Le LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) est un triomphe de l’optique moderne. En exploitant un effet de mécanique quantique appelé émission stimulée, les lasers génèrent un faisceau de photons cohérent, presque monochromatique. Les sources de lumière non laser génèrent généralement des faisceaux de lumière incohérents et non focalisés à une variété de longueurs d’onde, interdisant certaines applications.
Pour créer un laser, deux composants sont nécessaires : un milieu de gain et une cavité optique résonante. Pour un milieu de gain, certains cristaux, verres, gaz, semi-conducteurs et même des liquides colorés peuvent être utilisés. Le milieu à gain est stimulé par une source de pompe d’énergie telle qu’un courant électrique ou un autre laser. Le milieu absorbe l’énergie, excitant les états des particules dans le milieu. Après un certain seuil, appelé inversion de population, est atteint, la lumière brillante à travers le milieu provoque une émission plus stimulée, ou une libération d’énergie, que l’absorption.
Une cavité optique résonnante est une chambre de taille spéciale avec un miroir à une extrémité et un miroir semi-argenté à l’autre. Les deux surfaces réfléchissantes font que la lumière piégée à l’intérieur se réfléchit dans les deux sens à travers le milieu de gain, acquérant une plus grande énergie à chaque passage. Lorsque cet effet se stabilise, le gain est dit saturé et la lumière devient une véritable lumière laser. Différents milieux de gain donnent naissance à des lasers de différentes longueurs d’onde.
Deux variétés de laser sont continues et à impulsions. Le laser continu est plus utile pour la plupart des applications, mais l’énergie dans un laser à impulsions peut être très importante. Le degré de divergence du faisceau dans le temps varie en raison inverse de son diamètre. Les petits faisceaux divergent rapidement, tandis que les plus gros restent cohérents.
Lorsque le laser a été breveté par Bell Labs en 1960, il n’a pas été possible de lui donner immédiatement des applications, bien que la spectrométrie, l’interférométrie, le radar et la fusion nucléaire aient été discutés comme domaines d’intérêt potentiels. Aujourd’hui, le laser est l’une des merveilles technologiques les plus polyvalentes, avec des applications dans le stockage et la récupération de données, la découpe laser, la correction de la vision, l’arpentage, les mesures, l’holographie et l’affichage, et même la fusion nucléaire. L’intensité maximale atteignable des impulsions laser a augmenté de façon exponentielle depuis le milieu des années 1980. Un jour, les lasers pourraient être utilisés pour générer des réactions de fusion produisant de l’énergie nette, fournissant de l’énergie à l’ensemble de la race humaine. Ils pourraient également être utilisés pour pousser des voiles solaires dans les profondeurs de l’espace.