiligne, dotée d'une très grande puissance et extrêmement monochromatique.

c'est un cas particulier, mais de facon général rien ne te dit que ton laser est polarisé elliptiquement par exemple. Il n'est pas forcément extrement monochromatique, tu peux avoir une source laser qui émet dans 2 longueurs d'ondes, n'oublie pas que la cavité laser peut changer de longueur sous l'effet de la température,

[invitef16d06a2]

Sinon vous me proposez quoi comme expérience pour montrer qu'elle est polarisée ?

tu prend ta source laser et tu mets 2 polariseurs (polariseurs croisés) et tu dois "eteindre" ton faisceau laser.
Une autre expérience est de reproduire la loi de malus et de calculer le rapport d'extinction et la tu peux en deduire la polarisation de ta source laser

[invite9a322bed]

Ok merci labostyle, une autre petite question, plus on s'éloigne de la source , plus l'intensité de la lumière laser diminue ?

[obi76]

c'est un cas particulier, mais de facon général rien ne te dit que ton laser est polarisé elliptiquement par exemple. Il n'est pas forcément extrement monochromatique, tu peux avoir une source laser qui émet dans 2 longueurs d'ondes, n'oublie pas que la cavité laser peut changer de longueur sous l'effet de la température,

Admettons qu'il soit polarisé eliptiquement, tous les photons restent polarisés de la même façon...
Extremement monochromatiques sans rentrer dans les détails (sinon le pauvre pour son TPE n'est pas arrivé).

[obi76]

Parti comme ça on peut dire que la puissance émise c'est pas une porte, c'est une Gaussienne, que selon le désalignement des miroirs et de pas mal de paramètres la sortie du faisceau représenterra des modes TEM01, 11 etc etc enfin bref je pense pas qu'il se pose ce genre de question (du moins pas pour le moment).