Le mot LASER signifie « Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation » (amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement). Le tout premier laser a été construit en 1960 par Theodore H. Maiman, un ingénieur et physicien américain qui a reçu de nombreuses récompenses pour son invention. Cependant, c'est Elias Snitzer qui, en 1961, a présenté le premier fiber optique et fiber . Depuis lors, la technologie fiber n'a cessé d'évoluer pour englober une multitude d'utilisations dans de nombreux domaines, notamment l'industrie, la médecine et les télécommunications.
Tout d'abord, les diodes laser d'une source d'alimentation transforment l'électricité en photons. Elles créent donc essentiellement de la lumière qui est ensuite injectée dans un câble fiber.
Mais si elle n'est pas contrôlée par un mécanisme spécifique, la lumière se propagera dans toutes les directions, alors que nous avons vu à quel point un faisceau laser est étroit et concentré. Nous y reviendrons, mais nous devons d'abord comprendre comment la lumière se propage dans un câble fiber .
Le cœur est le conduit par lequel la lumière se propage. Il est composé de verre de silice et recouvert d'éléments de terres rares (dans ce cas, l'ytterbium) et présente un indice de réfraction élevé.
Le revêtement est la couche entourant le cœur et présentant un faible indice de réfraction.
Le revêtement est une couche de plastique plus épaisse qui agit comme un tampon pour absorber les chocs et empêcher le noyau de se déformer.
Lorsque vous pensez à la réfraction, vous visualisez généralement la lumière pénétrant dans le verre ou l'eau depuis l'air et changeant d'angle. Cela se produit parce que le verre et l'eau sont tous deux plus denses que l'air et ont des indices de réfraction plus élevés, de sorte que la lumière se déplace plus lentement lorsqu'elle les traverse. Ce changement de vitesse est à l'origine du changement d'angle. Lorsque la lumière sort du milieu plus dense et retourne dans l'air, elle gagne en vitesse et l'angle revient à son degré d'origine, comme le montre l'image :
Alors, quel est le rapport entre la réfraction et notre câble fiber ? Nous ne voulons pas que la lumière traverse la gaine et sorte à un angle différent. Nous voulons la garder à l'intérieur du cœur.
C'est ici que nous entrons un peu dans le domaine de la physique. Selon la loi de la réfraction (loi de Snell), il existe ce qu'on appelle « l'angle critique ». L'angle critique est le plus grand angle d'incidence pour lequel la réfraction peut encore se produire dans un milieu particulier. Ainsi, la lumière ne se réfractera que tant que l'angle d'incidence (l'angle auquel la lumière frappe le revêtement) sera inférieur à l'angle critique.
Si l'angle d'incidence dépasse l'angle critique, le rayon lumineux se courbera tellement qu'un phénomène appelé « réflexion interne totale » se produira. La réflexion interne totale signifie que la lumière rebondit dans le premier milieu (le cœur), ce qui est exactement ce dont nous avons besoin. L'image 4 du schéma ci-dessous illustre la réflexion interne totale :
Sans la gaine, la lumière se propagerait dans toutes les directions et sortirait du cœur. Grâce à l'indice de réfraction faible de la gaine, à l'indice de réfraction élevé du cœur et à la finesse du câble, la lumière frappe la gaine à un angle supérieur à l'angle critique et rebondit à plusieurs reprises, ce qui lui permet de se propager à travers la fiber optique.
Pour générer ce faisceau ultra-focalisé qui fait la renommée des lasers, il faut une lentille de collimation. La collimation est le processus qui consiste à aligner la lumière de manière à ce que ses rayons soient parallèles et aient une dispersion minimale. En fonction de la lentille, le faisceau collimaté peut être calibré à un diamètre spécifique et focalisé sur un point précis. Ce faisceau ultra-focalisé sort ensuite de la fiber l'air libre et entre en contact avec la tôle, qu'il découpe avec une précision exceptionnelle.
Chaque type de fiber génère un faisceau d'une seule longueur d'onde particulière, en fonction de l'élément dopant du cœur. C'est pourquoi la lumière laser visible est monochromatique et peut être bleue, verte ou rouge. Cependant, fiber dopés à l'ytterbium, tels que ceux utilisés pour la découpe des métaux, génèrent une longueur d'onde comprise entre 1 000 et 1 100 nanomètres, ce qui les rend proches de l'infrarouge et donc invisibles à l'œil nu. Ainsi, lors de la découpe d'un métal avec un fiber , la seule lumière visible à l'œil nu est celle des étincelles créées par le laser au contact du métal.
