PHYSIQUE-CHIMIE

I. Absorption et émission

 

 

Voici un diagramme énergétique. Les valeurs des niveaux énergétiques changent pour chaque type d’atome.

L’atome peut être à un état qu’on appelle fondamental (E1) et, si on donne assez d’énergie (électricité, lumière, etc), on peut lui faire passer à un niveau supérieur (E2).

Il faut retenir que l’énergie est quantifiée. Cela fait penser à la mécanique quantique, à la physique quantique, etc. C’est le fait que l’énergie de l’atome ne puisse prendre que certaines valeurs.

Ici, on a un atome qui est à l’état fondamental. On lui donne de l’énergie, de plusieurs façons : photon, par exemple. Il y a un lien entre l’énergie du photon et la longueur d’onde du photon :

$E = \dfrac{h.c}{λ}$

Si on envoie un photon et que celui-ci est assez énergétique, l’atome peut passer d’un niveau 1 au niveau 2 (E1 vers E2). C’est ce qu’on appelle l’absorption. Elle se fait lorsqu’un atome passe d’un niveau 1 à un niveau 2 grâce à l’énergie d’un photon, par exemple. L’atome est maintenant à l’état excité, et naturellement, au bout d’un moment, cet atome se désexcite. Il repasse du niveau 2 au niveau 1.

Lorsqu’il y a cette désexcitation, il y a de nouveau émission d’un photon dont la longueur d’onde dépend de l’énergie, c’est-à-dire de l’écart énergétique entre le niveau 1 et le niveau 2. On a donc décrit le phénomène d’absorption et le phénomène d’émission.

 

II. Émission stimulée

 

 

Le fonctionnement du laser est basé sur un peu le même principe sauf que l’émission est stimulée.

Les atomes des gaz contenus dans le laser sont à un niveau 2. Sur ce niveau 2 (niveau excité) on envoie un photon et l’envoie de ce photon stimule l’émission. L’atome passe du niveau 2 au niveau 1. Le photon a interagi avec l’atome mais celui-ci ne disparaît pas.

Lors de la désexcitation de l’atome, on a apparition d’un nouveau photon qui correspond à l’écart énergétique entre le niveau 2 et le niveau 1.

En envoyant un photon sur un atome excité, on récupére deux photons.

 

Comme cela se passe-t-il à l’intérieur d’un laser ?

On fait un pompage. C’est-à-dire que tous les atomes des gaz qui sont contenus à l’intérieur du laser sont à l’état excité. Comment ? On peut donner de l’énergie aux atomes de différentes façons :

- Par pompage optique : on envoie une certaine lumière très énergétique.

- Par d’autres types de pompage.

 

Quelle est la différence avec une absorption classique ?

Ici, on a une émission stimulée. Dans l’absorption classique, le photon qui arrive est assez énergétique pour faire passer l’atome de l’état 1 à l’état 2. Ici, le photon qu’on envoie ne permet pas le phénomène d’absorption. Il y a seulement une interaction. Le photon qu’on envoie interagit avec l’atome mais poursuit sa route. Lors de la désexcitation de l’atome qui est contenu dans le laser, il y a émission d’un autre photon.

 

La dernière chose qu’il faut savoir sur le laser est ce qu’on appelle le milieu amplificateur. Ces réactions d’émission stimulée se font dans un milieu amplificateur, qui permet plusieurs choses :

- On a un système avec un miroir et un miroir semi-réfléchissant. Donc, les photons qui sont créés par cette émission stimulée, sont contenus dans le milieu amplificateur et émis de façon très directive. On parle de cohérence spatiale. Comme c’est très directif, c’est aussi très énergétique car tous les photons sont envoyés dans une petite zone de l’espace.

- Le dernier type de laser un peu particulier que l’on peut voir sont les lasers pulsés. C’est-à-dire qu’il y a une cohérence temporelle. On envoye des flux de photons à des temps donnés précis.

 

Pour finir, on l’appelle laser pour Light Amplification Stimulated Emission of Radiation. Selon le type de gaz qu’on utilise, on a une lumière différente qui sort du laser.

 

A retenir : Il faut savoir comment on interprète ces diagrammes d’énergétiques, savoir que l’énergie est quantifiée, savoir définir absorption, émission et émission stimulée ainsi que le fait qu’on travaille dans un milieu amplificateur.

  • V
    Valentin ~ 26/03/2017
    On vois dans le cours que les photons émis lors de l'émission stimulée correspond à la différence de... Afficher la suite
    • V
      Valentin ~ 26/03/2017
      On vois dans le cours que les photons émis lors de l'émission stimulée correspond à la différence de niveaux d'énergie de l'atome. Le photon incident doit il aussi forcement correspondre à cette énergie ?
    • logo-lesbonsprofs
      Fanny ~ 26/03/2017

      Bonjour Valentin !

      Je n'ai pas bien compris ta question, peux-tu être plus clair ? L'énergie du photon incident est E = h v

    • V
      Valentin ~ 26/03/2017
      Les deux photons ont ils forcement la même énergie ?
    • logo-lesbonsprofs
      Fanny ~ 26/03/2017

      En fait, lorsqu’un atome passe d’un niveau d’énergie Ei à un niveau d’énergie Ef, on a deux cas :

      - Si

  • L
    Link ~ 30/05/2017
    Bonjour, pourquoi appelle-t'on ça pompage alors qu'on donne de l’énergie au photon et non l'inverse?... Afficher la suite
    • L
      Link ~ 30/05/2017
      Bonjour, pourquoi appelle-t'on ça pompage alors qu'on donne de l’énergie au photon et non l'inverse? :)
    • logo-lesbonsprofs
      Fanny ~ 30/05/2017

      Bonjour !

      Et bien justement c'est le photon qui "pompe" de l'énergie :)