How LASERs work! (Animation with Einstein)

Summary

Cette vidéo explique le processus d'émission stimulée de lumière, une découverte d'Einstein en 1916, qui est la base des lasers. Elle décrit comment un électron d'un atome peut être excité par l'absorption d'un photon et, après un court moment, émettre un photon par émission spontanée ou stimulée. L'émission stimulée produit des photons identiques qui se propagent en chaîne, créant ainsi un faisceau laser cohérent et monochromatique. Le fonctionnement des lasers nécessite une population inversée d'atomes excités et l'utilisation de miroirs pour la réflexion des photons, permettant de générer une lumière intense et concentrée.

Takeaways

• 😀 La découverte de l'émission stimulée de la lumière a été réalisée par Einstein vers 1916.
• 😀 Un atome possède des électrons qui peuvent être excités à un niveau d'énergie supérieur par l'absorption d'un photon.
• 😀 Lorsque l'électron redescend à un niveau d'énergie inférieur, il émet un photon de manière spontanée.
• 😀 L'émission stimulée se produit lorsqu'un photon provoque l'émission d'un autre photon identique.
• 😀 Le fonctionnement des lasers repose sur le processus d'émission stimulée.
• 😀 Un laser est composé de plusieurs composants, dont des miroirs, un milieu de gain, et une source d'énergie.
• 😀 Le processus de pompage optique est utilisé pour élever l'électron à un niveau d'énergie plus élevé.
• 😀 Après l'absorption d'un photon, l'électron peut passer d'un niveau à un autre sans émission de photon.
• 😀 L'émission spontanée d'un photon peut interagir avec un atome excité, provoquant une émission stimulée.
• 😀 Pour qu'un laser fonctionne, il faut que plus d'atomes soient dans un état excité que dans un état d'énergie plus bas (inversion de population).
• 😀 Le faisceau laser est cohérent et monochromatique grâce à un processus d'émission stimulée et de réflexion entre les miroirs.

Q & A

Qu'est-ce que l'émission stimulée de lumière et qui l'a découverte ?

L'émission stimulée de lumière est un phénomène découvert par Einstein autour de 1916. Il se produit lorsqu'un atome absorbé un photon et en émet un autre identique.

Comment fonctionne le modèle atomique de Bohr pour expliquer l'émission stimulée ?

Le modèle atomique de Bohr explique que les électrons dans un atome peuvent être excités à un niveau d'énergie supérieur en absorbant un photon, puis redescendre à un niveau d'énergie plus bas en émettant un photon.

Quelle est la différence entre l'émission spontanée et l'émission stimulée ?

L'émission spontanée se produit lorsqu'un électron excité redescend à un niveau inférieur en émettant un photon de manière aléatoire. L'émission stimulée se produit lorsqu'un photon supplémentaire interagit avec un électron excité, provoquant l'émission d'un photon identique.

Qu'est-ce qu'un laser et sur quel principe repose-t-il ?

Un laser repose sur le principe de l'émission stimulée de photons. L'appareil utilise un milieu de gain pour créer des photons identiques, qui sont amplifiés et envoyés sous forme de faisceau lumineux cohérent et monochromatique.

Comment fonctionne l'opération du laser avec un système à trois niveaux d'énergie ?

Dans un système à trois niveaux d'énergie, un photon est absorbé par un atome pour exciter un électron à un niveau supérieur. Ensuite, l'électron descend à un autre niveau sans émission de photon, avant que l'émission stimulée produise des photons identiques.

Quel rôle jouent les miroirs dans un dispositif laser ?

Les miroirs dans un dispositif laser servent à réfléchir les photons à l'intérieur du gain médium, avec l'un des miroirs ayant une réflexion de 100% et l'autre une réflexion d'environ 98%, ce qui permet d'amplifier le faisceau lumineux.

Qu'est-ce que le pompage optique et pourquoi est-il nécessaire dans un laser ?

Le pompage optique est le processus par lequel des photons sont utilisés pour exciter les électrons d'un atome d'un niveau d'énergie inférieur à un niveau supérieur. Cela permet de créer un état où plus d'atomes sont excités que dans un état fondamental, ce qui est essentiel pour que le laser fonctionne.

Qu'est-ce que l'inversion de population et pourquoi est-elle cruciale pour le fonctionnement d'un laser ?

L'inversion de population se produit lorsque plus d'atomes sont dans un état excité que dans un état fondamental. Cela est essentiel pour qu'un laser fonctionne, car il permet une amplification par émission stimulée de photons.

Pourquoi les photons émis dans un laser sont cohérents et monochromatiques ?

Les photons émis dans un laser sont cohérents et monochromatiques parce qu'ils ont la même énergie, fréquence, direction, polarisation et phase, créés par une réaction en chaîne d'émissions stimulées.

Quel est le rôle d'un miroir semi-transparent dans un laser ?

Le miroir semi-transparent permet à une partie de l'énergie laser de s'échapper, tout en renvoyant la majeure partie de l'énergie à travers le gain médium pour continuer le processus d'amplification.