Principe de fonctionnement pointeur laser

Le crayon laser (de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiations) invention française due à Alfred Kastler, prix Nobel est une source de lumière cohérente, c’est-à-dire monochromatique, collimatée et dont les ondes sont en accord de phase entre elles.

Le phénomène de base qui permet la réalisation d’émetteurs optiques à ondes cohérentes a été prévu sur le plan théorique par Einstein en 1917. L’émission lumineuse d’un corps est due à une certaine diminution de l’énergie des éléments tels qu’atomes, molécules, ions qui le composent, par exemple lors de passages d’électrons des orbites externes aux orbites internes d’un même atome. Cette émission peut être spontanée elle correspond alors à un rayonnement incohérent. Mais si un photon arrive sur un atome convenablement excité, il peut, sous certaines conditions, provoquer l’émission d’un second photon, en phase avec le photon incident et à la même fréquence.

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Pour provoquer l’émission laser, il faut exciter convenablement un milieu actif afin de placer ses atomes dans des conditions telles qu’ils puissent libérer de l’énergie par émission stimulée. Cette excitation, appelée “pompage” peut se faire sous trois formes différentes :

pompage électrique :

  • décharge électrique dans un gaz ou excitation électronique.
  • pompage optique par exemple, éclairs de tube flash.
  • pompage chimique réaction entre deux substances chimiques.

La longueur d’onde l du rayonnement émis par chaque type de laser est généralement comprise entre 0,19 micromètres (µm) et 10,60 µm, dans une région du spectre des ondes électromagnétiques comprenant la lumière visible (0,4 à 0,78 µm), l’ultraviolet (inférieure à 0,4 µm) et l’infrarouge (supérieure à 0,78 µm).

Le rayonnement laser vert 200mw peut être émis soit en impulsions déclenchées, d’une durée de quelques picosecondes (ps) à quelques centaines de nanosecondes (ns). Ces impulsions se succèdent à des cadences de répétition extrêmement variables de plusieurs mégahertz (MHz) à quelques impulsions par heure, soit en impulsions relaxées (“Long Pulse” ou “Free Running”), d’une durée de quelques microsecondes (m s) à quelques dizaines de millisecondes (ms), les cadences de répétition étant d’une dizaine par seconde à une par minute, soit enfin en émission continue (conventionnellement, de durée supérieure à 0,25 s).

Les puissances émises peuvent être :

  • pour les lasers à émission continue, une puissance de quelques centaines de microwatts (m W) à plusieurs kilowatts (kW).
  • pour les lasers à impulsions relaxées, une énergie de 0,1 joule (J), soit une puissance de l’ordre de 0,1 mW, à plusieurs centaines de joules par impulsion (de quelques millisecondes).
  • pour les lasers à impulsions déclenchées, une énergie de quelques millijoules (mJ) à quelques dizaines de joules en quelques nanosecondes : les puissances de crête correspondantes sont alors considérables, du mégawatt (MW) au gigawatt (GW).

L’énergie transportée dans le faisceau peut être concentrée par focalisation sur une surface très petite (disque de diamètre de quelques microns (m m) dans certains appareils, servant aux travaux d’usinage en particulier ; elle peut être plus large dans d’autres appareils, ceux servant aux travaux d’holographie par exemple.

On peut classer les laser stylo puissant selon la nature du milieu actif ainsi qu’il est indiqué ci-après. Les matériaux actifs des lasers sont souvent constitués d’une substance de base dans laquelle sont incorporés des atomes d’une substance ” dopante “. On distingue :

  1. les lasers à matériau actif solide : le rubis constitué de corindon (alumine cristallisée) contenant des ions de chrome trivalent ; les verres dopés au néodyme, le grenat d’yttrium et d’aluminium, dopé au néodyme (laser dit “Yag”), des semi-conducteurs tels que l’arséniure de gallium. Ces lasers sont à émission continue ou impulsionnelle. Le laser yag à impulsion est, par exemple, employé en chirurgie oculaire.
  2. les lasers à gaz : mélange d’hélium et de néon, argon ou krypton à l’état ionisé, dioxyde de carbone, azote. Ces lasers possèdent une grande qualité de faisceau. C’est un type de laser professionnel.
  3. les lasers à liquide ou à colorants : les principaux liquides actifs utilisés “dyes” sont des composés hydrocarbones insaturés : les coumarines ou les rhodamines. Ces lasers nécessitent un autre laser pour leur excitation. Ils sont réglables en fréquence d’émission. Ils sont utilisés en particulier en photothérapie du cancer.
  4. les lasers à semi-conducteurs (diode laser). C’est dans cette catégorie que figurent les pointeurs. Ils sont utilisés aussi dans les télécommunications, dans les lecteurs enregistreurs de C.D. Ils émettent surtout dans le rouge ou l’infrarouge. Des recherches sont en cours concernant l’émission dans le bleu.

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Risques dus au rayonnement laser

L’effet thermique du rayonnement acheter laser vert puissant peut être dangereux pour la peau, qui ne peut supporter en permanence que des éclairements énergétiques relativement faibles, de l’ordre de quelques dixièmes de W/cm2 ou, fugitivement, de quelques W/cm2 (le rayonnement solaire, par temps clair, en été, apporte une énergie de 0,14 W/cm2 la sensibilité à la chaleur rayonnée dépend de façon importante de la pigmentation de la peau et de la région du corps exposée. La peau réfléchissant plus ou moins bien, selon les épidermes, les rayonnements de longueur d’onde comprise entre 0,4 µm et 1,4 µm, ce sont les rayonnements de longueurs d onde situées hors de cet intervalle (en particulier, ceux du laser C02) qui sont les plus agressifs. Le risque principal est celui de brûlure par effet thermique, mais aussi, d’induction de cancer pour certains lasers à UV. Les lasers à impulsions courtes provoquent des lésions mécaniques ou chimiques très localisées (ex. : cassure des liaisons moléculaires).