Lasers - production et applications

Conclusion Générale

Pour conclure, et après tout ce que nous avons vu, le développement du laser par les scientifiques est toujours en cours, la question est : quelle puissance les lasers pourraient-ils avoir? Le laser le plus puissant construit était de l'ordre de 25 PW (2.5x10¹⁶ W), mais le problème ici est qu'il y a une limite, appelée la limite de Schwinger, un champ critique dans l'électrodynamique quantique. La limite est typiquement rapportée comme un champ électrique ou magnétique maximum avant la non-linéarité de vide, à l'ordre de E r' 1.32 x 10¹⁸V/m et B r' 4.41 x 10⁹T.

À la limite de Schwinger, le champ électrique est suffisamment fort pour séparer les paires électron-positron qui sont créées spontanément par les fluctuations quantiques du vide. La conversion d'électrons et de positrons virtuels en électrons et positrons réels absorbe l'énergie du champ, ce qui rend difficile toute augmentation supplémentaire de ce dernier. La limite devrait être atteinte à une intensité laser critique d'environ 10²⁹ W.cm^-2. Mais il a été suggéré récemment que les effets de collision survenant au point focal d'un ou de plusieurs faisceaux laser pourraient conduire à la production de paires à des intensités inférieures de deux ordres de grandeur à la limite de Schwinger. S'appuient sur cette suggestion pour examiner ce qui se passe immédiatement après la création d'une paire.

Ils soulignent que les électrons et les positrons ne sont pas seulement créés par le champ laser, mais qu'ils sont rapidement accélérés à des vitesses relativistes extrêmes par celui-ci. Leur collision inévitable avec les photons du champ entraîne l'émission de particules gamma d'une énergie suffisante pour se désintégrer en d'autres paires électron-positron et en d'autres particules exotiques de haute énergie. Cela conduit à une cascade électrodynamique quantique similaire aux processus d'avalanche qui limitent les intensités laser supportées par les diélectriques classiques.

Les calculs des auteurs suggèrent que cette rupture du vide pourrait devenir un problème à des intensités laser focalisées d'environ 10²⁶ W.cm^-2 - bien en dessous de la limite de Schwinger, et juste quelques ordres de grandeur au-dessus des intensités qui devraient être atteintes par plusieurs installations laser actuellement en construction.

Est-il vraiment possible de fabriquer un laser dépassant la limite de Schwinger? Nous attendons qu'un futur prix Nobel réponde à cette question.

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Bibliographie

[1] J. Badziak. Laser nuclear fusion : Current status, challenges and prospect. Bulletin of the Polish Academy of Sciences, 60(4) :1, 2012.

[2] S. Blin. Composants optoélectroniques - Lasers. UMR CNRS, 2010.

[3] J. Cornillaut. Compagnie industrielle des lasers (cilas). < https://dossier.
univ-st-etienne.fr/ltsi/www/slaser/PFfemto/principe/Cestquoi2.htm/>, 2022. [En Ligne; accédé 30-Mars-2022].

[4] J. Derouard. Physique Atomique et Moléculaire, Spectroscopie. Université Joseph Fourier, 2006.

[5] R. Diehl. High-Power Diode Lasers Fundamentals, Technology, Applications. Springer, 2000.

[6] M. Premasundaran et A.L. Dawar. Lasers : Basic characterstics. < https://www. worldoflasers.com/laserproperties.htm/>, 2011. [En Ligne; accédé 23-Avril-2022].

[7] F.Bretenaker et C. Drag. Cours de Physique des Lasers. Laboratoire Aimé Cotton, CNRS, 2008.

[8] A. Aspect; G. Grynberg et C. Fabre. Optique quantique : Lasers (Tome I et II). PHY551A, 2006.

[9] F. Balembois et S. Forget. Le laser : Fondamentaux. < http://www.optique-ingenieur. org/fr/cours/OPI_fr_M01_C01/co/Contenu_08.html/>, 2007. [En Ligne; accédé 03-Avril-2022].

[10] D. Hennequin et V. Zehnlé et D. Dangoisse. Les lasers, Cours et exercices corrigés. Dunod, Paris, 2013.

[11] E. Gerstner. Lasing at the limit. Nature Phys, 6(638), 2010.

[12] J. Jolly. Étude et réalisation d'un laser à argon ionisé stabilisé par des parois à haute température. Revue de Physique Appliquée, Société française de physique, 12(4) :2, 1973.

[13] H. Najib. Cours de Physique Atomique. FSK UIT, 2013.

[14] K.L. Renk. Basics of Laser Physics. Springer, 2017.

[15] A. Rüdiger. Gravitational Wave Detection by Laser Interferometry on Earth. Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, Teilinstitut Hannover, 23(2) :3, 2003.

[16] D. Zoubeida. Cours et Travaux dirigés de Physique des lasers. FS Bizerte, University of Carthage, 2010.

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