Transcription de la vidéo
L’une des parois réfléchissantes de la cavité résonante d’un laser ne doit pas être totalement réfléchissante pour que le laser soit efficace. Laquelle des propositions suivantes explique pourquoi ? (A) Si les deux parois réfléchissantes de la cavité résonnante réfléchissent de la même manière, les ondes lumineuses se déplaçant dans des directions opposées à travers la cavité vont interférer de manière destructive. (B) Aucune énergie externe ne peut être transférée dans la cavité résonnante si les deux parois sont totalement réfléchissantes. (C) La cavité résonnante ne peut pas émettre de lumière cohérente si les deux parois sont totalement réfléchissantes. (D) Aucune énergie ne peut être émise par la cavité résonnante si les deux parois sont totalement réfléchissantes. Ou (E) Toutes les propositions sont correctes.
Les lasers produisent une lumière cohérente composée d’un grand nombre de photons ayant un niveau d’énergie particulier. Ces photons sont produits par un processus appelé émission stimulée. Rappelons le principe de l’émission stimulée.
Le milieu actif d’un laser est composé de nombreux atomes qui contiennent tous un certain nombre d’électrons. Lorsqu’un photon traverse le milieu actif, il peut interagir avec l’un des électrons de ces atomes et provoquer l’émission d’un autre photon identique. C’est ce qu’on appelle l’émission stimulée car le premier photon stimule l’électron qui émet le deuxième photon. Ce photon peut entraîner d’autres émissions stimulées ou faire partie du faisceau laser.
Pour produire un faisceau laser, il faut qu’un grand nombre de photons soient produits de cette manière, ce qui signifie qu’il faut donc un grand nombre d’émissions stimulées. Mais il est aussi possible qu’un photon se déplace dans le milieu actif sans interagir avec aucun électron. Dans ce cas, le photon ne provoque aucune émission stimulée. C’est là que la cavité résonnante entre en jeu.
Pour créer une cavité résonnante, il faut simplement placer deux miroirs, un de chaque côté du milieu actif. Si un photon traverse le milieu actif sans provoquer d’émission stimulée, il va atteindre le miroir situé à l’extrémité et il sera réfléchi. Le photon va donc passer à nouveau à travers le milieu actif et il va avoir une autre chance d’interagir avec un électron d’un atome. Lorsque le photon interagit enfin avec un électron, il va stimuler l’émission d’un autre photon, qui peut également être réfléchi jusqu’à ce qu’il provoque l’émission d’un autre photon.
Avec ce principe de réflexion de photons dans les deux sens à travers le milieu actif, on produit de plus en plus de photons, ce qui crée finalement un faisceau laser plus fort. Ce processus est appelé l’amplification.
Lorsqu’on crée une cavité résonnante, l’un des miroirs doit être un miroir parfait, ce qui signifie qu’il reflète tous les photons qui l’atteignent. Mais si les deux miroirs étaient totalement réfléchissants, aucun photon ne pourrait jamais quitter le milieu actif. Il ne serait donc jamais possible d’observer la lumière laser. Nous avons besoin que l’un des miroirs ne soit pas parfait, qu’il ne soit pas totalement réfléchissant. De cette manière, certains photons peuvent traverser le miroir qui est partiellement réfléchissant et quitter le milieu actif. Les photons qui peuvent traverser ce miroir sont ceux que nous observons dans le faisceau laser.
Nous pouvons maintenant répondre à cette question. Si nous regardons les propositions, nous pouvons voir que la proposition (C) correspond à ce que nous venons d’expliquer. Si les deux parois réfléchissantes sont parfaitement réfléchissantes, alors il ne peut pas y avoir d’émission de lumière cohérente, ce qui rend le laser plutôt inutile. Pour vérifier qu’il s’agit bien de la bonne réponse, voyons si nous pouvons écarter les autres propositions.
La proposition (A) ne convient pas, car la cavité résonnante est conçue pour qu’aucune interférence destructive ne puisse s’y produire. Nous pouvons donc écarter la proposition (A). La proposition (B) ne convient pas car l’énergie fournie au milieu actif provient normalement d’un générateur électrique, ce qui serait toujours possible même si les deux miroirs de la cavité résonnante étaient totalement réfléchissants. Nous pouvons donc écarter la proposition (B). Puisque nous avons écarté (A) et (B), nous pouvons également écarter la proposition (E), car nous savons que toutes les propositions ne sont pas correctes.
Enfin, regardons la proposition (D). La proposition (D) pourrait sembler correcte, car nous savons que les photons doivent être émis par le laser et que les photons sont associés à une énergie. Mais le but d’un laser n’est pas vraiment d’émettre de l’énergie. Les lasers sont utilisés spécifiquement pour produire de la lumière cohérente, comme mentionné dans la proposition (C). Donc, la proposition (D) n’est pas la meilleure réponse à cette question. Cela signifie que la bonne réponse à cette question est la proposition (C). La cavité résonnante ne peut pas émettre de lumière cohérente si les deux parois sont totalement réfléchissantes.
