LASERS

Les principales applications des lasers

Éclairage, alignement, guidage et applications grand public

La lumière laser, émise en faisceau quasi parallèle, se prête, mieux que toute autre, à toutes les transformations optiques. Elle peut être focalisée sur un objet ou un échantillon pour y créer un éclairement intense. En impulsions courtes, elle fige sur place les mouvements et les événements les plus rapides, y compris, au laboratoire, certaines réactions chimiques dont la rapidité interdisait jusqu'à présent l'analyse. Mais on peut aussi éclairer des objets lointains. Les militaires utilisent cette propriété pour désigner une cible lointaine à l'attention du tir terrestre ou aérien. De même, des missiles ou des bombes se dirigent ainsi automatiquement vers l'objet désigné (cf. missiles). On peut aussi asservir un engin à se déplacer le long d'un faisceau laser : un missile antichar sera ainsi guidé comme par un fil vers sa cible, une machine de forage creusera en ligne droite malgré les irrégularités de la roche. Mais d'autres utilisations sont très simples : au laboratoire, à l'usine, sur les chantiers, des dizaines de milliers de lasers He-Ne, et, de plus en plus, à semiconducteur, sont vendus pour le réglage ou l'alignement. Très simples également dans leur principe sont les lecteurs de codes-barres, où un mince faisceau laser (He-Ne ou semiconducteur), réfléchi par des miroirs tournants multiples, balaye le volume traversé par les objets à identifier, tandis qu'un détecteur analyse le signal retour pour y repérer un code. Plus d'une centaine de milliers de petits lasers sont destinés chaque année à ces usages. Enfin, dernière application importante : les lasers He-Ne et à semiconducteurs constituent la source rouge pour la composition des images couleurs en imprimerie.

Mais c'est dans deux autres secteurs très proches du grand public que le marché du laser a véritablement explosé : les imprimantes laser, qui utilisent des lasers semiconducteurs d'une fraction de watt, et les lecteurs/graveurs de disques compacts (CD et DVD). Dans les lecteurs, le faisceau d'un laser semiconducteur d'environ 1 mW, coûtant moins d'un euro, est focalisé sur le disque en rotation, dont le pouvoir de réflexion en chaque point est codé en fonction du signal à restituer (son, image, message informatique). Dans les graveurs, l'enregistrement utilise un laser plus puissant qui va soit « marquer » le disque par un échauffement déformant sa surface, soit y provoquer une réaction chimique, altérations locales qui modifieront ensuite, à la lecture, ses propriétés réfléchissantes. La plupart des ordinateurs personnels contenant un ou deux lecteurs/graveurs, on peut estimer que plusieurs centaines de millions de tels lasers sont vendus annuellement pour équiper ces appareils.

Soudure, marquage et usinage des matériaux

Dans les applications qui précèdent, l'état de surface de l'objet visé n'est pas modifié drastiquement par le flux laser, et l'on peut parler d'éclairement. Il n'en est plus de même lorsqu'on concentre suffisamment le faisceau lumineux. Dans ce cas, même un laser de puissance modeste peut créer localement des températures très élevées.

Focalisés sur des aires du même ordre, des lasers plus puissants permettent d'atteindre des températures auxquelles aucun matériau, même réfractaire, ne résiste. Généralement, l'usinage laser offre des avantages multiples :

– Le laser ne s'use pas, comme le feraient des outils coupants, et n'a pas besoin d'être re-réglé au cours d'une opération.

– L'apport d'énergie, très intense mais très localisé, provoque la fusion (voire la volatilisation) très rapidement, sans que la chaleur ait le temps de se propager notablement. On réduit ainsi fortement les dommages collatéraux : déformation, corrosion, recristallisation, qui pénalisent la soudure au chalumeau ou à l'arc, et une pièce coupée ou soudée au laser peut souvent être utilisée sans remise en forme, ni ré-usinage. De même, on peut souder ensemble des pièces d'épaisseurs très différentes, comme, par exemple, les engrenages et les bagues constituant les trains de pignons dans les boîtes de vitesses.

– Le faisceau n'exerce aucun effort sur les pièces à usiner, qu'il n'y a donc plus lieu de fixer.

– Le faisceau laser peut être acheminé rapidement, par un ensemble de miroirs mobiles, même dans des endroits peu accessibles (intérieurs de caissons).

– Enfin, avantage décisif sur un [...]

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Interactions atome-lumière et pompage optique
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Laser solide Nd-YAG et laser à gaz hélium-néon
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Laser semiconducteur
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Lasers : caractéristiques
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