Un faisceau concentré de lumière cohérente, utilisé ici pour détecter et amplifier les vibrations du nano-miroir.Un faisceau laser est un flux concentré de lumière dont les ondes sont cohérentes — c'est-à-dire qu'elles se déplacent en phase, avec la même fréquence et la même phase. Cette cohérence est ce qui rend la lumière laser si différente de la lumière ordinaire : elle peut rester étroite sur de longues distances, se focaliser en un point minuscule, et transporter de l'énergie ou de l'information avec une précision remarquable. Dans le contexte de la recherche décrite, le faisceau laser est utilisé pour détecter et amplifier les vibrations d'un nano-miroir, une structure réfléchissante minuscule qui se déplace de quantités infimes. En faisant rebondir la lumière sur le miroir et en mesurant les changements dans le faisceau réfléchi, les scientifiques peuvent détecter des vibrations bien plus petites que la longueur d'onde de la lumière visible.
Les bases théoriques du laser ont été posées par Albert Einstein en 1917 avec son concept d'émission stimulée, mais le premier laser fonctionnel a été construit par Theodore Maiman en 1960 aux laboratoires de recherche Hughes, en utilisant un cristal de rubis. Le terme « laser » (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) a été inventé plus tôt, en 1957, par Gordon Gould.
Un laser produit de la lumière par émission stimulée : des atomes ou des molécules sont excités vers un état d'énergie supérieur, puis un photon incident déclenche leur émission de photons identiques, créant une cascade de lumière cohérente. Le faisceau est mis en forme et dirigé par des miroirs et des lentilles. Lorsqu'il frappe un miroir en mouvement, la lumière réfléchie subit un décalage Doppler — sa fréquence change légèrement en fonction de la vitesse du miroir. En interférant le faisceau réfléchi avec un faisceau de référence (interférométrie), ces minuscules décalages de fréquence deviennent mesurables sous forme de variations d'intensité, révélant le mouvement du miroir. Cette technique, souvent appelée vibrométrie laser, peut détecter des déplacements de l'ordre du picomètre ou moins.
Les faisceaux lasers sont utilisés dans les systèmes lidar pour cartographier le terrain et détecter des particules atmosphériques, dans les lecteurs de disques optiques, dans les communications par fibre optique, et dans des outils de mesure de précision comme les interféromètres laser pour la détection d'ondes gravitationnelles.
Un faisceau laser peut être si concentré qu'il peut couper de l'acier, mais un laser de faible puissance est utilisé dans les lecteurs de codes-barres à chaque caisse de supermarché.
