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Transferts quantiques d'énergie

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Transfert d’énergie quantique

  • L’absorption d’énergie par la matière est quantifiée.
  • Cette énergie peut être apportée par un photon d’énergie $E = hν$, un courant électrique, une collision avec d’autres particules.
  • La transition d’énergie électronique : les atomes gagnent ou cèdent de l’énergie en faisant transiter un électron d’un niveau à un autre. Lors de ces transitions, il y a absorption ou émission de photons dans le domaine UV- visible $(<780\ \text{nm})$.
  • La transition d’énergie vibratoire : lors d’une transition d’énergie vibratoire, la molécule passe d’un niveau vibratoire à un autre. Ces transitions sont moins énergétiques et lors de ces transitions il y a émission ou absorption de photons infrarouge $(<780\ \text{nm})$.
  • Une particule dans un état excité retrouve sa stabilité en émettant spontanément un photon : c’est l’émission spontanée, elle est quantifiée et multidirectionnelle.
  • Lorsqu’un photon d’énergie $\Delta E = E_2-E_1$ rencontre une particule dans un état excité $E_2$, cette particule retrouve un état d’énergie stable E1 en émettant un photon d’énergie $\Delta\ E$ : c’est l’émission stimulée. Ces photons sont émis dans la même direction que le photon incident.

Le LASER

  • Le terme LASER est l’acronyme de l’expression anglaise Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.
  • La lumière LASER se propage dans une seule direction : elle est directive. Elle est également monochromatique.
  • La lumière LASER produit de l’énergie qui est dirigée selon une seule direction : c’est la concentration spatiale de l’énergie.
  • La lumière LASER peut fournir son énergie de façon continue ou pulsée. Plus l’impulsion pulsée est brève plus le LASER délivre une puissance instantanée importante : c’est la concentration temporelle de l’énergie.
  • Principe du LASER:
  • Le LASER émet des photons produits par émission stimulée qui permet d’amplifier l’onde lumineuse incidente.
  • Pour qu’il y ait amplification de l’onde lumineuse, il faut qu’il y ait plus de particules dans un état d’énergie excité que dans l’état fondamental : c’est ce qu’on appelle l’inversion de population. L’inversion de population est obtenue par l’opération de pompage optique.
  • Les miroirs qui sont des deux côtés de la cavité permettent de multiplier les passages de photons et donc d’augmenter les photons produits par émission stimulée. Les pertes sont compensées par des flashs. Lorsque l’impulsion est souhaitée elle passe par le miroir semi-réfléchissant.
  • La cavité d’un LASER est appelée oscillateur optique entretenu.