Les technologies laser Flashcards
(96 cards)
1
Q
Quels sont les événements clés ayant précédé l’invention du laser?
A
2
Q
Que s’est-il passé après l’invention du premier laser en 1960?
A
3
Q
Qu’est-ce qu’un laser?
En quoi sa lumière est-elle particulière comparée à une lampe classique?
A
- Un laser est une source de lumière particulière, différente des lampes classiques.
- Il émet une lumière monochromatique (d’une seule longueur d’onde, ex.: 632,8 nm), cohérente, directionnelle et avec un spectre très étroit
- À l’inverse, une lampe (à incandescence, LED…) émet une lumière polychromatique, diffuse, avec un spectre large.
4
Q
Quelles sont les propriétés fondamentales de la lumière laser et les principaux paramètres qui la caractérisent?
A
5
Q
Dans quelle partie du spectre électromagnétique se situe la longueur d’onde des lasers optiques ?
A
6
Q
Quelles sont les principales grandeurs physiques associées à la lumière laser?
Comment sont-elles reliées entre elles?
A
7
Q
Quels sont les paramètres utilisés pour quantifier la “couleur” d’un laser et comment varient-ils selon les disciplines scientifiques?
A
8
Q
Quels sont les principaux paramètres photométriques permettant de décrire la lumière, et quelles sont leurs unités?
A
9
Q
Pourquoi les unités photométriques comme le candela ou le lumen sont-elles peu pertinentes pour les lasers, et à quoi correspondent-elles ?
A
Les unités photométriques (candela, lumen, lux, nit) mesurent la lumière perçue par l’œil humain, et leur valeur dépend du spectre émis, en particulier de la sensibilité de l’œil (pic à 555 nm).
Elles sont utiles en éclairage,mais peu adaptées aux lasers, qui émettent souvent hors du pic de sensibilité visuelle.
10
Q
Qu’est-ce que le waist d’un faisceau laser?
A
11
Q
Qu’est-ce que la divergence?
A
12
Q
C’est quoi la longueur de Rayleigh? (notée Zr )
A
13
Q
Qu’est-ce que la zone d’intensité maximale d’un faisceau laser et comment varie-t-elle avec le waist?
A
14
Q
Comment l’ouverture numérique (ON) d’un objectif influence-t-elle la focalisation d’un faisceau laser?
A
15
Q
Comment quantifie-t-on la qualité d’un faisceau laser imparfait et quel est l’impact sur la focalisation ?
A
16
Q
Quels sont les fondements physiques du mécanisme laser et que se passe-t-il lors de l’interaction lumière/matière?
A
17
Q
Quels sont les 3 types d’interactions lumière-matière fondamentales pour le fonctionnement du laser?
Quelle condition est nécessaire pour l’effet laser?
A
18
Q
- Pourquoi le pompage est-il nécessaire dans un laser, et quelles sont les méthodes de pompage possibles?
A
19
Q
Quelle est la différence entre un laser HeNe et un tube fluorescent au néon, bien qu’ils utilisent le même gaz (Ne) et la même source d’énergie (électrique)?
A
20
Q
Quel est le rôle de la cavité dans un laser, et comment est-elle constituée?
A
21
Q
Quelles sont les caractéristiques et le fonctionnement des lasers à gaz (argon)?
A
22
Q
Quelles sont les caractéristiques et le fonctionnement des lasers à excimère?
A
23
Q
Donnez la définition d’un excimère
de l’anglais excimer, contraction de “excited dimer”
A
24
Q
Quelles sont les caractéristiques principales du laser à gaz CO₂ et quel est son avantage en dermatologie?
A
25
Comment fonctionne une diode laser avec du pompage électrique, en termes simples ?
26
Comment fonctionne une **diode laser**, et de quoi dépend la **couleur de la lumière émise?**
27
Quelles sont les **différences entre le pompage par lampe flash et le pompage par diode laser?**
28
Quelles sont les caractéristiques du **laser solide à alexandrite?**
29
Quelles sont les caractéristiques principales du **laser à solide Nd:YAG?**
30
Quelles sont les caractéristiques et le fonctionnement d’un laser à solide Nd:YAG (Nd³⁺:Y₃Al₅O₁₂)?
31
Comment obtient-on **un faisceau vert avec un laser Nd:YAG** et quelles sont ses applications médicales ?
32
Quels sont les **avantages des lasers à fibre optique** et quels **dopants** sont couramment utilisés?
33
Quelles sont les caractéristiques d’un **laser à fibre optique de puissance avec fibre à double cœur?**
34
Quelles sont les **caractéristiques principales des lasers à colorant**, leur fonctionnement et **leur inconvénient majeur**?
35
Quels sont les **avantages et inconvénients** des différents types de lasers **(gaz, diodes, fibres, cristaux)?**
36
Quels sont les **principaux types d’applications médicales des lasers**, et à quoi servent-ils selon la réponse biologique ciblée?
37
Quelle est **la différence entre réponse optique et réponse thermique** dans le contexte des lasers médicaux?
🔹 **Réponse optique**
➡️ **But**: interagir avec la lumière **sans chauffer ou brûler le tissu**
➡️ **Effet**: la lumière du laser est utilisée **pour stimuler, activer ou visualiser** sans provoquer de dommage thermique
🔸 **Réponse thermique / ablation**
➡️ **But**: utiliser la chaleur du laser pour modifier ou retirer du tissu
➡️ **Effet**: le laser chauffe le tissu jusqu’à l’**évaporation (ablation) ou la coagulation**
38
Quels sont les **effets thermiques croissants liés à la puissance** d’un laser sur les tissus biologiques?
39
Qu’est-ce que la **fenêtre thérapeutique** en laser biomédical et à quoi correspond-elle?
40
Quelles **longueurs d’onde de laser** sont utilisées en biomédecine et que ciblent-elles?
41
Quelles sont les **limites des diodes lasers** malgré leur large couverture spectrale?
42
Quels types de lasers sont utilisés pour les **traitements thermiques de la peau**, et quelles sont leurs spécificités d’action?
43
Quels lasers sont adaptés aux **traitements des dents et des os**, et pourquoi?
44
Quel type de laser est utilisé pour le **traitement de la cornée**, et pourquoi est-il adapté?
Le **laser excimer ArF à 193 nm** est utilisé pour une **ablation précise de la cornée (PTK, LASIK)**
Il est particulièrement adapté car sa **longueur d’onde** est **fortement absorbée par les protéines**, ce qui permet un **traitement de surface précis** sans diffusion thermique dans les tissus profonds.
👉 **Traitement ciblé**, idéal pour la **photokératectomie thérapeutique (PTK)**
45
Quels lasers sont utilisés pour la **dépigmentation**, et pourquoi?
46
Quels lasers sont utilisés pour traiter les **lésions vasculaires**, et pourquoi sont-ils efficaces?
* Les lasers utilisés pour traiter les lésions vasculaires sont le **laser Argon (528 nm)** et le **Nd:YAG doublé (532 nm)**
* Ils sont efficaces car leur longueur d’onde est **fortement absorbée par l’hémoglobine (Hb et HbO₂), tout en évitant l’absorption par l’eau**
* Cela permet une **photocoagulation sélective des vaisseaux sanguins** (tels que télangiectasies, rosacée, angiomes) sans endommager les tissus environnants
47
Quels lasers utilise-t-on pour l’**épilation et le détatouage**?
48
Quels sont les **principaux paramètres des lasers pulsés (en régime impulsionnel)?**
* **Longueur d’onde** (nm)
* **Puissance moyenne** (W)
* **Durée de l’impulsion** (s)
* **Énergie** (W/m²)
* **Puissance crête** ou intensité crête (W ou W/m²)
* **Cadence** (Hz)
* **Largeur spectrale** (nm)
49
Quelle est la différence entre la **longueur d'onde et la largeur spectrale?**
50
Quels sont les **ordres de grandeur des durées courtes** utilisées en laser?
51
Quels sont les **ordres de grandeur des durées longues?**
52
Quels **types d’effets** peuvent être obtenus **selon la durée d’impulsion** d’un laser pulsé en biomédical?
* **ms–ns**: effets thermiques diffus (chauffage profond)
* **ns–ps**: effets thermiques localisés (épilation, photocoagulation)
* **ps–fs**: effets athermiques (ablation plasma, photo-disruption, optique non-linéaire)
Règle : **plus l’impulsion est brève, plus l’effet est localisé et précis**
53
Quelles techniques sont utilisées pour **générer des impulsions laser** aux différentes échelles de temps?
54
Qu’est-ce que la **modulation de la pompe** et pourquoi est-elle utilisée en technologie laser?
55
Qu’est-ce qu’un **laser à oscillations de relaxation (“spiking laser”)** et comment produit-il une seule impulsion utile?
56
Qu’est-ce que la **modulation des pertes (Q-switch)** dans un laser?
C’est une technique où l’**on bloque temporairement la cavité pour accumuler de l’énergie** (inversion de population)
=>puis on **relâche soudainement** cette énergie
=>créant une **impulsion très courte et puissante**
57
Comment fonctionne le Q-switch dans un laser?
1. **On bloque les pertes → l’énergie s’accumule**
2. **On libère la cavité → une impulsion laser très brève est émise avec toute l’énergie stockée**
58
Quels sont les **paramètres typiques d’un laser Q-switched?**
* Énergie : μJ – mJ (jusqu’à J)
* Durée : impulsion de l’ordre de la nanoseconde (ns)
* Puissance crête : très élevée (kW – MW)
59
D'où vient le terme Q-switched?
60
Qu’est-ce qu’un laser Q-switch et quelles sont ses caractéristiques?
61
Quelles sont les caractéristiques des **lasers à impulsions longues** utilisés pour la peau?
62
C’est quoi le **verrouillage des modes en phase (modelocking)?**
63
Pourquoi a-t-on besoin d’un **milieu laser avec une grande largeur spectrale** pour faire des **impulsions très courtes**?
64
**Quel laser** permet d’avoir les **impulsions les plus courtes?**
Le **laser titane-saphir (Ti:Al₂O₃)**, car il émet sur une **large plage (~400 nm)**
👉 Record : impulsion de 4,5 femtosecondes
65
Un spectre large suffit-il pour faire des impulsions?
Non ! Il faut aussi que les ondes (modes) soient **synchronisées (mises en phase)**
➡️ Cela permet de former une impulsion unique bien nette, au lieu d’une onde continue.
66
Pourquoi **verrouiller les modes en phase** dans un laser?
* Quand les modes sont **en phase**, **ils s’additionnent** et **créent une grosse impulsion courte**
* Quand ils sont pas **en phase**, ça fait juste **du bruit, sans vraie impulsion**
67
Pourquoi a-t-on besoin d’un **spectre large pour faire des impulsions très courtes?**
Plus le spectre est **large** (c’est-à-dire plus il y a de **fréquences différentes**), plus on peut faire une **impulsion courte** dans le temps.
C’est un peu comme avoir plein de notes différentes (fréquences) qui jouent ensemble en rythme (en phase) pour faire un **battement net et bref.**
68
Quel est le **lien entre spectre et durée d’impulsion?**
Un **spectre large** (plein de fréquences) = **durée courte**.
C’est comme une règle mathématique :
**Plus tu veux une impulsion courte, plus tu dois avoir de fréquences différentes**
69
Quelles sont les **différences entre les cristaux pour les lasers femtosecondes** (fs)?
70
Jusqu’où peut-on aller avec l’intensité des lasers?
**Que permet une intensité très élevée?**
71
Qu’est-ce que le **micro-usinage athermique** avec des **impulsions femtoseconde (fs)?**
72
Quelle est la **différence entre usinage avec impulsions longues (ns) et courtes (fs)?**
73
Pourquoi les **impulsions courtes permettent-elles un usinage “sans chaleur”?**
74
Quels sont les **avantages des lasers à impulsions courtes** dans le domaine médical et scientifique?
Les **lasers à impulsions courtes** permettent:
🔹 d’**atteindre de très grandes puissances crêtes**
🔹 de faire de la **dépigmentation avec des effets thermiques**
🔹 de **réaliser des chirurgies précises** (avec ou sans chaleur)
🔹 d’exploiter des effets optiques non-linéaires
🔹 et de **faire de l’imagerie** comme la microscopie non-invasive ou résolue dans le temps.
75
Dans quels matériaux observe-t-on les **effets non linéaires d’ordre 2?**
Dans des **cristaux spéciaux dits non-linéaires**, qui ne sont pas symétriques (**non-centrosymétriques**)
76
Quel est l’ **intérêt principal des effets non linéaires d’ordre 2**?
Ils permettent de **changer la fréquence de la lumière**, par exemple créer une lumière de couleur différente à partir d’un laser
77
Donne quelques **exemples** de **cristaux non linéaires**
* **KTP**, KTA, RTP, KDP, LBO, BBO, LN
* KNbO₃, ZGP, AgGaS₂, AgGaSe₂, ppKTP, ppLN…
78
Qu’est-ce que la **génération de seconde harmonique (SHG)?**
C’est lorsqu’un cristal transforme une lumière de fréquence ω en une **lumière de fréquence 2ω** (**deux fois plus rapide**, donc plus bleue).
79
Que se passe-t-il lors de la somme de fréquences?
**2 faisceaux de lumière avec des fréquences différentes (ω₁ et ω₂) entrent dans le cristal**
et on obtient une **nouvelle lumière avec une fréquence ω₁ + ω₂**
80
Quelles sont les **harmoniques classiques générées avec les cristaux non linéaires?**
* SHG (x2) → fréquence doublée (ex : 1064 nm → 532 nm)
* THG (x3) → fréquence triplée (ex : 1064 nm → 355 nm)
* FHG (x4) → fréquence quadruplée (ex : 1064 nm → 266 nm)
81
Qu’est-ce qu’un **laser KTP** et comment fonctionne-t-il?
82
Qu’est-ce que l’**amplification paramétrique optique (OPA)?**
C’est un phénomène où **un photon est converti en deux photons d’énergie plus faible (conservation de l’énergie : ωp = ωs + ωc)**
Cela **permet d’accéder à des longueurs d’onde plus grandes**
Le processus dépend du cristal utilisé et de son orientation
Phénomènes associés : OPA, OPO, OPG, DFG
83
Où apparaissent les **effets non linéaires d’ordre 3** et quelles sont leurs applications?
Ils apparaissent dans des **matériaux centrosymétriques** (comme **le verre**).
Applications :
* **Génération de nouvelles fréquences via l’effet Raman (SRS)**
* Compression d’impulsions, par exemple :
* Automodulation de phase (SPM)
* Compression femtoseconde
84
Qu’est-ce que l’**effet Raman**?
Lors de l’effet Raman, une raie de lumière **à fréquence plus basse** que la lumière initiale est générée.
* Exemple : création d’une **raie Stokes**
* Il existe aussi une raie plus rare appelée **anti-Stokes** (à fréquence plus élevée).
* Cet effet peut se **répéter en cascade** pour générer plusieurs couleurs.
85
Qu’est-ce que la **microscopie de fluorescence linéaire?**
C’est une **technique** qui utilise un **microscope confocal** et des **molécules fluorescentes (fluorophores)** **pour observer des cellules ou tissus**
86
À quoi sert le microscope confocal?
Il permet de voir clairement une fine couche d’un échantillon en bloquant la lumière hors focus grâce à un petit trou (diaphragme)
87
Qu’est-ce qu’un **fluorophore**?
C’est une **molécule qui brille quand on l’éclaire avec un laser**
88
Qu’est-ce que le **FLIM**?
C’est une **méthode qui mesure combien de temps le fluorophore reste fluorescent**,
ce qui donne des infos sur l’environnement des cellules
89
Qu’est-ce que la microscopie non-linéaire?
C’est une technique avancée qui utilise des effets optiques spéciaux pour voir en profondeur et avec moins de dégâts.
90
Pourquoi la microscopie confocale peut avoir un **problème de résolution axiale**?
Parce qu’**elle a du mal à distinguer des objets placés à différentes profondeurs (en hauteur)**
91
Que décrit le diagramme de Jablonski?
Le diagramme de Jablonski montre **comment une molécule absorbe de l’énergie (absorption)**, relâche cette énergie sans lumière (relaxation non radiative), ou émet de la lumière :
* rapidement : **fluorescence**
* plus lentement après un changement d’état : **phosphorescence**
92
Qu’est-ce que l’**imagerie non-linéaire** et pourquoi a-t-elle besoin de fortes intensités?
* L’imagerie non-linéaire repose sur des processus comme l’**absorption à 2 ou 3 photons (2PA, 3PA)**, la **génération d’harmoniques (SHG, THG)**, ou l’**effet Raman (CARS)**
* Ces effets n’apparaissent que si l’intensité lumineuse est très forte, ce qu’on obtient avec des impulsions brèves et puissantes (femtosecondes)
Avantage : **le signal est généré uniquement au point focal → image très localisée et moins de dommages hors focus**
93
Que signifie 2PA ou 2PEF en microscopie non-linéaire?
2PA = absorption à deux photons.
2PEF = fluorescence excitée par deux photons.
**Deux photons de faible énergie (par ex. infrarouges) arrivent en même temps et excitent la molécule comme un seul photon UV.**
C’est utile pour explorer plus en profondeur les tissus avec moins de diffusion.
94
Quels types de **dommages oculaires** un laser peut-il provoquer?
Un laser peut causer des **lésions graves à la rétine, même par simple réflexion**
Cela peut entraîner une **brûlure visible du fond d’œil**, une **perte de vision centrale** et des altérations de la structure rétinienne observables en imagerie OCT
Ces blessures peuvent être provoquées par un **laser femtoseconde**
95
Quel est le **principe de la microscopie STED** pour obtenir une super résolution?
La microscopie STED (Stimulated Emission Depletion) utilise deux lasers:
1. Un **laser d’excitation pour activer la fluorescence**
2. Un **laser STED en forme de “donut” pour désactiver la fluorescence en périphérie**
Résultat : **seule une toute petite zone au centre reste fluorescente** → on obtient une image plus précise qu’en microscopie confocale classique.
96
Pourquoi la **microscopie STED** permet-elle de voir **des détails plus fins** que la limite de diffraction classique?
Grâce au laser STED qui “éteint” la fluorescence autour du point d’excitation, on réduit artificiellement la taille du point lumineux observé
Cela permet de dépasser la limite de résolution classique (~200 nm) et d’atteindre des tailles beaucoup plus petites (<< 200 nm)
