La lumière émise par un lasers
La lumière générée par les émissions stimulées est très similaire au signal d'entrée en termes de longueur d'onde, de phase et de polarisation. Cela donne à la lumière laser sa cohérence caractéristique et lui permet de maintenir la polarisation uniforme et souvent la monochromaticité établie par la conception de la cavité optique.
Le faisceau dans la cavité et le faisceau de sortie du laser, lorsqu'il se déplace dans un espace libre (ou un milieu homogène) plutôt que des guides d'ondes (comme dans un laser à fibre optique), peut être approximé comme un faisceau gaussien dans la plupart des lasers; Ces faisceaux présentent une divergence minimale pour un diamètre donné. Cependant, certains lasers à haute puissance peuvent être multimodes, les modes transversaux étant souvent approximatifs en utilisant les fonctions Hermite-Gaussian ou Laguerre-Gaussian. Il a été démontré que les résonateurs laser instables (non utilisés dans la plupart des lasers) produisent des rayons en forme de fractale. Près de la «taille» du faisceau (ou de la région focale), il est fortement collimaté: les fronts d'ondes sont planaires, perpendiculaires à la direction de propagation, sans divergence de faisceau à ce point. Cependant, en raison de la diffraction, cela ne peut rester vrai bien dans la gamme Rayleigh.
Le faisceau d'un seul faisceau de mode transversal (faisceau gaussien) débouche éventuellement sur un angle qui varie inversement avec le diamètre du faisceau, comme l'exige la théorie de la diffraction. Ainsi, le «faisceau de crayon» généré directement par un laser à l'hélium-néon commun s'étendrait sur une taille de peut-être 500 kilomètres lorsque brillait sur la Lune (de la distance de la Terre). D'autre part, la lumière d'un laser semi-conducteur sort généralement du minuscule cristal avec une grande divergence: jusqu'à 50 °. Cependant, même un tel faisceau divergent peut être transformé en un faisceau collimaté de manière similaire au moyen d'un système de lentille, tel qu'il est toujours inclus, par exemple, dans un pointeur laser dont la lumière provient d'une diode laser. Cela est possible en raison de la lumière étant d'un seul mode spatial. Cette propriété unique de la lumière laser, la cohérence spatiale, ne peut pas être répliquée à l'aide de sources lumineuses standard (sauf en rejetant la majeure partie de la lumière) comme on peut le constater en comparant le faisceau d'une lampe torche ou d'un projecteur à celui de presque n'importe quel laser.
Processus d'émission Quantum vs. classical
Le mécanisme de production de rayonnement dans un laser repose sur des émissions stimulées, où l'énergie est extraite d'une transition dans un atome ou une molécule. Il s'agit d'un phénomène quantique découvert par Einstein qui a dérivé le rapport entre le coefficient A décrivant l'émission spontanée et le coefficient B qui s'applique à l'absorption et aux émissions stimulées. Cependant, dans le cas du laser à électrons libre, les niveaux d'énergie atomique ne sont pas impliqués; Il semble que l'opération de ce dispositif plutôt exotique s'explique sans référence à la mécanique quantique.
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