Etude d'une diode
laser. Concours audioprothésiste
Rennes 2014
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Calculer la fréquence de la lumière émise par la diode laser, et préciser à quel domaine elle appartient.
l = 870 nm ; f = c / l = 3,00 108 /(870 10-9) =3,45 1014 Hz.
Cette fréquence appartient au proche infrarouge.
Calculer l'énergie d'un photon composant la lumière émise en joule et en électronvolt.
E = h f = 6,63 10-34 *3,45 1014 =2,29 10-19 J
ou 2,29 10-19 /(1,60 10-19) = 1,43 eV.
Donner selon vous le semi-conducteur utilisé dans la diode laser.
Calculer le nombre de photons émis par seconde de fonctionnement.
Puissance de sortie 10 mW = 1,0 10-3 W ou J s-1.
Nombre de photons : 1,0 10-3 /(2,29 10-19) =4,4 1015.
Résumer en quelques mots ou avec un schéma le principe de l'émission stimulée.
L’émission stimulée d’un atome ou
d’une molécule donne un nouveau photon qui a
exactement les mêmes fréquence, phase et
direction que le photon incident ; dans un laser, cela se
fait sur un très grand nombre d’atomes ou
molécules identiques. Un laser émet une onde
lumineuse intense dont la direction, la fréquence et
la phase sont très bien déterminées. (
lumière cohérente).
Quel moyen permet l'inversion de population (aussi appelé pompage) pour la diode laser étudiée ?
Le processus de pompage est du au passage d'un courant électrique.
La zone active est une cavité résonante, ce qui permet de multiples allers-retours des photons émis.
Quel phénomène physique est responsable de la divergence du faisceau lumineux ?
Il s'agit du phénomène de diffraction à la sortie du semi-conducteur.
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Quel dispositif peut-on utiliser à la sortie du semi-conducteur pour rendre le faisceau peu divergent ?
On utilise une lentille convergente.
En utilisant la valeur de la divergence du faisceau, calculer le diamètre de la tache obtenue à 10 m de distance du pointeur.
La divergence est de 0,05 °.
tan 0,05 = rayon de la tache obtenue / distance ;
Diamètre de la tache = 2 fois distance fois tan 0,05 =20*tan 0,05 = 8,7 10-3 m.
Quelle caractéristique du rayonnement laser est ici mis en évidence ?
Le faisceau laser est très directif.
Citer une autre propriété de la lumière laser.
La puissance par unité de surface est très grande.
La lumière laser est quasi-monochromatique.
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