Lumière-Matière

Interaction Lumière Matière. Laser

Description : Ce cours présente les concepts fondamentaux de l’interaction lumière–matière en s’appuyant sur le formalisme semi-classique, dans lequel la structure électronique et la dynamique de la matière sont décrites par la mécanique quantique, tandis que le champ de rayonnement électromagnétique est traité de manière classique. Le cadre théorique nécessaire à la compréhension des processus d’absorption, d’émission spontanée et d’émission stimulée est développé, avec une attention particulière portée à leur interprétation physique et à leur description quantitative. Ces mécanismes sont introduits à partir de modèles atomiques simples et constituent la base de l’analyse des transitions optiques et des échanges d’énergie entre la lumière et la matière.

À partir de ces interactions fondamentales, le cours examine les principes de fonctionnement des lasers (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Les éléments clés des systèmes laser sont présentés, notamment l’inversion de population, le gain optique et les cavités résonantes. Les principaux régimes dynamiques de fonctionnement des lasers sont analysés, allant de l’émission continue aux différents régimes impulsionnels. Enfin, plusieurs applications des lasers sont abordées, avec un accent particulier sur les applications en physique atomique, telles que la manipulation du mouvement des atomes par laser, le refroidissement laser et les techniques de piégeage.

Bibliographie :

  • Ref. [1] : B.E.A. Saleh, M.C. Teich, Fundamental of Photonics, Wiley (2007)
  • Ref. [2] : M. Sargent, M.O. Scully, W.E. Lamb, Laser Physics, CRC Press (2019)
  • Ref. [3] : C. Cohen-Tannoudji, J. Dupont-Roc, G. Grynberg, Processus d interaction entre photons et atomes, EDP Science CNRS Edition (2001)

Acquis d’apprentissage : AA1 : Compréhension des probabilités de transition et de l’interaction atome-rayonnement – AA2 : Connaissance approfondie des principes et des propriétés de base des lasers – AA3 : Maîtrise des éléments d’optique statistique et de leur application à la cohérence et à la largeur de raie laser – AA4 : Identification et analyse des différentes applications des lasers dans divers domaines scientifiques et technologiques

Modalités d’évaluation : Examen écrit, 1h30

Compétences évaluées :

  • Conception Génie Physique
  • Modélisation Physique

Responsable de cours : Damien Rontani

Identifiant Geode : SPM-PHY-012

CM :

  1. A compléter (12.0 h)
  2. Séminaire Industriel (1.5 h)

TD :

  1. A compléter (3.0 h)

TP :

  1. A compléter (3.0 h)