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En bref : le premier laser optique a 48 ans !

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Conséquence directe des équations d'Einstein en 1917, le laser optique a projeté sa première lumière le 16 mai 1960, réalisé par Théodore Maiman. Basé sur les mêmes principe mais dans le domaine des micro-ondes, un premier maser avait fonctionné en 1953.

Théodore Maiman pour les 25 ans du premier laser optique à rubis. Crédit : Kathleen Maiman

Le premier laser optique a été créé par l'un des chercheurs des entreprises de Tony Stark, alias Iron Man. Enfin pas tout à fait... Dans le monde véritable, Théodore Maiman, alors qu'il était membre des Hughes Research Laboratories, a réussi à faire fonctionner un laser à rubis émettant dans le domaine optique. Toutefois, le fait qu' Howard Hugues ait servi de modèle à Stan Lee pour créer le personnage de Tony Stark au début des années 1960 a de quoi laissé songeur, surtout quand on connaît l'impact du laser sur notre vie.

Voilà l'occasion d'un retour sur une petite chronologie du laser.

La préhistoire

  • En 1917, Albert Einstein, dans son article Zur Quantentheorie der Strahlung (Sur la théorie quantique des radiations), a jeté les bases qui conduiront bien plus tard à l'invention du maser et enfin du laser. Afin de retrouver la loi de Planck du corps noir à partir de la théorie de l'atome de Bohr, il est conduit à introduire, le premier en théorie quantique, des probabilités pour trois processus d'interaction de la matière avec le rayonnement. Plus précisément, il s'agit des coefficients d'Einstein pour l'absorption spontanée et l'émission stimulée.
  • 1928 : Rudolph W. Landenburg confirme l'existence de l'émission stimulée et en 1939, Valentin A. Fabrikant (URSS) prédit l'utilisation de l'émission stimulée pour l'amplification des ondes électromagnétiques.
  • 1947 : Willis E. Lamb et RC Retherford observent l'émission stimulée avec l'hydrogène.

En 1950, Alfred Kastler (Prix Nobel de physique 1966) propose la méthode de pompage optique, très importante pour obtenir des effets maser et laser conséquents.

L'histoire

En 1953, Charles H. Townes réalise le premier amplificateur à micro-ondes, un dispositif fonctionnant sur des principes similaires à celui du laser, mais basé sur les  micro-ondes plutôt que l'infrarouge ou le rayonnement visible. Cependant, ce premier maser (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation, soit amplification de micro-ondes par émission stimulée de rayonnement) ne fonctionnait pas en continu. Ce sont Nikolay Basov et Aleksandr Prokhorov, travaillant en URSS, qui résoudront ce problème peu de temps après. Ils obtiendront le Nobel avec Townes en 1964.

De façon stupéfiante, Townes racontera par la suite qu'il avait rencontré l'opposition de physiciens du calibre de Niels Bohr, John von Neumann et Isidor Rabi qui tous pensaient que le maser était théoriquement impossible !

En 1958, Charles Townes Hard Leonard et Arthur Schawlow publient un article dans Physical Review, considéré comme l'acte de naissance théorique du laser, que l'on appelait alors Optical Maser. En 1959, Gordon Gould propose le terme de laser pour Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Il pense déjà à des applications pour la fusion contrôlée !

C'est la course entre les différents laboratoire mais c'est finalement à Malibu, en Californie, que naît le premier laser optique le 16 mai 1960. Théodore Maiman utilise un rubis synthétique et il obtint un faisceau laser de couleur rouge à une longueur d'onde de 694 nm. La même année, le physicien d'origine iranienne Ali Javan construira les premiers lasers à gaz basé sur l'hélium et le néon.