Quelques dates

Voici les étapes scientifiques marquantes qui conduisirent à la découverte du laser :

• 1887 : Heinrich Hertz découvre accidentellement l'effet photoélectrique. Cet heureux effet du hasard permettra à Albert Einstein de mettre en place la notion de photons.

• 1901 : Le problème de la catastrophe ultraviolette (densité d'énergie divergente pour les hautes fréquences) est résolu par Planck grâce à une astucieuse hypothèse. Il supposa que l'énergie d'un mode de fréquence  n'était pas une variable aléatoire continue mais une variable aléatoire discrète prenant les valeurs . On peut d'ailleurs noter que les contemporains de Planck (à commencer par lui-même d'ailleurs) eurent beaucoup de mal à accepter cette idée de sauts d'énergie discrets. Cependant, l'accord remarquable entre cette théorie et l'expérience les força à y adhérer.

• 1905 : Einstein postule la quantification de l'énergie électromagnétique. Ainsi prend naissance le photon. Malheureusement, l'arrivée du photon ne permet pas de prendre en compte le rayonnement du corps noir (densité spectrale d'énergie électromagnétique émise par une enceinte fermée à la température T à l'équilibre thermique). Mais, dans le même temps, Born montre la quantification des niveaux d'énergie des électrons (1913). Einstein peut alors démontrer en 1917 la compatibilité entre l'existence du photon et le rayonnement du corps noir en mettant en place la notion d'émission stimulée.

• 1949 : Kastler et Brossel réalisent le premier pompage optique et la première inversion de population. Dès 1950 apparaissent alors les premières propositions de dispositifs MASER (Microwave Amplification by Stimulated Emission Radiation) capables d'amplifier une onde électromagnétique dans le domaine des micro-ondes (Weber, Townes et Basov).

• 1954 : Le premier MASER est construit (MASER à ammoniac dont la longueur d'onde est de 13 mm). Le confinement de l'onde électromagnétique est assuré dans les trois dimensions de l'espace via une "boîte" sur les parois de laquelle l'onde se réfléchi. On se situe cependant toujours dans le domaine des micro-ondes et non dans le domaine optique. En effet, dans la tête des scientifiques de l'époque, le laser optique était impossible à faire car les longueurs d'ondes optiques auraient nécessité des cavités beaucoup trop petites (des boites de dimension de l'ordre de la longueur d'onde soit quelques dizaines de µm au maximum !).

• 1958 : Schawlow et Townes proposent d'utiliser une cavité ouverte de type Fabry-Perot. L'idée est de réaliser un confinement du champ électromagnétique comparable à celui d'une boîte fermée mais avec une seule dimension de confinement : l'axe de propagation de la lumière dans la cavité. Ceci permet de sélectionner quelques ondes électromagnétiques seulement qui se partagent le gain du milieu amplificateur et donc d'accéder à des niveaux d'amplification très importants.

• le 16 mai 1960, Maiman réalise le premier effet LASER jamais obtenu dans le domaine optique. Le milieu amplificateur utilisé était un cristal de rubis, cristal le plus utilisé au début des lasers car il était très utilisé dans le domaine des MASERS et donc parfaitement connu sur le plan de la spectroscopie. La longueur d'onde optique obtenue était de 694,3 nm et ce laser fonctionnait en impulsions.

• 1961 : Javan, Bennet et Herriot réalisent un laser à gaz hélium-néon fonctionnant en continu à 1,15 µm. Le laser hélium-néon peut en effet émettre sur toute une gamme de longueur d'onde discrètes allant du vert à l'infrarouge en passant par l'orange et le rouge (633 nm bien connu).

• 1962 : Premier laser Hélium Néon rouge (633 nm)

• 1965 : Lasers à semi-conducteurs.

• 1966 : Lasers à colorants pulsés (rouge, orange, jaune).

• 1970 : Lasers à colorants continus (rouge, orange, jaune).

Depuis la réalisation du premier laser en 1961, de nombreux lasers ont été mis au point chaque année. La tendance actuelle dans la recherche va au développement de lasers tout solides (diodes lasers, solides cristallins ou amorphes dopés par des ions actifs, lasers à fibre optique) vers l'obtention d'impulsions de plus en plus courtes (la limite actuelle homologuée est de 4,5 fs soit 4,5 10-15 seconde) et vers des lasers de plus en plus puissants (des lasers émettant une dizaine de kilowatt sont maintenant monnaie courante).