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longueur d'onde visible



  1. #1
    mike91

    Smile longueur d'onde visible


    ------

    Bonjour à tous ,


    Je suis nouveau sur le forum, et je réalise quelques expériences d'optique avec des lasers, et ma question est la suivante.

    Est-il possible d'obtenir une lumière visible (bleu/473nm ou vert/532nm ou rouge/671nm, valeurs relevées pour des laser) , en mélangant deux faisceaux laser dans le domaine invisible (ultraviolet ou infrarouge).

    n'étant pas très calé en physique je cherche une réponse et une solution si cela est possible.

    Merci d'avance pour vos réponses,

    Mike

    -----

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  3. #2
    asgrim

    Re : longueur d'onde visible

    si tu superposes deux faisceaux "invisible" ben t'as rien de visible

    par contre on "fabrique" des rayonnements laser visibles à partir de rayonnement "invisible " par exemple en doublant voire triplant la fréquence du laser , Ce sont des phénomènes réalisables avec des cristaux particuliers mais c'est pas simople,: c'est de l'optique non linéaire
    tchô
    La lumière a quelque chose de maléfique.
    Seules d'obscures expériences permettent de s'y initier.

  4. #3
    mike91

    Re : longueur d'onde visible

    Merci pour ta réponse,

    Mais par exemple si l'on utilise deux laser UV à des longueurs d'ondes différentes (ex: 266nm et 355nm), ne peu t'on obtenir par mélange ou battement des fréquences, une longueur d'onde du domaine visible ???

  5. #4
    Jeanpaul

    Re : longueur d'onde visible

    En faisant passer des faisceaux suffisamment intenses dans des cristaux dits non-linéaires (genre niobate de lithium, l'essentiel est qu'ils n'aient pas de centre de symétrie), on peut obtenir des combinaisons.
    Par exemple à partir des 2 fréquences w1 et w2, on obtiendra (pas forcément avec la même configuration) les fréquences 2 w1, 2 w2, w1+w2, w1-w2, etc...
    Il est même possible, à partir d'un laser de fréquence w1 de faire une décomposition en 2 fréquences w2 et w3 telles que w1=w2+w3 ; ça s'appelle un oscillateur paramètrique. Les fréquences obtenues dépendent de l'orientation du cristal.
    Plus l'intensité est forte, meilleur sera le rendement.

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    deep_turtle

    Re : longueur d'onde visible

    Citation Envoyé par mike91
    Mais par exemple si l'on utilise deux laser UV à des longueurs d'ondes différentes (ex: 266nm et 355nm), ne peu t'on obtenir par mélange ou battement des fréquences, une longueur d'onde du domaine visible ???
    Je crois que je comprends ce que tu veux dire...

    Ce que tu proposes est une idée futée, mais malheureusement ça ne marche pas, à cause de problèmes de cohérence temporelle... La lumière émise par les lasers est constituée de trains d'ondes indépendants, et n'ayant aucune relation de phase entre eux. Du coup, pas d'interéfrences, ni de battements, entre deux lasers différents. C'est pour la même raison qu'on ne voit pas d'interférences quand on éclaire un mur avec deux lampes de poche !

  8. #6
    mike91

    Re : longueur d'onde visible

    Merci pour ta réponse,

    Si je formule autrement,

    partant d'une seule source laser que l'on sépare, ensuite on décale légèrement la fréquence d'un des faisceau (si cela est possible),

    Ensuite on on croise les deux faisceau,

    Est il possible d'obtenir un phénomène visible à l'intersection ???


    Un peu tordu, non ???

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  10. #7
    deep_turtle

    Re : longueur d'onde visible

    Délicat en effet... Pour la partie "décalage des fréquences", ma réponse rejoindrais celles de Jeanpaul et asgrim sur l'utilisation de matériaux non-linéaires...

    On pourrait imaginer de le faire en utilisant l'effet Doppler, par exemple en réfléchissant un des faisceaux sur un miroir en mouvement, mais pour avoir un décalage suffisant à mon avis les vitesses seraient trop élevées pour être réalisables (le décalage en fréquence est de l'ordre de v/c où v est la vitesse du miroir et c celle de la lumière)....

  11. #8
    chimist man

    Re : longueur d'onde visible

    salut a tous,
    a ta question moi je repondrai que la reponse est NON car pour moi la lumiere et tou faisceau lumineux est constituer de photons et que chacun des ces photons possedent son energie donc par la une longeur d'onde.Donc en melangeant deux faisceau tu ne peut a la rigeur que melanger ces photons mais nullement augementer l'energie de chacun d'eux donc pour transformer un rayon infra rouge en visible c'est impossible!!!!!heureusement d'ailleur car sinon on aurait subit les domages du soleil si les photons cumulai leurs energies.
    enfin c'est ma vision quantique des choses.

  12. #9
    deep_turtle

    Re : longueur d'onde visible

    Donc en melangeant deux faisceau tu ne peut a la rigeur que melanger ces photons mais nullement augementer l'energie de chacun d'eux. (...) enfin c'est ma vision quantique des choses.
    Je ne partage pas ta vision. Le fait qu'on puisse décrire la lumière avec des photons n'empêche pas les phénomènes d'interférences ni ceux de battement ! Par exemple, les ondes radio pauvent aussi être décrites par des photons et on arrive très bien obtenire des fréquences plus hautes et plus basses en mékangeant deux ondes de fréquences différentes, bref faire des battements !

    La vision quantique ne nie pas la vision ondulatoire de la lumière, elle la complète.

  13. #10
    Lambda0

    Re : longueur d'onde visible

    Bonjour

    en complément aux réponses déjà données :

    L'explication donnée par deep_turtle est la bonne : pas de relation de phase déterministe entre deux lasers différents, donc pas d'interférences ou de battements observables dans les conditions habituelles.
    Néanmoins, on a réussi il y a quelques années à faire interférer les faisceaux provenant de deux lasers différents (de même longueur d'onde). Il s'agit d'une expérience très délicate, réalisée avec des lasers métrologiques ayant une grande longueur de cohérence et synchronisés par une électronique performante.
    Donc plutôt pour laboratoire de pointe.

    En ce qui concerne le décalage de fréquence d'un faisceau laser, on peut utiliser un modulateur acousto-optique : le faisceau traversant ce dispositif échange de l'énergie avec une onde ultrasonore et il en résulte un léger décalage de longueur d'onde, mais bien trop faible pour être visible.
    La modulation acoustique crée en fait un réseau de diffraction qui diffracte en général dans plusieurs ordres. Ces ordres diffractés ayant des décalages de fréquence différents, on peut mesurer une fréquence de battement si on fait interférer deux ordres, la fréquence de battement étant typiquement de l'ordre de 100 MHz
    (donc très loin du domaine visible).
    Ici encore, celà nécessite un matériel assez coûteux hors de portée d'une expérience d'amateur, et celà ne permet de toute façon pas de produire des longueurs d'onde visuellement discernables de la longueur d'onde d'origine.

    Expérience beaucoup plus accessible avec un laser UV (en perdant toutefois les propriétés d'un faisceau laser) : la fluorescence.
    Suivant la composition chimique du matériau excité, on peut générer toute les longueurs d'onde voulues, supérieures à la longueur d'onde du faisceau excitateur (donc dans le visible).
    Le spectre résultant n'est pas une longueur d'onde unique mais un spectre plus ou moins large.

  14. #11
    chimist man

    Re : longueur d'onde visible

    pour repondre a deep turtle,
    en lisant tes lignes sur la dualité du photon ( onde et cropuscule a la fois) j'arrive toujours au meme probleme que je me pose lors que je reflechis a la mecanique quantique,c'est que la classique et la quantique s'oppose!!parce ce que je vois pas en quoi ma theorie est fausse si on parle de photon(donc de cropuscule)alors ce phenomène d'amplification est impossible or si on parle de la lumiere en tant qu'onde tu me dit que cela est possible par des "battements" donc pour moi La vision quantique ne nie pas la vision ondulatoire de la lumière mais si oppose,donc que conclure??

  15. #12
    deep_turtle

    Re : longueur d'onde visible

    Il faut en conclure que le photon n'est pas une simple particule, et que les raisonnements simples qu'on peut faire en prenant ça comme hypothèse mènent parfois à des erreurs. Les photons sont des quanta, des objets purements quantiques, qui ont certaines caractéristiques qui ressemblent à celles des ondes, d'autres qui ressemblent à celles des particules, mais ce n'est ni l'un, ni l'autre !

    La contradiction que tu exposes est celle qui apparait entre une vision ondulatoire et une vision corpusculaire de la lumière, c'est la contradiction qui a gêné les scientifiques pendant pas mal d'années, jusqu'au début du 2Oème siècle. Alors est arrivée la physique quantique, qui nous a enseigné que la lumière est autre chose...

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  17. #13
    mike91

    Re : longueur d'onde visible

    Merci pour ces info. très précise,

    En résumé, on peut utiliser un seul laser UV , séparer ensuite en deux faisceau, un direct et un appliqué sur un modulateur acousto-optique, qui apporterait un léger décalage de la longueur d'onde.

    On disposerait alors de deux faisceaux en phase légérement décaler

    Si l'on croise ensuite ces deux faisceaux, il devrait se produire un battement de fréquence inversemment prop. au décalage de longueur d'onde, et peut être dans le visible ??

    Cela est il réaliste ???

  18. #14
    Lambda0

    Re : longueur d'onde visible

    Bonjour Mike

    je parlais de deux choses différentes dans mon dernier texte.

    1ère méthode : un modulateur acousto-optique est éclairé par un faisceau laser, pas nécessairement UV. Il en ressort plusieurs faisceaux appelés "ordres de diffraction". Ces faisceaux sont décalés en direction, on peut donc les séparer spatialement. Ils sont également légèrement décalés entre eux en longueur d'onde. Au moyen d'un montage optique, on peut rassembler par exemple 2 de ces faisceaux et produire une fréquence de battement.
    Malheureusement, l'écart de fréquence est trop faible pour que cette fréquence de battement corresponde à une fréquence visible. Elle est typiquement de l'ordre de 100MHz alors qu'il faudrait plus de 500THz.


    2ème méthode : on peut utiliser un laser UV pour exciter un matériau fluorescent. Rien à voir avec la méthode précédente. Par contre, on perd les caractéristiques géométriques du faisceau incident : la fluorescence est émise dans toutes les directions. On peut quand même essayer de reconstituer un faisceau au moyen d'un système optique, mais, on perdra de toute façon beaucoup d'énergie.
    On doit pouvoir faire des expériences assez spectaculaires en excitant différents matériaux produisant des couleurs différentes.

    Voilà, j'espère que c'était un peu plus clair.

    A+

  19. #15
    mike91

    Re : longueur d'onde visible

    Merci pour toute ces précisions,

    A ton avis dans quel milieu "économique", solide liquide ou gazeux, je pourrais réailiser une expérience de fluorescence visible à l'aide d'un laser UV ???

    Et autre question, le phénomène de fluorescence est-il lié à la puissance du laser ??
    (pour obtenir la fluorescence au point de rencontre de deux faisceaux)

    Cordialement,


    Mike,

  20. #16
    Lambda0

    Re : longueur d'onde visible

    Bonjour

    On trouve des matériaux fluorescents un peu partout.
    On peut commencer par exemple par éclairer une feuille coloriée avec un feutre à encre fluorescente.
    On peut également trouver dans le commerce de la peinture fluorescente.
    Le fait d'éclairer avec deux lasers de longueurs d'onde différentes produira un résultat différent, tant que ces longueurs d'onde sont suffisamment énergétiques : donc avec de l'UV, du bleu. Mais le laser IR ne sera d'aucune utilité.
    On peut aussi chercher des matériaux phosphorescent : le processus physique est le même, mais le temps de désexcitation beaucoup plus long, ce qui fait que le matériau peut continuer à rayonner plusieurs secondes après l'extinction du laser.
    Faire la manip dans l'obscurité ou une pièce pas trop éclairée pour que ce soit plus probant (la lumière naturelle contient dejà des UV et on verrait peut-être moins la différence en ajoutant l'éclairage laser, tout dépend de la puissance).

    Pour terminer, attention à l'utilisation des lasers : c'est dangereux pour les yeux même à faible puissance de quelques mW, surtout pour un laser UV par définition invisible. Il faut au moins mettre des lunettes spéciales filtrant l'UV.
    Ne pas faire cette expérience avec des lasers d'une puissance supérieure à quelques dizaines de mW sans l'assistance d'une personne compétente en sécurité laser, surtout en public.

    Voilà, plus qu'à faire une recherche sur google avec "encre fluorescente", "peinture fluorescente", etc...

    A+

  21. #17
    mike91

    Re : longueur d'onde visible

    Merci pour ces renseignements très utiles.

    Une dernière question.

    Le phénomène de florescence dépend il de la puissance du laser,
    Autrement dit si l'on réduit la puissance du laser, le phénomène s'arrête-il, et inversemment, partant d'une puissance faible, si l'on augmente celle-ci le phénomène apparait-il ????

  22. #18
    Lambda0

    Re : longueur d'onde visible

    Bonjour

    Il n'y a pas de seuil inférieur en puissance. La fluorescence n'est pas provoquée directement par une puissance plus ou moins grande du faisceau d'éclairage mais par l'énergie de ses photons pris individuellement : il y a fluorescence avec une faible puissance UV, mais il n'y aura pas de fluorescence en éclairage IR, quelle que soit la puissance.

    Par contre, il y a un effet de saturation par puissance supérieure : au delà d'une certaine limite, ça ne sert plus à rien d'augmenter la puissance du faisceau.
    On peut considérer que la fluorescence est proportionnelle à la puissance d'éclairage (au nombre de photons UV par seconde) pour un faible éclairage, et qu'elle tend ensuite vers une limite qui dépend de la concentration des molécules fluorescentes et de leur temps de désexcitation, mais si on n'a pas accès à ces informations, le mieux est de faire des essais avec des matériaux différents.
    Pour finir : l'expérience marche avec n'importe quelle source UV, pas nécessairement un laser.

    A+

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  24. #19
    Max

    Re : longueur d'onde visible

    Salut,

    Citation Envoyé par Lambda0
    mais il n'y aura pas de fluorescence en éclairage IR, quelle que soit la puissance.
    A+
    Si, il existe un cas particulier dans l'IR. Je ne connais pas le terme en Francais, mais en Anglais ca donne "Up-conversion", la ou deux photons IR sont absorbes, et donne lieu a un phenomene de fluorescence dans le visible. C'est le cas des verres dopes au ions erbium ou ytterbium, et excites avec une lumiere comprise entre 900nm et 1100nm.
    Le processus est le suivant: un premier photon excite l'ion a un niveau donne. Avant que l'ion ne se desexcite un deuxieme photon IR arrive et fait passer l'ion vers un etat excite superieur, a partir duquel il y aura ensuite une desexcitation partielle non radiative (couplee phonon), puis une desexcitation finale qui sera elle radiative. Dans le cas de l'erbium, la fluorescence est verte, alors que l'ytterbium donne un melange de bleu et de rouge.

    Ce cas de figure est aussi possible pour des atomes d'un gas, ou on peut exciter un niveau energetique donne avec des photons dont l'energie est deux fois moindre que celle impliquee dans la transition electronique. Cela implique entre autre le passage vers un etat energetique intermediaire qui est virtuel. La puissance lumineuse requise est donc necessairement elevee vu la faible duree de vie du niveau intermediaire

    A++

    Max

  25. #20
    Lambda0

    Re : longueur d'onde visible

    Bonjour Max

    Effectivement, je ne pensais pas aux processus à 2 photons...
    A voir si celà peut marcher avec des lasers continus de faible puissance.

    A+

  26. #21
    mike91

    Re : longueur d'onde visible

    Concrètement,

    Si l'on réduit progressivement la puissance d'un laser UV , le nombre de photons diminu t'il??

    D'autre part ce phénomène "Up-conversion" peut il se manifester dans d'autre milieu

    (Gaz, liquide avec colorant fluo, etc...)

  27. #22
    Jeanpaul

    Re : longueur d'onde visible

    La puissance d'un laser, c'est le nombre de photons émis par seconde.
    Comme déjà dit, on peut faire de la up-conversion dans des cristaux par doublement ou mélange de fréquences : le rayonnement émis est alors cohérent et directif comme un laser.
    Un autre cas, c'est l'absorption à 2 photons : un atome ou une molécule (colorant par exemple) va absorber 2 photons à la fois pour monter en énergie ; il peut fluorescer ensuite en restituant une partie de l'énergie, mais dans toutes les directions.
    On peut faire de la up-conversion dans un gaz ou un liquide sans que le milieu absorbe, mais comme il y a alors un centre de symétrie, il faudra mélanger 3 photons w1, w2, w3, ce qui permet du triplement de fréquence, voire même nettement plus, allant jusqu'aux rayons X. On peut aussi faire des combinaisons du genre 2w1-w2 ; si w1-w2 a le bon goût de correspondre à une fréquence de vibration du liquide, on appelle cela Diffusion Raman Antistokes Cohérente (CARS en anglais) ; l'intensité émise est grande et directive. Puissant moyen d'analyse du milieu point par point.

  28. #23
    leproto

    Re : longueur d'onde visible

    bonjour,
    je suis cette discussion avec attention et une question me chatouille,

    je prends comme support un mur blanc, je projette d un cote une lumiere rouge et de l autre une lumiere jaune, le croisement des deux faisceaux sur le mur donne de l orange.
    bien, maintenant cette fois si je projette d un cote une lumiere infrarouge et de l autre une lumiere ultraviolette, que vais je obtenir?
    une couleur jaune-verte visible?

  29. #24
    Jeanpaul

    Re : longueur d'onde visible

    Non, sûrement pas. Les additions de fréquences ne sont possibles que pour de fortes intensités et dans des substances spéciales avec des cristaux orientés comme il faut.
    Ceci dit, avec le schéma décrit, on peut observer un phénomène intéressant : l'extinction de la phosphorescence. Si le mur contient une substance phosphorescente, comme un sel d'uranium, il va fluorescer sous l'action des rayons UV (on a longtemps utilisé ce phénomène dans des dents artificielles pour qu'elles paraissent plus étincelantes, c'est sans danger).
    Si on éclaire alors avec de l'IR, on peut arriver à éteindre la fluorescence ; c'est utilisé dans certains détecteurs infra-rouge pour visualiser le faisceau.

  30. Publicité
  31. #25
    leproto

    Re : longueur d'onde visible

    Citation Envoyé par Jeanpaul
    on a longtemps utilisé ce phénomène dans des dents artificielles pour qu'elles paraissent plus étincelantes, c'est sans danger
    je travaille justement dans le milieu dentaire et je ne savais pas qu on avait utilise ce genre de technique

  32. #26
    Jeanpaul

    Re : longueur d'onde visible

    C'est cette fluorescence qui a attiré l'attention des physiciens au début du XXème siècle. Becquerel croyait avoir trouvé une propriété intéressante de cette fluorescence, qui était en fait due à la radioactivité, qu'il a ainsi découverte.
    Je ne crois pas que l'uranium soit encore utilisé en odontologie.

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