Comment fabriquer un laser

Le mot « laser » est en fait l'acronyme de light amplification by stimulated emission of radiation, en français « amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement ». Le premier laser a été développé en 1960 dans les laboratoires Hughes Research en Californie en utilisant un cylindre de rubis recouvert d'argent qui faisait office de résonateur [1] . À l'heure actuelle, les lasers sont utilisés à de nombreuses fins, par exemple pour faire des mesures ou lire des données encodées, et il existe plusieurs façons de fabriquer son propre laser, selon vos compétences et votre budget.

Partie 1
Partie 1 sur 2:
Comment fonctionne un laser

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    Procurez-vous une source d'énergie. Le laser est le résultat d'une stimulation d'électrons qui émettent de la lumière sur une certaine onde. Ce procédé a été décrit pour la première fois par Albert Einstein en 1917 [2] . Pour que les électrons émettent de la lumière, ils doivent tout d'abord absorber suffisamment d'énergie pour les mettre sur une orbite plus haute, là où ils déchargeront cette énergie pour revenir à leur orbite d'origine. Ces sources d'énergie sont appelées des « pompes ».
    • Les lasers de petit format, comme ceux utilisés pour lire les CD et les DVD, ainsi que les pointeurs laser, utilisent des circuits électroniques pour fournir de l'électricité à des diodes qui vont vous servir de pompes.
    • Les lasers au dioxyde de carbone utilisent des décharges électriques pour exciter les électrons.
    • Les lasers à excimères tirent leur énergie de réactions chimiques [3] .
    • Les lasers construits autour de cristaux ou de verre utilisent des sources lumineuses puissantes, tels un arc ou une torche électrique [4] .
  2. Image intitulée Make a Laser Step 2
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    Faites passer l'énergie à travers un milieu amplificateur. Un milieu amplificateur sert à amplifier la puissance de la lumière fournie par les électrons stimulés [5] . Le milieu amplificateur peut être fabriqué à partir des éléments suivants.
    • Des semi-conducteurs fabriqués avec de l'arséniure de gallium, de l'arséniure de gallium aluminium ou de l'arséniure d'indium aluminium.
    • Des cristaux comme le cylindre de rubis utilisé pour le laser des laboratoires Hughes Research. On peut aussi utiliser du saphir et du grenat ou des fibres de verre optiques. Ces verres et cristaux sont au préalable traités avec des ions provenant de métaux rares.
    • Des céramiques, qui ont aussi été traitées avec des ions de métaux rares.
    • Des liquides, le plus souvent des colorants, un laser a même été fabriqué en utilisant du gin-tonic en tant que milieu amplificateur. On a même pu utiliser de la gélatine alimentaire en tant que milieu amplificateur [6] .
    • Des gaz, tels le dioxyde de carbone, l'azote, les vapeurs de mercure ou un mélange de néon et d'hélium [7] .
    • Des réactions chimiques.
    • Des faisceaux d'électrons.
    • Des matériaux nucléaires. Un laser à base d'uranium a été produit pour la première fois en novembre 1960, seulement six mois après le premier laser fabriqué avec un cylindre de rubis [8] .
  3. Image intitulée Make a Laser Step 3
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    Mettez en place des miroirs pour contenir la lumière. Ces miroirs, que l'on appelle résonateurs, gardent la lumière à l'intérieur de la chambre du laser jusqu'à ce qu'elle atteigne la puissance désirée avant d'être relâchée, que ce soit à travers une petite ouverture dans l'un de ces miroirs ou à travers une lentille [9] .
    • L'agencement de résonateurs le plus simple, le résonateur linéaire, est mis en place à l'aide de deux miroirs disposés chacun sur le côté opposé de la chambre du laser. Ce type de laser ne produit qu'une seule sortie.
    • Le résonateur en anneau, un type plus compliqué d'agencement de résonateurs, nécessite trois miroirs ou plus. Il pourra créer un seul faisceau, en utilisant un isolateur optique ou plusieurs faisceaux.
  4. Image intitulée Make a Laser Step 4
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    Utilisez une lentille convergente pour diriger la lumière au travers du milieu amplificateur. En plus des miroirs, la lentille aidera à concentrer et à diriger la lumière pour que le milieu amplificateur en reçoive le plus possible.
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Partie 2
Partie 2 sur 2:
Fabriquer un laser

Acheter un kit pour monter un laser

  1. Image intitulée Make a Laser Step 5
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    Renseignez-vous pour pouvoir trouver un vendeur. Vous pouvez vous rendre dans un magasin d'électronique ou faire des recherches en ligne en tapant « kit laser », « module laser » ou bien « diode laser ». Vous devriez trouver les objets suivants dans une boite de laser en kit.
    • Une carte de contrôle (elle peut être parfois vendue séparément). Procurez-vous une carte de contrôle qui vous permet d'ajuster le courant électrique.
    • Une diode laser.
    • Une lentille ajustable faite de plastique ou de verre. En règle générale, la diode et la lentille sont emballées ensemble dans un petit tube (ces composants peuvent parfois être vendus à part sans la carte de contrôle).
  2. Image intitulée Make a Laser Step 6
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    Montez la carte de contrôle. Vous devrez assembler la carte de contrôle pour la plupart des lasers en kit. Ces kits contiennent une carte et ses composants qu'il vous faudra souder dessus en suivant le schéma qui sera fourni. Vous trouverez la carte de contrôle toute prête dans d'autres kits.
    • Vous pouvez aussi fabriquer votre propre carte de contrôle si vous avez les compétences en électronique nécessaires à cette tâche. Vous pouvez par exemple prendre modèle sur la carte de contrôle LM317 pour fabriquer votre propre carte. Assurez-vous d'utiliser un circuit RC pour protéger la source de lumière d'éventuels pics électriques [10] .
    • Une fois que vous avez assemblé la carte de contrôle, vous pouvez la tester en la branchant sur une diode électroluminescente (DEL). Si la DEL ne s'allume pas immédiatement, ajustez le potentiomètre. Si cela ne résout toujours pas le problème, revérifiez la carte pour vous assurer d'avoir correctement connecté les composants.
  3. Image intitulée Make a Laser Step 7
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    Connectez la carte de contrôle à la diode. Si vous avez un multimètre digital, vous pouvez le connecter à la carte pour vérifier l'intensité de courant que la diode reçoit. La plupart des diodes fonctionnent bien avec des intensités de courant comprises entre 30 et 250 milliampères (mA), tout en sachant qu'une intensité de 100 à 150 mA sera suffisante pour alimenter le faisceau.
    • Bien qu'une intensité plus élevée produira un faisceau plus puissant, l'intensité additionnelle de courant qui traverse la diode raccourcira sa durée de vie.
  4. Image intitulée Make a Laser Step 8
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    Connectez la source électrique (la batterie) à la carte de contrôle. La diode devrait se mettre à briller intensément.
  5. Image intitulée Make a Laser Step 9
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    Réglez la lentille pour créer le faisceau lumineux du laser. Si vous pointez le laser vers un mur, ajustez la lentille jusqu'à ce que vous voyez un joli point net se former.
    • Une fois que vous avez réglé le faisceau, mettez une allumette à travers le faisceau et réglez la lentille jusqu'à ce que l'allumette fasse de la fumée. Vous pouvez aussi essayer de faire éclater des ballons ou de percer une feuille de papier.
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Construire un laser avec une diode de récupération

  1. Image intitulée Make a Laser Step 10
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    Procurez-vous un vieil enregistreur DVD ou Blu-Ray. Essayez d'en trouver un avec une vitesse d'écriture de 16X ou plus. Ce genre d'équipement possède des diodes qui fournissent une puissance de 150 milliwatts (mW) ou plus.
    • Un enregistreur DVD possède une diode rouge d'une longueur d'onde de 650 nanomètres (nm).
    • Un enregistreur Blu-Ray possède une diode bleue d'une longueur d'onde de 405 nm.
    • L'enregistreur DVD que vous allez récupérer doit pouvoir encore copier des DVD, même si cela ne marche pas à tous les coups (en d'autres termes, la diode doit être en état de marche).
    • N'utilisez pas de lecteur DVD, lecteur CD ou enregistreur de CD à l'enregistreur de DVD. Un lecteur DVD possède aussi une diode rouge, qui n'est cependant pas aussi puissante que celle de l'enregistreur DVD. La diode de l'enregistreur de CD est suffisamment puissante, mais elle émet de la lumière infrarouge, ce qui produira un faisceau que vous ne pourrez pas voir.
  2. Image intitulée Make a Laser Step 11
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    Démontez la diode. Retournez la carte. Vous y verrez quatre vis ou plus qu'il vous faudra démonter pour pouvoir séparer la carte et y récupérer la diode.
    • Une fois que vous avez démonté la carte, vous y verrez une paire de rails métalliques maintenus en place par des vis. Elles solidarisent les éléments entre eux. Lorsque vous démontez les rails, vous pouvez les retirer, puis retirez le laser.
    • La diode aura une taille inférieure à une pièce d'un centime. Elle possède trois broches en métal et il se pourrait qu'elle soit encastrée dans un support en métal, recouvert ou non d'un verre transparent qui la protège ou alors elle sera montée sans aucune forme de protection.
    • Vous devez retirer la diode du reste des composants. Il vous sera peut-être plus facile de retirer le radiateur avant de retirer la diode. Si vous possédez un bracelet antistatique, portez-le pendant que vous démontez la diode.
    • Manipulez la diode avec précaution et avec encore plus de précautions si la diode n'était pas protégée. Vous devriez conserver la diode dans un récipient antistatique jusqu'à ce que vous vouliez vous en servir pour votre laser.
  3. Image intitulée Make a Laser Step 12
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    Procurez-vous une lentille convergente. Il vous faudra concentrer le faisceau de la diode au travers d'une lentille convergente pour obtenir votre laser. Il existe plusieurs façons d'y arriver.
    • Servez-vous d'une loupe. Il vous faudra déplacer la loupe en face du faisceau pour trouver sa position idéale pour produire un laser et il vous faudra recommencer chaque fois.
    • Procurez-vous un kit d'assemblage avec une lentille dans un tube et une diode basse consommation (par exemple 5 mW) et remplacez la diode de votre enregistreur de DVD par celle-ci.
  4. Image intitulée Make a Laser Step 13
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    Procurez-vous une carte de contrôle ou montez-en-une.
  5. Image intitulée Make a Laser Step 14
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    Connectez la diode à la carte de contrôle. Connectez la broche positive au bord positif de la carte de contrôle et la broche négative au bord négatif. Vous remarquerez que les broches se trouvent à des endroits différents sur la diode selon que vous ayez choisi un enregistreur DVD à diode rouge ou un enregistreur Blu-Ray à diode bleue.
    • Tenez la diode avec les broches en face de vous, puis tournez-les pour que les broches forment un triangle qui pointe vers la droite. Sur les deux types de diodes, la broche positive se trouvera sur le dessus.
    • Si vous avez une diode d'enregistreur DVD rouge, la broche la plus au centre, qui forme le sommet du triangle, est la broche négative.
    • La broche du bas est la broche négative sur une diode d'enregistreur Blu-Ray.
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    Connectez la source électrique à la carte de contrôle.
  7. Image intitulée Make a Laser Step 16
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    Réglez la lentille pour ajuster le faisceau du laser.
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Conseils

  • Plus le faisceau est fin et concentré, plus le laser sera puissant, mais il ne sera efficace que sur la distance à laquelle vous le concentrez. Si vous concentrez le faisceau sur une distance d'un mètre, il ne sera efficace que sur un mètre. Lorsque vous n'utilisez pas votre laser, réglez la lentille pour obtenir un faisceau de la taille d'une balle de pingpong.
  • Vous pourriez conserver le laser que vous venez de monter dans une sorte d'étui afin de le protéger, par exemple dans une torche électrique ou une boite à piles, selon la taille de votre carte de contrôle.
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Avertissements

  • Portez en permanence des lunettes de protection indiquées pour la longueur d'onde que vous allez produire (dans le cas présent, la longueur d'onde de la diode du laser). Les lunettes de protection pour laser possèdent une couleur complémentaire à la couleur du faisceau, elles sont vertes pour des lasers rouges de 650 nm, rouge orangé pour un laser bleu de 405 nm. Ne les remplacez pas par un masque à soudure, des lunettes fumées ou des lunettes de soleil.
  • Ne dirigez pas le faisceau du laser vers vos yeux ou les yeux d'une autre personne. Les lasers de classe IIIb, ceux décrits dans cet article, peuvent abimer les yeux, même en portant des lunettes spécialement conçues. Il est aussi interdit de pointer ce genre de laser vers quelqu'un d'autre.
  • Ne dirigez pas le laser vers une surface réfléchissante. Un laser est un faisceau de lumière qui peut être réfléchi comme tout autre type de lumière, avec des conséquences beaucoup plus importantes.
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Éléments nécessaires

  • Un laser en kit ou une carte de contrôle séparée et un kit comprenant une lentille dans un tube et une diode
  • Un enregistreur DVD ou Blu-Ray (facultatif)
  • Un fer à souder (si vous assemblez vous-même votre carte de contrôle)
  • Du fil à souder (si vous assemblez vous-même votre carte de contrôle)
  • Un tournevis (si vous démontez un enregistreur DVD)
  • Des pinces ou une pince à épiler (si vous démontez un enregistreur DVD)
  • Un interrupteur (facultatif)
  • Une bobine de fil (pour connecter la diode à la carte de contrôle et la carte de contrôle à la source électrique)
  • Des piles (il vous faut au moins 6 volts au total)

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Références

  1. ↑ http://www.photonics.com/Article.aspx?AID=42279
  2. ↑ http://www.photonics.com/Article.aspx?AID=42279
  3. ↑ http://en.wikipedia.org/wiki/Laser_construction
  4. ↑ http://en.wikipedia.org/wiki/Laser_construction
  5. ↑ http://www.rp-photonics.com/gain_media.html
  6. ↑ http://www.popularmechanics.com/science/energy/next-generation/how-to-make-a-laser-from-a-gin-and-tonic
  7. ↑ http://florin.myip.org/blog/how-build-small-laser-can-burn-things
  8. ↑ http://www.photonics.com/Article.aspx?AID=42279
  9. ↑ http://www.rp-photonics.com/laser_resonators.html
  1. ↑ http://florin.myip.org/blog/how-build-small-laser-can-burn-things

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Catégories: Science et technologie
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