Géochronologie U-Pb par ablation laser et ICP-MS (LA-ICP-MS ...

Géochronologie U-Pb par ablation laser et ICP-MS (LA-ICP-MS): Principes, Complexités & Perspectives
4.2. les différents types de laser
Un laser désigne donc tout dispositif permettant l'amplification de la lumière. Il
existe plusieurs types de laser: les plus courants sont les lasers solides (de type
Nd:YAG ou Yttrium-Aluminum-Garnet) et les lasers à gaz (de type laser à
excimères). Un laser est toujours constitué de deux organes essentiels: un
amplificateur (gazeux ou solide) et un résonateur optique. L'ensemble est capable de
produire une onde monochromatique, cohérente, monodirectionelle et (presque)
parallèle. Le laser disponible à Géosciences Montpellier est un laser à excimères
CompEx 102 de Lambda Physik opérant dans l'ultra-violet profond à 193 nm. Il
permet d'atteindre une énergie de 200 mJ et une densité d'énergie maximale sur
l'échantillon de 35 J/cm 2 . Le terme Excimer provient de la contraction de "EXCIted
diMER" ou dimère excité. Il s'agit de la combinaison d'un gaz rare (Ar, Xe ou Kr) et
d'un gaz réactif (F ou Cl). Les gaz rares sont fortement inertes d'un point de vue
chimique et, généralement ils ne forment pas de molécules ou de composés
chimiques. Cependant, dans un état excité, ils peuvent former des liaisons
temporaires entre eux (dimères) ou avec d'autres éléments comme les halogènes
(complexes). La création d'un grand nombre de molécules diatomiques, par
décharge électrique dans le milieu gazeux permet d'obtenir une radiation laser entre
l'état excité et l'état stable. Ceci n'est possible que parce que l'état excité est
associatif alors que l'état de base est dissociatif. Les principaux types de dimères et
leurs caractéristiques (ainsi que celles d'autres types de laser) sont résumés dans le
tableau ci-dessous (Tableau 1).
(nm) Laser Milieu actif Energie
(mJ)
Impulsion
(ns)
Energie
des
photons
10 600 CO 2 Gaz 100 - 2000
1064 Nd:YAG Solide 100 - 2000 3
694 Rubis Solide 100 - 2000 1.78 eV
532 Nd:YAG Solide 20 - 300 3
355 Nd:YAG Solide 10 - 200 3
308 XeCl Gaz (Excimer) 20 - 200 15
266 Nd:YAG Solide 1 - 100 3 4.66 eV
248 KrF Gaz (Excimer) 20 - 200 15
213 Nd:YAG Solide 0.1 - 20 3 5.83 eV
193 ArF Gaz (Excimer) 20 - 200 15 6.40 eV
157 F 2 Gaz (Excimer) 10 - 100 15 7.90 eV
Tableau 1: Caractéristiques des principaux types de laser les plus fréquemment utilisés dans le domaine des
Géosciences. La longueur d'onde des lasers Excimer dépend de la nature du gaz utilisé dans la cavité. Pour les
lasers solides de type Nd:YAG, la longueur d'onde fondamentale (1064 nm) est doublée (532 nm), triplée (355
nm), quadruplée (266 nm) ou quintuplée (213 nm).
On pourra noter en particulier que les lasers excimers permettent d'obtenir des
longueurs d'onde de plus en plus courtes en fonction du type de gaz utilisé et ce,
sans perte d'énergie (max. 200 mJ), alors que pour les lasers solides de type
Nd:YAG, la réduction de la longueur d'onde (obtenue par des générateurs
d'harmonique) s'accompagne également d'une réduction drastique de l'énergie (max.
2000 mJ à 1064 nm et 20 mJ à 213 nm).
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