La lumière en cinq points
De l’onde au laser, quelques notions essentielles pour comprendre la nature de ce phénomène physique.
1. C’est une onde électromagnétique
Une onde électromagnétique est une vibration des champs électrique et magnétique qui se déplace, dans le vide, à la vitesse de 299 792 458 mètres par seconde. Si l’on mesure la distance séparant deux maximums successifs de cette onde, on obtient la longueur d’onde.
2. Elle n’est pas forcément visible
On a l’habitude de classer les rayonnements électromagnétiques en fonction de leur longueur d’onde, ce qui constitue le « spectre » électromagnétique. La lumière visible, ou blanche, n’est qu’une petite partie de ce spectre. Elle peut se décomposer à l’aide d’un prisme. Chaque couleur a une longueur d’onde bien définie, de 400 nanomètres pour le bleu-violet à 750 nanomètres pour le rouge. À la place de la longueur d’onde, on utilise souvent la fréquence de la lumière, qui correspond au nombre d’oscillations de l’onde par seconde ou son énergie.
3. Elle peut être polarisée
La polarisation décrit la direction dans laquelle le champ électrique vibre au cours de la propagation de l’onde. Cette direction est, dans le cas général, perpendiculaire à la direction de propagation. La lumière qui nous provient du Soleil n’a pas de direction de vibration précise : elle est dite « non polarisée ». En revanche, les réflexions de cette lumière sur l’eau ou le bitume donnent une lumière polarisée selon une direction fixe : elle est dite « rectiligne ».
4. Photons et matière interagissent
La lumière est aussi composée de particules, les photons. Ils peuvent être créés ou absorbés par la matière. Celle-ci est constituée d’atomes dont les électrons sont répartis sur des niveaux aux énergies différentes. Quand un électron excité, c’est-à-dire d’énergie élevée, « retombe » dans un niveau d’énergie inférieur, l’énergie perdue est émise sous la forme d’un photon. L’énergie du photon est proportionnelle à la fréquence de la lumière.
5. Le laser émet des photons de manière ordonnée
Le laser est une source de lumière particulière. Alors qu’une lampe classique produit de la lumière dans toutes les directions et dans une gamme assez large de longueurs d’onde, le laser produit un faisceau dans une direction donnée et ses photons ont la même longueur d’onde.