Nos tutelles

CNRS

Rechercher




Accueil > LEL > Principe LEL

Principe LEL

par Clio - publié le

Un laser est un amplificateur d’ondes électromagnétiques. Le principe du laser à électrons libres (LEL) est différent de celui des lasers classiques.

Un laser à électrons libres est un type de laser qui fonctionne en utilisant des électrons qui ne sont pas liés à un atome, pour créer des photons, d’où l’adjectif « libres ». Ainsi, la lumière n’est pas produite par des atomes préalablement excités, mais par un rayonnement synchrotron produit par des électrons accélérés à une vitesse proche de celle de la lumière. Un faisceau d’électrons de haute énergie, provenant d’un accélérateur à électrons, est soumis à une force périodique transverse à sa direction de propagation. Cette perturbation périodique est réalisée par ce que l’on appelle un onduleur, assemblage successif d’aimants créant un champ magnétique transverse périodique permanent. Les électrons entrent en interaction avec le champ magnétique de l’onduleur et émettent spontanément des photons qui constituent un rayonnement synchrotron. Comme dans le schéma d’un laser conventionnel, cet onduleur est placé entre deux miroirs, parallèles qui réfléchissent le rayonnement émis par le faisceau d’électrons et l’amplifient à chaque aller-retour. La fréquence des ondes à laquelle il peut y avoir amplification ne dépend que de l’énergie des électrons et de la période de l’onduleur.

On peut comprendre son mécanisme comme résultant de la somme des ondes émises par l’ensemble des électrons : à chaque oscillation transverse dans l’onduleur, un électron émet du rayonnement dit « synchrotron » et, à la fin de son passage dans l’onduleur, il a émis un train d’onde. Si tous les électrons sont en phase, tous les trains d’onde émis le sont également. Ces derniers s’additionnent donc au lieu de tendre à se détruire lorsque des oscillations positives et négatives se trouvent au même endroit et le rayonnement devient cohérent, c’est-à-dire qu’il acquiert les caractéristiques de la lumière émise par les lasers.

Il suffit donc de régler la vitesse des électrons pour fournir une lumière de fréquence ajustée très finement sur une très large gamme. La puissance laser peut être également ajustée par le débit d’électrons jusqu’à des niveaux élevés. Il est également possible de disposer d’impulsions laser d’intervalle court et précis.

La lumière produite est à la fois cohérente, intense et peut avoir une longueur d’onde située dans une large gamme, depuis les rayons X durs jusqu’aux micro-ondes, en passant par l’ultra-violet, le domaine visible, l’infrarouge et le térahertz. Tout cela rend ce type de laser très polyvalent, et très utile dans les applications de recherche.