LP37 : absorption et émission de la lumière

Interaction lumière-matière à l’échelle quantique

Les différents processus [1]

Absorption, émission spontanée, émission stimulée. Schéma des niveaux quantiques.

Phases, polarisation, direction, largeur de la raie. Pas de dégénérescence.

Équations d’Einstein [1]

Bilan des trois processus. Parler d’unités. Ordres de grandeur.

Relations entre les coefficients [1]

Eq. thermique, Maxwell-Boltzmann sur les populations. Donné la loi de Planck, on obtient une relation entre A10 et B10 et B01. Transfert de puissance de l’atome vers le champ P < 0 tant que N1 < N0. Comment avoir N0 > N1 pour former un laser ?

Lasers (Masers 1654, Lasers 1956)

Pompage optique [1]

Système à 3 niveaux, éq diff sur les populations (couplées), écrire N1 = a N0, a > 1, bingo.

Cavité Fabry-Perrot [1]

Schéma, intérêt graphe de transmittance. Avoir en tête le système à 4 niveaux du He-Ne, BUP Les différents lasers, tout un horizon

Attention, il faut dire que tous les processus (en réalité) ne sont pas radiatifs. On peut absorber un photon et libérer cette énergie par émission d’un phonon.
On peut montrer l’expérience de la résonance de lampes à sodium.
On peut montrer l’absorption d’une solution de KMNO4 (mais il faut réfléchir à ce qu’on en dit, car ici, c’est plutôt une bande d’absorption moléculaire et la réémission est probablement non radiative).
Quand on parle de pertes de puissance dans le cas de l’absorption, on parle de pertes dans la direction du rayon incident.
À partir de $\dd N = 0$ on peut retrouver la loi de Planck (ou quelque chose de proche, avec des coefficients en termes de A10, etc.).
La densité spectrale du rayonnement dont on parle n’est pas toujours celle du corps noir. C’est le cas quand le rayonnement est à l’équilibre thermique.
Même pour le maser inversion de population.