20 L’ENQUÊTE > L’invention va rapidement montrer son intérêt en physique avec l’apparition, en 1966, des Copie du laser lasers à colorant (baptisés ainsi car le milieu amplificateur est constitué de colorants chimiques en solution). L’immense avantage de ces lasers : en variant les concentrations des colorants, on peut ajuster la longueur d’onde de la l’optique où les propriétés optiques des matériaux sont altérées par le faisceau laser qui les lumière émise par le laser. « Les lasers à colorant ont été une révolution pour la spectroscopie qui permet d’étudier les propriétés d’atomes ou de molécules conséquences de la nature quantique de la traverse, et l’optique quantique qui étudie les à travers leur capacité à absorber les ondes électromagnétiques, explique Lucile Julien, du Labora- manière d’interagir avec la matière. Cette disci- lumière (sa décomposition en photons) sur sa toire Kastler-Brossel (LKB) 1. Pour la première fois, pline sera à la base, dans les années 1990, de tours on a pu balayer les raies atomiques [soit cibler les de passe-passe optiques qui enfanteront l’information quantique, discipline dans laquelle les unes après les autres différentes longueurs d’onde absorbées par les atomes observés, NDLR] et faire photons du laser sont porteurs d’information, de la spectroscopie haute résolution. » Ces annéeslà, tout le monde comprend que le laser va vite dinateur quantiques sont les derniers avatars. et dont la cryptographie, la téléportation, et l’or- devenir incontournable dans les labos. « Quand je suis arrivée au LKB en 1972, certains groupes achetaient des lasers sans avoir encore une idée précise de Aujourd’hui, le marché mondial du laser est UN SUCCÈS QUI NE SE DÉMENT PAS ce qu’ils en feraient », se rappelle la scientifique. estimé à environ 6 milliards de dollars. Plus de Les physiciens vont aussi exploiter la puissance la moitié de cette somme provient du stockage de la lumière émise par les lasers. Ainsi vont d’information sur CD ou DVD, mais aussi des naître l’optique non-linéaire, une branche de télécommunications. « Le laser possède des pro- LE FONCTIONNEMENT DU LASER 1. LES COMPOSANTS Un laser est constitué de trois éléments : un milieu actif (solide, liquide ou gazeux) dans lequel la lumière est amplifiée, un mécanisme dit « de pompage » qui confère de l’énergie à ce milieu, et un résonateur optique qui sert à démultiplier l’amplification. Contrairement à la lumière ordinaire, la lumière laser est monochromatique (les photons sont tous de même longueur d’onde) et unidirectionnelle (les photons se déplacent tous dans la même direction). Atome à l’état fondamental Le journal du CNRS n°243 avril 2010 Apport extérieur d’énergie Atome excité émettant un photon Photon © HLR Laboratories, LCC Apport extérieur d’énergie Retour à l’état fondamental Miroir réfléchissant Photon de Theodore Maiman au centre duquel on distingue la barre de rubis qui produit les photons. priétés qui permettent de transmettre une densité d’informations importantes sur de longues distances, explique Sylvain Fève, ingénieur d’études au laboratoire « Fonctions optiques pour les technologies de l’information » (Foton) 2 à Lannion. En particulier, comme c’est un faisceau très directif et très cohérent [tous les photons d’un même faisceau conservent une sorte d’étiquette qui permet de les distinguer des photons d’un autre faisceau, pourtant de même longueur d’onde, NDLR], on peut faire rentrer la lumière de plusieurs lasers dans une même fibre optique sans qu’ils interfèrent. » Lannion avait été le théâtre, en 1966, de la première transmission d’informations dans l’air par laser. De nos jours, les transmissions circulent dans des centaines de millions de fibres optiques qui sillonnent les continents, traversent les océans ou font du cabotage le long des côtes. En fait, tout le cœur des réseaux de télécommunications mondiales est équipé de fibres, tandis que la transmission par fils de cuivre (dont le débit est au moins 10000 fois moins élevé que 2. LE POMPAGE OPTIQUE Lorsqu’un atome est excité, il émet un photon d’une longueur d’onde caractéristique pour revenir à un niveau d’énergie plus bas. Pour obtenir la lumière laser, il faut donc en premier lieu exciter les atomes du milieu actif (appelé aussi milieu amplificateur) en leur fournissant de l’énergie (électrique, chimique ou lumineuse). C’est le pompage optique. « Inventée par Alfred Kastler, cette méthode permet de réaliser une « inversion de population » », explique Claude Cohen-Tannoudji du Laboratoire Kastler-Brossel, prix Nobel de physique en 1997. Le milieu amplificateur possède alors davantage d’atomes d’énergie élevée que d’atomes de basse énergie. Selon que le pompage est continu ou intermittent, le laser émettra une lumière continue ou des impulsions plus ou moins courtes. Photon incident Atome