1960 : on a dompté la lumière

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avril 2010
Ces images du premier épisode de Star Wars en 1977 et de Superman II en1980 nous replongent au début des années laser.
© Superman II - Photo12 / © Star Wars, épisode 4, Un nouvel espoir - The Picture Desk

Le laser n’était pas inventé que l’existence d’un rayon lumineux directionnel surpuissant excitait l’imagination des auteurs de science-fiction. Dès 1898, H.G. Wells décrivait, dans La Guerre des mondes, un rayon ardent qui n’avait rien à envier aux pistolets laser de Star Wars : « ... C’était quelque chose d’étrange, un jet de lumière silencieux qui faisait s’écrouler, inanimés, tout ceux qu’il atteignait, et quand l’invisible trait ardent passait sur eux, même les pins flambaient… »

Loin de ces fantaisies guerrières, c’est Einstein qui pose le principe fondamental du laser, en 1917. Il démontre, de manière théorique, que l’émission d’un photon peut être stimulée sous l’effet d’une onde électromagnétique. Dans ce processus d’émission stimulée, le photon émis est identique au photon stimulant : même énergie, même direction, même phase. Leurs énergies s’ajoutant, il y a amplification de lumière. C’est ce qu’on appellera l’effet laser.

L’effet laser : la théorie d’Einstein

Deux éléments sont fondamentaux pour le produire : un milieu amplificateur (gaz, plasma, solide, liquide) dans lequel se trouvent les atomes, ions ou molécules dont on utilise les niveaux d’énergie pour accroître la puissance d’une onde lumineuse et un système de pompage (optique, électrique ou chimique), qui crée les conditions d’excitation du milieu en lui apportant l’énergie nécessaire.

Mais il fallut attendre le milieu du 20e siècle pour que l’on s’empare réellement de la question. En 1952, Alfred Kastler invente une technique de pompage optique. En 1954, Charles Townes invente le Maser, un amplificateur de micro-ondes par émission stimulée. On s’efforce alors d’adapter ce principe aux longueurs d’onde du visible. Finalement, Theodor Maiman réalise le premier effet laser dans le domaine optique, au moyen d’un cristal de rubis comme source de molécules. Nous sommes le 16 mai 1960.

L’invention fait grand bruit. Non pour ses applications, car on ne sait rien de l’avenir industriel du laser, mais pour les fantasmes qu’elle déclenche nourris par l’enthousiasme des commentateurs. Un journaliste salue la découverte de Maiman par ces mots : « Soudain, une lueur d’enfer se mit à régner à l’intérieur du rubis. Puis, de l’extrémité du cylindre, devenue cent mille fois plus brillante que la surface du Soleil, jaillit un pinceau de lumière rouge, un faisceau parfaitement parallèle, impeccablement monochromatique. […] Einstein avait raison, murmura le savant. La lumière peut être cohérente. »

Le début des applications industrielles

En 1965, la mise au point du laser à semi-conducteurs, ou diode laser, très compact et facile à intégrer, étend considérablement les possibilités d’utilisation. Les applications industrielles ne tardent pas, qui tirent profit de la cohérence du rayonnement laser : il est rectiligne, sa fréquence est très précise, il peut être déclenché sur un temps très court, il concentre l’énergie sur une toute petite surface.

Aujourd’hui, les outils à base de laser se sont généralisés. Dans l’industrie, le laser est utilisé pour percer, découper, décaper, souder, mesurer. La médecine en fait un outil de grande précision, une sorte de bistouri laser, capable d’opérer ou de détruire les tissus malades de manière sélective. Dans les télécommunications, il est la source lumineuse qui permet de transporter la voix, les données et les images sur des centaines de kilomètres de fibre optique. Dans les magasins, au bureau, à la maison, on le trouve dans les lecteurs de code-barres, les imprimantes et les lecteurs de CD et DVD. Et dans les fameux shows laser, c’est lui qui tient la vedette.

Le futur est tout aussi prometteur. Pour preuve, l’utilisation des lasers dans des domaines de recherche parmi les plus pointus. Ainsi, le laser mégajoule utilise 240 faisceaux laser pour porter quelques atomes d’hydrogène à une température de 70 millions de degrés et étudier la fusion nucléaire. Autre exemple, le laser femtoseconde permet, grâce à des impulsions ultrabrèves, de suivre à l’échelle atomique des phénomènes aussi fugitifs qu’une réaction chimique (lire article p. 10 à 12). D’autres chercheurs utilisent la pression de radiation de plusieurs faisceaux laser pour refroidir des atomes à une température proche du zéro absolu, jusqu’à les immobiliser ou presque. Décidément, le rayon ardent n’a pas fini de nous étonner.

Roland le Bouëdec

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