Le laser , livre ebook

Sous la direction de Fabien Bretenaker et Nicolas Treps
Le laser
50 ans de découvertes
Copyright

© EDP Sciences, Les Ulis, 2016
ISBN papier : 9782759819133 ISBN numérique : 9782759828616
Composition numérique : 2023
http://publications.edpsciences.org/
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Présentation

Plus de cinquante ans après leur invention, les lasers continuent à nous étonner. Leurs performances sont toujours plus extraordinaires et le champ de leurs applications ne cesse de s’étendre. Ils sont omniprésents dans notre vie quotidienne pour les lecteurs de CD, de DVD et de codes-barres et comme ingrédients essentiels des autoroutes de l’information. Ils sont devenus irremplaçables dans l’industrie et les hôpitaux. Ils permettent aussi des avancées spectaculaires de la recherche fondamentale : optique quantique, horloges ultra précises, lasers à atomes, tests de la relativité générale. Ce livre préfacé par Charles Townes, prix Nobel et inventeur du laser, a été écrit par les meilleurs spécialistes français du domaine. Après un bref rappel des principes, cet ouvrage offre un panorama des différents types de lasers, des plus petits aux plus puissants. Il effectue un vaste tour d’horizon de leurs applications et donne un aperçu des développements les plus récents. Cette seconde édition a été enrichie et mise à jour afin de couvrir certains aspects les plus récents de l’optique quantique, de la métrologie, et de la physique des atomes froids et des molécules froides.
La première édition de ce livre a obtenu le prix Prix Arnulf-Françon 2011 de la Société Française d'Optique. Ce prix récompense la réalisation de supports pédagogiques destinés à l'enseignement de l'Optique dans l'enseignement supérieur.
Table des matières Avant-propos (MichèleLeduc, FabienBretenaker et NicolasTreps) Les coordinateurs, les contributeurs et les remerciements (FabienBretenaker et NicolasTreps) Les contributeurs Remerciements Préface (Charles H.Townes) 2. Des lasers de toutes les tailles (PhilippeBalcou, SébastienForget et IsabelleRobert-Philip) 1. Introduction 2. Le laser dans tous ses états 3. Des lasers pour tous les goûts 4. Des lasers à tout faire 5. Conclusion 5. Les lasers ultra-stables et les mesures de grande précision (ChristianChardonnet, Pierre-FrançoisCohadon et SaïdaGuellati-Khélifa) 1. Une source de lumière ultra-stable 2. La spectroscopie laser 3. Les progrès récents 4. La physique fondamentale testée par la spectroscopie laser 5. Les mesures de distance et de déplacement 6. Le laser ondulatoire et corpusculaire (NicolasTreps et HansBachor) 1. Le laser, de la lumière bien rangée ? 2. Les photons, et vos secrets seront bien gardés 7. Le laser pour refroidir atomes et molécules (OlivierDulieu, BrunoLaburthe Tolra, MichèleLeduc et FranckPereira dos Santos) 1. Les lasers freinent et refroidissent les atomes 2. Les lasers piègent les atomes 3. Avec des atomes refroidis par laser : des instruments d une précision incroyable 4. Des lasers à atomes analogues des lasers optiques 5. Le laser ordonne la matière 6. Le laser contrôle la chimie des molécules froides 7. Les atomes refroidis par laser : un domaine en pleine expansion 8. Applications médicales (A. ClaudeBoccara et SergeMordon) 1. Laser et thérapie 2. Laser et imagerie médicale 9. Tout ce dont ce livre ne parle pas (FabienBretenaker et NicolasTreps) Bibliographie Index (FabienBretenaker et NicolasTreps) A B C D E F G H I K L M N O P R S T U V
Avant-propos

Michèle Leduc
Fabien Bretenaker
Nicolas Treps

L année 2015 a été déclarée Année internationale de la lumière par l UNESCO, pour célébrer toutes les révolutions qu elle a introduites dans les domaines de l énergie, des communications, de l électronique, de l espace et de la santé. La découverte du laser - cette forme exceptionnellement maîtrisée de la lumière - a bouleversé le quotidien de chacun et a apporté un outil aujourd hui irremplaçable à toute la recherche scientifique. À cette occasion les auteurs de Le Laser publié en 2010 chez EDP Sciences proposent une nouvelle édition de ce livre. Plusieurs chapitres ont été réécrits ou complétés pour tenir compte de l évolution rapide de la recherche dans certains domaines, comme celui de l optique quantique et des atomes froids, ou encore celui sur les sources de lumières ultra-brèves.
En effet, plus de cinquante ans après leur invention, les lasers continuent de nous étonner. Leurs performances sont toujours plus extraordinaires et le champ de leurs applications ne cesse de s étendre. Chacun finit par oublier qu ils sont là, présents dans notre vie quotidienne, tant ils sont devenus des objets familiers. Pourtant il a fallu des années d efforts aux physiciens atomistes pour trouver le principe du laser et obtenir un premier faisceau de lumière laser à partir d un cristal de rubis. Depuis, des lasers de toutes les sortes et de toutes les tailles ont été mis au point. Sans avoir l ambition de couvrir toutes leurs applications qui sont devenues aujourd hui innombrables, dans les laboratoires comme dans l industrie, ce livre à plusieurs voix donne un aperçu des divers aspects de l activité qu a engendrée le laser.
La préface a été écrite par Charles Townes, l un des inventeurs du laser, prix Nobel de physique en 1964. Elle retrace d une façon très vivante les étapes souvent mal connues et parfois cocasses de l histoire de cette découverte qui continue de bouleverser le panorama de la science et de l industrie depuis un demi-siècle. Rappelons que les succès des inventeurs américains du laser ont été préparés par les chercheurs français travaillant à l École normale supérieure autour d Alfred Kastler, qui avait établi les bases de physique atomique nécessaires à la compréhension de la théorie du laser.
Après l exposé indispensable du principe de fonctionnement du laser, chacun des chapitres détaille différents types d instruments, des plus grands aux plus petits, ainsi que leurs applications. Longtemps considérés comme une solution à la recherche d un problème, les lasers ont progressivement pris une place prépondérante dans la recherche et l industrie. Une leçon à méditer Les lasers sont d abord devenus des instruments irremplaçables à toute métrologie, que ce soit la télémétrie, la vibromé-trie et la gyrométrie pour le guidage des avions ; aujourd hui d ailleurs, ce sont les lidars qui sécurisent notre vie quotidienne, du transport aérien à la détection de la pollution. Ils sont également devenus très vite indispensables à la médecine, à la chimie, à la mécanique et à de très nombreux domaines. L industrie de la machine-outil a été révolutionnée depuis le développement des lasers de puissance pour la soudure, la découpe, la brasure, le marquage. Au niveau du grand public, l irruption des lasers dans la vie pratique s est affirmée avec l apparition des lasers à semi-conducteur, de la taille d une tête d épingle. Les lecteurs de disques compacts permettent des stockages d information impensables il y a une trentaine d années. Et surtout le réseau Internet utilise leur très grande rapidité pour véhiculer les térabits qui font notre nouvel univers quotidien.
Les lasers ont également permis des avancées spectaculaires de la recherche fondamentale : optique quantique, détection des ondes de gravitation, tests de la relativité générale et des théories cosmologiques. Les recherches sur les atomes froids , qui ont valu le prix Nobel à Claude Cohen-Tannoudji en 1997, vont déboucher sur des applications spectaculaires en préparation pour la navigation avec les nouveaux lasers à atomes qui en découlent. On est bien loin d avoir épuisé les recherches sur la technologie des lasers et les possibilités qu elles vont offrir. Les lasers ultraviolets et dans le domaine X en sont à leur début. À l autre bout du spectre des fréquences, les lasers térahertz continuent à se développer et devraient trouver de nombreuses applications en chimie et dans le domaine de la sécurité. Les sources d énergie du futur utilisant la fusion thermonucléaire nécessiteront de nouvelles générations de lasers très puissants, impliquant de nouveaux matériaux et de nouveaux concepts d architecture optique. Et demain, de nouvelles maladies vont pouvoir être traitées par laser, comme la DMLA, dégénérescence maculaire de l il qui affecte des dizaines de millions de personnes âgées. Bref, le laser a encore un brillant avenir devant lui.
Cet ouvrage a été écrit par des chercheurs français, tous fortement impliqués dans des travaux qui perfectionnent ou utilisent des lasers. La liste des auteurs est indiquée au début de chaque chapitre, ainsi que le laboratoire où ils exercent. L ensemble de cet ouvrage a été coordonné par Fabien Bretenaker et Nicolas Treps. Fabien Bretenaker est directeur de recherche CNRS au laboratoire Aimé Cotton, professeur chargé de cours à l École polytechnique ; ses recherches concernent la physique des lasers, l interaction matière-rayonnement, l optique non linéaire et le traitement optique des signaux radar. Nicolas Treps est professeur à l université Pierre et Marie Curie à Paris, chercheur au laboratoire Kastler Brossel et membre de l institut universitaire de France ; ses travaux portent sur les mesures de grande sensibilité, l optique non linéaire, les propriétés quantiques de la lumière et l information quantique.
Ce livre est destiné à tout public curieux de science et de technologie. Il s adresse en particulier aux élèves des classes terminales et préparatoires des lycées, à leurs professeurs et aux étudiants