Qu’est-ce que le laser à cascade quantique ?

Le laser à cascade quantique (LCQ) est un type de laser utilisé dans la spectroscopie infrarouge. Il a été développé dans les années 1990 par des scientifiques français et américains. Contrairement aux lasers conventionnels, le LCQ utilise des transitions électroniques entre des niveaux d’énergie quantifiés pour produire de la lumière. Cela permet de produire des longueurs d’onde spécifiques et de contrôler la largeur spectrale du faisceau laser.

Fonctionnement du laser à cascade quantique

Le LCQ utilise des couches de semi-conducteurs pour créer des transitions électroniques entre des niveaux d’énergie quantifiés. Les électrons sont excités à partir de leur état fondamental dans une couche de semi-conducteur et passent ensuite à travers un ensemble de couches de semi-conducteurs. À chaque couche, l’électron perd de l’énergie et émet un photon. Les photons émis dans la couche suivante créent une nouvelle transition électronique, produisant ainsi une cascade d’émissions lumineuses. Cela permet de produire des faisceaux laser dans des longueurs d’onde spécifiques.

Applications du laser à cascade quantique

Le LCQ est principalement utilisé dans la spectroscopie infrarouge, où il permet d’analyser les liaisons moléculaires dans les gaz et les solides. Grâce à sa capacité à produire des faisceaux laser dans des longueurs d’onde spécifiques, le LCQ peut être utilisé pour détecter des molécules spécifiques dans des échantillons. Les applications incluent la détection de gaz dans l’air, l’analyse de la composition chimique des matériaux et la détection de molécules organiques dans les tissus biologiques.

Exemple : utilisation du laser à cascade quantique dans la spectroscopie infrarouge

Le LCQ est souvent utilisé dans la spectroscopie infrarouge pour détecter des molécules spécifiques dans des échantillons. Par exemple, il peut être utilisé pour détecter des gaz tels que le CO2, le CO, le CH4 et le N2O dans l’air. La spectroscopie infrarouge basée sur le LCQ a également été utilisée pour analyser la composition chimique des matériaux tels que les polymères, les céramiques et les métaux. En outre, le LCQ peut être utilisé pour détecter des molécules organiques dans les tissus biologiques, ce qui peut aider à identifier des pathologies telles que le cancer.