Transcription de la vidéo
Le milieu actif d’un laser contient des atomes dont les niveaux d’énergie correspondent à l’état fondamental, à l’état métastable et à l’état excité des électrons. Lorsque le milieu est en équilibre sans qu’aucune énergie ne lui soit fournie par une source externe, lequel de ces états aura la plus grande densité relative d’occupation des électrons ?
Ici, nous considérons ce qu’on appelle le milieu actif d’un laser. Celui-ci contient des atomes, nous dit-on, qui ont trois niveaux d’énergie distincts : l’état fondamental, l’état métastable et l’état excité des électrons. Ces niveaux d’énergie apparaîtront dans cet ordre, l’état fondamental en bas avec le niveau d’énergie le plus bas, puis l’état métastable au-dessus et l’état excité encore au-dessus. L’état fondamental, bien sûr, est toujours le niveau d’énergie le plus bas. Et cet atome dans le milieu actif contient un état excité au-dessus de l’état métastable afin de rendre réalisable ce qu’on appelle une inversion de population. Cela se produit quand il y a plus d’électrons dans un certain état que dans l’état fondamental.
En tant que condition de départ ou de base, nous pouvons imaginer que tous les électrons de notre atome sont à l’état fondamental. Il s’agit de l’état d’énergie le plus bas de l’ensemble du système et donc de celui vers lequel il tend naturellement. Si nous voulions utiliser notre milieu actif pour créer une lumière laser, nous enverrions des photons avec une fréquence particulière afin que, lors de leur absorption, ils excitent des électrons de l’état fondamental à l’état excité. Ces électrons excités se désexcitent alors assez rapidement vers l’état métastable où ils resteraient pendant un certain temps et cela permettra idéalement la formation d’une inversion de population.
Dans notre système cependant, on nous dit qu’aucune énergie ne lui est fournie par une source externe. Parce qu’il n’y a pas d’énergie externe fournie, il n’y a aucune raison pour qu’un de ces électrons à l’état fondamental quitte cet état. Nous pouvons donc nous attendre à ce que, sans fournir d’énergie d’une source externe, la densité relative des électrons à l’état fondamental soit supérieure à la densité relative des électrons dans tout autre état de l’atome. Nous voyons alors que pour que les lasers fonctionnent, une certaine énergie doit être fournie par une source externe.