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P hysics in Canada L a Physique au C anada Vol. 60 No. 1 January / February 2004 janvier / février 2004 EBE o« DUV (e qj EBE ο» DUV (e qj etchng w Group Delay Ripple 20 - 30 ps Amplitude Ripple 1 dB Frequency (GHz) Plus : Editorial - Extreme Physics / La physique extrême On the Under-representation of Women in the Fields of Physics and Astronomy, by M. Gonzalez and D. Schönwetter A Decade of Success in Physics Distance Education at Athabasca University, Canadian Publications Product Sales Agreement No. 40036324 / Numéro de convention pour les envois de publications canadiennes : 40036324 by M. Connors Si siijstrate 45 channels 100 GHz channel spacing 20 frequency ka'2 x vector Riilnun

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  • Physics in Canada La Ph y s iq u e a u Ca n a d a

    Vol. 60 No. 1January / February 2004

    janvier / février 2004

    EBE o« DUV (e qjEBE ο» DUV (e qj

    etchng

    w Group Delay Ripple 20 - 30 ps

    Amplitude Ripple 1 dB

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    Plus :Editorial - Extreme Physics / La physique extrêmeOn the Under-representation of Women in the Fields of Physics and Astronomy, by M. Gonzalez and D. Schönwetter A Decade of Success in Physics Distance Education at Athabasca University,

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  • Table of Contents / Ta b l e d e s m a t iè r e sEditorial : Extreme Physics: The Frontier of our Discipline?, by J.S.C. McKee, PPhys., Ed itor.............................................. 2Éditorial : La physique extrême : frontière de notre discipline?, par J.S.C. McKee, phys., rédacteur..................................... 3

    In Memoriam : Bertram Neville Brockhouse................................................................................................................. 5Archibald Cameron Hollis Hallett......................................................................................................... 6

    feature articles / a r t ic l e s d e f o n dLa Petite Histoire du laser TEA CO2, by J. Beaulieu........................................................................................... 13

    Recent Advances in Fiber Bragg Grating Technology Enable Cost-Effective Fabrication ofHigh-Performance Optical Components, by M. G uy............................................................................... 17

    Optics in Agrifood Applications, by M. Vernon, J. Fréchette, W. Long, and N. Renaud....................................... 25Photonic Crystals, by B. Bourliaguet, C. Paré, S. Ilias.......................................................................................... 35

    PHYSICS AND EDUCATION / LA PHYSIQUE ET L’EDUCATIONOn the Under-Representation of Women in the Fields of Physics and Astronomy,

    by M. Gonzalez and D. Schönwetter................................................................................................................ 43

    A Decade of Success in Physics Distance Education at Athabasca University, by M. Connors............... 49

    DEPARTMENTS / RUBRIQUESLetters / Communications.............................................................................................................................................. 4

    Professional Certification /Certification professionnelle...................................................................................................................................... 6

    Congratulations / Félicitations....................................................................................................................................... 7

    CAP Office / Bureau de l ’ACP........................................................................................................................................ 8

    2004 CAP Congress / Congrès de l ’ACP 2004............................................................................................................ 11

    Institutional, Sustaining and Corporate Members /Membres institutionnel, de soutien et corporatifs....... 34

    PhD Degrees in Physics Awarded at Canadian Universities in 2003 / Doctorats décernés en physique dans les universités canadiennes, 2003 55

    Books Received / Book ReviewsLivres reçus / Critiques de livres................................. 58

    Employment Opportunities / Postes d’emplois................. 59

    Advertising Rates and Specifications (effective January 2004) can be found on the PiC website (www.cap.ca - PiC online).Les tarifs publicitaires et dimensions (en vigueur dès janvier 2004) se trouvent sur le site internet de La Physique au Canada (www.cap.ca - PiC Électronique).

    fr o n t c o v e r / couverture avant

    A selection of figures from the feature articles by J. Beaulieu, M. Guy,M. Vernon et al., and B. Bourliaguet et al.

    Une sélection de figures tirées des articles de fond de J.Beaulieu, M. Guy,M. Vernon et al., et B. Bourliaguet et al.

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  • Editorial

    PHYSICS IN CANADALA PHYSIQUE AU CANADAThe Journal of the Canadian Association of Physicists

    La revue de l'Association canadienne des physiciens et physiciennes

    ISSN 0031-9147

    EDITORIAL BOARD / COMITÉ DE RÉDACTIONE ditor/ R édacteur en ch e f J.S.C. (Jasper) McKee, P.Phys.Accelerator Centre, Physics Department University of Manitoba Winnipeg, Manitoba R3T 2N2 (204) 474-9874; Fax: (204) 47Φ7622 e-mail: [email protected]

    Associate Editor / Rédactrice associée Managing / AdministrationFrancine M. Fordc/o CAP/ACP

    Honorary Associate Editor / Rédacteur associé honoraireBéla Joós, P.Phys.Physics Department, University of ottawa 150 Louis Pasteur Avenue ottawa, ontario K1N 6N5 (613) 562-5800x6755; Fax:(613) 562-5190 e-mail: [email protected]

    Book Review Editor / Rédactrice à la critique de livresErin Hailsc/o CAP / ACPSuite.Bur. 112, Imm. McDonald Bldg., Univ. of / d' Ottawa, 150 Louis Pasteur, Ottawa, Ontario K1N 6N5 (403) 912-0037; Fax (403) 912-0083e-mail: [email protected] or [email protected]

    Advertising Manager / Directeur de la publicitéMichael Steinitz, P. Phys.Department of Physics St. Francis Xavier University, P.O. Box 5000 Antigonish, Nova Scotia B2G 2W5 (902) 867-3909; Fax: (902) 867-2414 e-mail: [email protected]

    Recording Secretary / Secrétaire d’assembléeRod H. Packwood, P. Phys.Metals Technology Laboratories E-M-R, 568 Booth Street Ottawa, Ontario K1A 0G1 (613) 992-2288; Fax: (613) 992-8735 e-mail: [email protected]

    René Roy, phys.Département de physique, Université Laval Cité Universitaire, Québec G1K 7P4 (418) 656-2655; Fax: (418) 656-2040 e-mail: [email protected]

    David J. Lockwood, P. Phys.Institute for Microstructural Sciences National Research Council (M-36)Montreal Rd., Ottawa, Ontario K1A 0R6 (613) 993-9614; Fax: (613) 993-6486 e-mail: [email protected]

    Henry P. SchreimerSchool of Information Technology and Engineering University of Ottawa, 800 King Edward Ave., Room 3-034 Ottawa, Ontario K1N 6N5 (613) 562-5800 x2203 ; Fax: (613) 562-5664 e-mail: [email protected]

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    Advertising, Subscriptions, Change of Address/Publicité, abonnement, changement d’adresse:

    Canadian Association of Physicists /Association canadienne des physiciens et physiciennes, Suite/Bureau 112, Imm. McDonald Bldg., Univ. of/d' Ottawa,150 Louis Pasteur, Ottawa, Ontario K1N 6N5 Phone/ Tél: (613) 562-5614; Fax/Téléc. : (613) 562-5615 e-mail/courriel : [email protected] Website/Internet : http://www.cap.ca

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    -- E D I T O R I A L / É D I T O R I A L -

    Ex tr e m e Ph y s ic s : The Fr o n tie r o f o u r Dis c ip l in e?

    La p h y s iq u e e x t r ê m e : f r o n t iè r e d e n o t r eDISCIPLINE?

    Scientists have it within them to know what a future directed society feels like, fo r science itself, in its human aspect, is ju st like that.

    - [Lord] Charles Percy Snow 1905-1980

    Like many readers of this journal, your Editor, who takes a lively interest in all athletic pursuits, has recently suffered from exposure to an increasing number of television and radio programs advertising extreme sports. Much as 'extra strength' drugs have largely replaced the normal or common varieties, so the exhilaration of 'living on the edge' seems to have overtaken all forms of previously satisfying physical activity. My alarm at this development became acute when a program was aired on local radio recently promoting the little known, at least to me, 'sport' of 'extreme ice fishing'.

    Now, for those of you who are neophytes in the angling world, it should be explained that 'normal' ice fishing involves the purchase of an auger [~$500 Canadian], a tent or hut [~$100 Canadian], a rod and line, some disgusting bait, and apparently, a case of beer as a form of twenty-four hour solace. All that is expected of the fisher is a lot of patience, warm clothing, and a comfortable chair or stool will not hurt either! What then is 'extreme' ice fishing you ask? Well, believe it or not, this involves catching a fish at either the earliest possible moment [i.e. the ice is just forming on lake or river], or at the latest possible moment [i.e. the ice is melting and cracking, and your tent and equipment are about to meet a watery end, as you will if you overstay your welcome]. Now, why anyone would wish to participate in this life- threatening inactivity is a mystery to me; but let that pass!

    I did, however, begin to wonder whether physics, in any sense, might also be considered an 'extreme' sport or discipline, and whether practising physicists ever felt themselves going above and beyond normal experience and logical behaviour. So, as we enter a new year with its hopes and possibilities, it seemed appropriate to look for existing examples of extreme physics; and what follows is the result of some preliminary research into the matter.

    Firstly, Dr. Marc Garneau, in his public lecture to the CAP Congress in Prince Edward Island, discussed the challenge of 'studying the infinite with finite resources' as astronomers and astrophysicists purport to

    The contents of this journal, including the views expressed above, do not necessarily represent the views or policies of the Canadian Association of Physicists.Le contenu de cette revue, ainsi que les opinions exprimées ci-dessus, ne représentent pas nécessairement les opinions et les politiques de l'Association canadienne des physiciens et des physiciennes.

    2 Physics in Canada, Vol. 60, No. 1 January / February 2004

    mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]://www.cap.cahttp://WWW.CAP.CA

  • Éditorial

    do. And, on a similar theme, Dr. David Southwood, from the European Space Agency, talked about the 'grandness' of space science and the double focus of looking outwards to the limits of measurement and observation and backwards to whence our galaxy, our planet and ourselves originally came. But perhaps these examples are more about extremes of philosophy rather than physics in the laboratory. Are there not some everyday examples of extreme physics that we can already comprehend? I believe the answer is yes! We need look no further than the 'extreme optics' practised by many of our colleagues as the year 2004 begins. The discovery that ultra cold atoms can bring light to a complete standstill should soon revolutionise the optical communications industry. The creation of lasers that can emit pulses short enough to control the motion of electrons inside atoms will launch the era of attophysics. The discovery of materials that bend light in the 'wrong' direction is opening applications in a variety of fields including data storage and medicine. And finally, the discovery that the resolution of optical instruments is not limited by the wavelength of light, and that the diffraction limit can in fact be beaten, seems so bizarre as to be hard to comprehend. Are all these not examples of extreme physics in one small section of our field? i would suggest that extreme physics is both alive and well, and that the optics are good.

    in 2004 physicists are neither skating nor fishing on thin ice. The foundations of the discipline are firm, and the boundaries expanding day by day. Good luck to you all.

    Jasper McKee, P.Phys.Editor, Physics in Canada

    The comments of readers on this Editorial are more than welcome.

    La p h y s iq u e e x t r ê m e :FRONTIÈRE DE NOTRE DISCIPLINE?

    Les scientifiques savent ce que serait une société axée vers l'avenir, car la science en soi, dans son aspect humain, s'y prête.

    [Lord] Charles Percy Snow 1905-1980

    Comme nombre de lecteurs de cette revue, votre rédacteur, intéressé par toute activité athlétique, a souffert dernièrement d'exposition à un nombre grandissant d'émissions de télévision faisant la promotion de sports extrêmes. Tout comme les médicaments "extra

    forts" ont remplacé la plupart des formules régulières, l'euphorie que provoque l'attrait du danger semble avoir pris d'assaut toutes les formes d'activités physiques autrefois gratifiantes. Je me suis réellement alarmé de ce développement lorsqu'une émission-radio locale a fait la promotion dernièrement du sport peu connu, de moi du moins, de "pêche blanche extrême".

    Pour ceux d'entre vous qui ne sont pas adeptes de la pêche à la ligne, je devrais vous expliquer que la pêche blanche dite "normale" consiste à se procurer une tarière (environ 500 $CAN), une tente ou un abri [environ 100 $CAN], une canne à pêche et une ligne, de l'appât quelconque et, soi-disant, une caisse de bière qui servira, au besoin, de prix de consolation. Tout ce que le pêcheur doit fournir, c'est beaucoup de patience et des vêtements chauds, bien qu'une bonne chaise ou un tabouret confortable ne fassent pas de mal! En quoi peut bien consister la pêche blanche "extrême" vous demandez-vous? Eh bien, croyez-le ou non, il s'agit d'attraper un poisson le plus tôt possible [c.-à-d. lorsque la glace commence à peine à se former sur un lac ou une rivière] ou le plus tard possible [c.-à-d. lorsque la glace fond et craque, et que votre tente et votre équipement s'apprêtent à se retrouver à l'eau, tout comme vous si vous prolongiez votre séjour]. Pourquoi quiconque voudrait mettre sa vie en danger en participant à cette activité est un mystère pour moi, mais passons!

    Toutefois, j'ai commencé à me demander si la physique pouvait être considérée, d'une certaine manière, comme un sport ou une discipline "extrême" et si les physiciens professionnels sentaient parfois qu'ils allaient au-delà de l'expérience normale ou du comportement logique. Alors, en ce début de nouvel an rempli d'espoir et de possibilités, il m'a semblé approprié de chercher des exemples réels de physique extrême et ce qui suit est le fruit de recherches préliminaires en la matière.

    Pour commencer, Marc Garneau, lors de son allocution au Congrès de l'ACP à l'Île-du-Prince-Édouard, a parlé du défi que doivent affronter les astronomes et les astrophysiciens afin d'"étudier l'infini avec des ressources infinitisémales". Abordant un thème similaire, David Southwood, de l'Agence spatiale européenne, a parlé du caractère 'grandiose' des sciences spatiales et de la double tâche d'aller de l'avant vers les limites des mesures et de l'observation, tout en regardant vers l'arrière pour connaître l'origine de notre galaxie, notre planète, ainsi que la nôtre. Mais ces exemples portent peut-être davantage sur des extrêmes philosophiques, plutôt que sur la physique en laboratoire. Existe-t-il des exemples de tous les jours de physique extrême que nous pouvons déjà comprendre? Je crois que oui! Nous n'avons qu'à penser à "l'optique

    La Physique au Canada, Vol. 60, No. 1 janvier / février 2004 3

  • Editorial / Letters

    extrême" pratiquée par plusieurs de nos collègues en 2004. La découverte selon laquelle les atomes ultra- froids peuvent complètement immobiliser la lumière devrait bientôt révolutionner l'industrie des communications optiques. La création de lasers qui peuvent émettre des impulsions assez courtes pour contrôler le déplacement des électrons à l'intérieur d'atomes lancera l'ère de l'attophysique. La découverte de matériaux qui plient la lumière dans la "mauvaise" direction ouvre les portes pour d'autres applications dans divers domaines, dont le stockage de données et la médecine. Et finalement, les découvertes voulant que la résolution des appareils optiques ne soit pas limitée par la longueur d'onde de la lumière et que la limite de diffraction puisse en fait être surpassée semblent si bizarres qu'elles sont difficiles à comprendre. Ces exemples ne sont-ils pas tous de la physique extrême dans un petit segment de notre domaine? Je

    me permets donc de constater que la physique extrême est belle et bien en vie et que l'optique en fait partie.

    En 2004, les physiciens ne naviguent pas sur des eaux dangereuses et n'y pêchent pas. Les fondements de la discipline sont solides et les frontières évoluent de jour en jour. Bonne chance à vous tous.

    Jasper McKee, phys.Rédacteur en chef, La Physique au Canada

    Nous accueillons les commentaires de nos lecteurs au sujet de cet éditorial.

    NOTE: Le genre masculin n'a été utilisé que pour alléger le texte.

    Le tte r s / Co m m u n ic a t io n s

    2003 No vem ber /Decem ber PiCDear Dr. GauthierWhen I arrived at McGill in 1952, Dr. A.I. McPherson was a tenured Associate Professor in the Physics Department. That implies that she had been an Associate Professor for at least 5 years, and Assistant Professor for a number of years before that. In her will she left a very generous legacy to McGill, which shows that she was not unhappy about her treatment by the department.I was therefore surprised to read in your CONCLUSION, which followed a section headed "1931 TO 1970" that: "From the beginning of the century women were on staff at the Department of Physics, but none of them was in a tenure-track position."Going back to the beginning of your article, I realized that you had given detailed information about women on staff up to 1930, but after that, there is no mention of them except to say that Dr.A.V.Douglas resigned in 1940. All the rest of your article is about students.To avoid giving false impressions, it would have been better to finish the first sentence of your conclusion with something like "but before 1940, none of them was in a tenure-track position."E.J. Stansbury

    Response to the letter of Dr E.J.Stansbury

    My conclusion relates to the three sections of my article 19001930, 1931-1970 and 1971-2000 and does not particularly follow from the section headed 1931 to 1970. From the beginning of my article I have stated clearly my sources and the scope of the research: "Before the creation of the Faculty of Arts and Science in 1931, we follow the careers of individual women physicists. From then on and until the end of the century, we gather data on women and men students in Science, in physics and, as point of comparison, in a few other scientific fields as well." "We present our results in three chronological segments...". Hence my conclusion does not give a false impression to anyone who has read the first two paragraphs of the article.

    It is sad that, instead of acknowledging the situation of women in physics, Dr Stansbury appears to dismiss the overwhelming statistics by pointing to a case outside the scope of the study and by conjecturing as to the reasons for Dr McPherson's legacy to McGill. It's no wonder that problems still exist!

    Luce Gauthier [email protected]

    The Editorial Board welcomes articles from readers suitable for, and understandable to, any practising or student physicist. Review papers and contributions of general interest are particularly welcome.

    Le comité de rédaction invite les lecteurs à soumettre des articles qui intéresseraient et seraient compris par tout physicien, ou physicienne, et étudiant ou étudiante en physique. Les articles de synthèse sont en particulier bienvenus.

    4 Physics in Canada, Vol. 60, No. 1 January / February 2004

    mailto:[email protected]

  • In Memóriám

    In Me m ó r iá m

    Bertram Neville Brockhouse - 1918-2003Bertram Brockhouse, one of the world's greatest scientists, died on October 13, 2003, at the age of 85. His brilliant pioneering work, carried out at the Chalk River Nuclear Laboratories during the period 1950 to 1962, laid the foundations for the immensely powerful field of neutron inelastic scattering that is now employed by many thousands of scientists in universities, in industry and in government laboratories worldwide. Neutron scattering techniques have a wide rans>e of

    applications in condensed matter physics, materials science, geology, biology, ceramics, polymer science and in industrial manufacturing. The fundamental importance of Dr. Brockhouse's achievements has been recognized by many prestigious awards and honours, including the 1994 Nobel Prize in Physics, which he shared with Clifford Shull of the United States.

    Dr. Brockhouse, or Bert, as all his friends and colleagues called him, was born in Lethbridge, Alberta, in 1918, and spent much of his youth and received most of his schooling in Vancouver. After leaving high school, Bert became interested in radio technology and for a few years worked in this field, just before the outbreak of World War II. With this experience, he joined the Canadian Navy in 1939 as a radio technologist, spent some months at sea but much of the wartime as a shore-based ASDIC (Anti-Submarine Detection Investigation Committee) repairman. In 1944 he enrolled in a six-month course in electrical engineering at Nova Scotia Technical College and then, as a newly-minted electrical sub-lieutenant, was assigned to the test facilities at the National Research Council (NRC) in Ottawa. It was there that he met Doris Miller, a truly wonderful person who later (in 1948) became his wife and lifelong supporter.

    After the war, Bert was able to resume his education, and he obtained a Bachelor's degree in mathematics and physics at the University of British Columbia, followed by a PhD in physics at the University of Toronto, in 1950. Then, in a most significant turn of events, he accepted a position offered to him by Donald Hurst to do research in NRC's Atomic Energy Project at Chalk River (which in 1952 became Atomic Energy of Canada). Don Hurst and colleagues had already built a primitive neutron spectrometer at the NRX reactor at Chalk River, and Don encouraged Bert to "look into what research could be done with neutrons". In 1951, Bert realized that certain fundamental properties of solids - the so-called phonon dispersion curves, from which the interatomic forces could be deduced - could in principle be studied by measuring the inelastic scattering of slow neutrons, and that such measurements might be possible with the neutron beams available from NRX. Over the next few years, Bert developed several types of neutron spectrometers, such as the beryllium filter and the rotating crystal spectrometers. He continuously improved the performance of all their components (monochromator crystals, filters, collimators, detectors) so as to increase the overall neutron

    detection efficiency. His efforts culminated in the now world- famous "Triple-Axis Crystal Spectrometer" and the "Method of Constant-Q" which launched the new field of neutron inelastic scattering as an extremely powerful tool in the study of condensed matter (solids and liquids).

    In 1955, with an early version of the TACS mounted at the NRX reactor, and with the able assistance of Alec Stewart, Bert successfully measured the phonon dispersion curves of aluminum, thereby confirming that phonons really did exist in metals. By 1957, the TACS development was essentially complete, and with the greatly increased neutron intensities available from the newly built NRU reactor (the best research reactor in the world at that time), Bert was able to apply his amazing inventions to a highly successful study of fundamental problems in condensed matter science. In quick succession, he and his co-workers produced ground-breaking papers on phonons in metals (sodium and lead, in addition to aluminum), semiconductors (germanium, silicon), salts (sodium iodide, potassium bromide), on spin waves in magnetic materials (magnetite, cobalt) and on diffusive molecular and atomic motions in liquids (light and heavy water, liquid lead). The scientific significance of these experiments, the power and precision of the TACS and method of constant-Q, and the superb intuition that underpinned Bert's achievements, can hardly be over-emphasized.

    Bert Brockhouse's work brought him many awards and honours, including the Buckley Prize of the American Physical Society, the Duddell Medal of the UK Institute of Physics, the Medal for Achievement in Physics of the Canadian Association of Physicists, the Tory Medal of the Royal Society of Canada, and the Nobel Prize for Physics. He is the 14th Canadian to have won the Nobel Prize, and only the second Canadian-born scientist to win the Nobel for work done in Canada. (The first was Frederick Banting, for medicine, in 1923). He was a Companion of the Order of Canada, and a Fellow of the Royal Societies of Canada and London.

    Teaching students in a university setting had always attracted Bert, and in 1962, he accepted a professorship at McMaster University in Hamilton. He and his wife Doris and six children soon settled in nearby Ancaster, and he proceeded to give lectures and build neutron spectrometers at the McMaster nuclear reactor. He supervised students (eleven in all) doing their PhD work in neutron scattering and condensed matter science. Several of these students went on to successful scientific careers in their own right.

    Bert was a strong supporter of the CAP. Both Bert and the other new Nobel Laureate, Cliff Shull, attended the 50th Anniversary Congress of the CAP at Université Laval in 1995 and gave presentations during the opening ceremonies. Bert also attended the 1999 CAP Congress at the University of New Brunswick, where he was awarded the CAP's first "P.Phys"(see photo), and where he presented the first Brockhouse Medal of the CAP and its Division of Condensed Matter and Materials Physics to Walter Hardy of UBC. Because of failing health, the last Congress he attended was the one at York University in 2000.

    La Physique au Canada, Vol. 60, No. 1 janvier / février 2004 5

  • In Memóriám / Professional Certification

    During the 1970s, Bert gradually turned his attention to more philosophical aspects of science, leaving further neutron scattering experimentation to the many thousands of researchers who followed in his footsteps in laboratories around the world. He became an Emeritus Professor at McMaster upon his retirement in 1984. Throughout his career, he was always a fine

    gentleman, a very good friend, a loving husband and father. it was indeed a great honour and privilege to have known him and worked with him. We shall remember with gratitude and affection his warm companionship and his occasional bursts of Gilbert and sullivan songs.

    Gerald Dolling, 2003 December 3.

    A r c h ib a l d Ca m e r o n Ho l l is H a l l e t t - 1927-2003Archibald Cameron Hollis Hallett was born in Bermuda on 5 February 1927, the son of Rupert Carlyle Hollis Hallett D.C.L., Assistant Chief Justice, and Jessie Wales (Cameron) Hollis Hallett, M.B.E.His early schooling was obtained in Bermuda at the saltus Grammar school and in 1943 he attended St. Andrew's College in Ontario, Canada for one year to obtain university-entrance standard. in 1944, he entered the University of Toronto from which he took his

    bachelor's degree in experimental physics in 1948. He obtained a scholarship from the Royal Commissioners for the Exhibition of 1851 with which he enrolled as a Research student in King's College, University of Cambridge in England, and did research into the properties of liquid Helium for which he received his PhD in 1951.

    in 1951, A. Hallett joined the staff of the Department of Physics in the University of Toronto as a Lecturer, and taught physics and supervised graduate students. He progressed through the academic ranks at the University of Toronto, becoming full Professor in 1963. In 1966, he was appointed Associate Dean in the Faculty of Arts and science in the same university, and in 1970 he accepted a seven-year appointment as Principal of University College there. At the conclusion of this appointment, he accepted the position of President of Bermuda College which position he held until mandatory retirement in 1992. He continued on as a part-time Consultant to Bermuda College.

    While Principal of University College in Toronto, he devised and directed the plan for the restoration and renovation of the College building which had been built in 1856, gutted by fire in 1892, and had received designation as a National Historic Building. This plan was in five phases, and he completed the first three before the end of his term there. While President of Bermuda College, he developed and supervised the construction of the campus at Stonington in Paget. His work in education was recognized by Her Majesty Queen Elizabeth II with the award of Officer of the British Empire in the New Year Honours list in 1992.

    He was the author, or co-author with his graduate students, of about seventy scientific papers on Solid State and Low Temperature Physics. After his return to Bermuda, he established the Juniperhill Press to publish the works of himself and his wife on Bermudian topics. He compiled Bermuda in Print; A guide to the Printed Literature on Bermuda (1985), Early Bermuda Records 1619-1826; A guide to the Parish and Clergy Registers with some Assessment Lists and Petitions (1991), and was the author of Chronicle of a Colonial Church 1612-1826; Bermuda (1993).

    In 1950, he married Clara F.E. Gilbert daughter of Rev. C.F.L. Gilbert and Edith E. Gilbert. They had three children: William Langton Hollis Hallett, Mary Frances Hollis Hallett Saunders, and James Archibald Hollis Hallett.

    He was a member of the CAP from 1957 to 1979.

    W. HallettDept. of Mechnical Engineering, U. of Ottawa

    Pr o f e s s io n a l Ce r t if ic a t io n p r o f e s s io n n e l l e

    Congratulations to our New Licensees Félicitations à nos nouveaux licenciés

    We are pleased to announce that 3 additional licences have been II nous fait plaisir de vous signaler que l'ACP a octroyé 3 nouvelles granted. In alphabetical order, the new licensees are: licences. Voici les nouveaux licensiés dans l'ordre alphabétique :

    Mircea Andrecut David Cheeke Keith Harvey

    The complete list of 171 licence holders, details regarding the certification process, as well as all forms required to apply for certification, can be found in the “Professional Certification” section of the CAP's website (http://www.cap.ca).

    La liste de 168 licenciés, l'information relative au processus de certification, ainsi que les formulaires requis, sont disponibles sous la rubrique "Certification professionnelle" du site Internet de l'ACP qui se lit ainsi : http://www.cap.ca.

    6 Physics in Canada, Vol. 60, No. 1 January / February 2004

    http://www.cap.cahttp://www.cap.ca

  • Félicitations

    Co n g r a t u l a t io n s / Fé l ic it a t io n s

    Leader of Sudbury Neutrino Observatory W ins Top Ca n a d ian Science Prize- Queen’s professor guaranteed $1 million in funding from NSERC

    On November 24, 2003, Dr. Arthur McDonald was named winner of the 2003 Gerhard Herzberg Canada Gold Medal for Science and Engineering. The prize guarantees that Dr. McDonald, a professor at Queen’s University, will receive $1 million in research funding form the Natural Sciences and Engineering Research Council (NSERC).

    “Dr. McDonald was the driving force for the Sudbury Neutrino Project,

    which has been such an outstanding international scientific success story and a source of great pride for all Canadians”, said Ottawa-Vanier M.P. Mauril Bélanger, who announced the award on behalf of Allan Rock, Minister of Industry, and Dr.Rey Pagtakhan, Secretary of State (Science, Research and Development). “Like Gerhard Herzberg, he has had an outstanding influence on science in Canada and also on how Canadians perceive themselves as an innovative, science- friendly nation.”

    “Designing and building a large underground experiment to reveal the ultimate truth about solar neutrinos was both a novel and high risk endeavour,” said NSERC President TomBrzustowski. “Yet Art McDonald recognized that Canada had the ingredients to pull it off, and he did. Thanks to his great abilities as a scientist, mentor, leader and coordinator, we have an amazing scientific facility in Sudbury, and Canada is recognized as a major training ground for particle, nuclear and astrophysicists from around the world.”

    Dr. McDonald received the Herzberg Medal at a gala dinner at the National Gallery of Canada on November 25th. In June 2003, Dr. McDonald was awarded the CAP’s Medal of Achievement in Physics at the CAP Congress in PEI for the same work. Details of the CAP award were published in the 2003 July/August issue of Physics in Canada.

    The three finalists for NSERC’s 2003 Herzberg Award were Arthur McDonald, John Smol, also of Queen’s University, and Richard Bond of the University of Toronto. Each receives the NSERC Award of Excellence which consists of a crystal sculpture. Dr. Smol and Dr. Bond also receive an additional $50,000 each in research support.

    Dr. Bond is one of the world’s leading cosmologists. He is responsible for major new insights into the nature of dark matter and black holes and for greatly expanding our knowledge of the structure and evolution of the early universe.

    Dr. Smol transformed paleolimnology and the study of ancient lake sediments into one of the hottest fields in ecology and a powerful tool for revealing how aquatic organisms interact with their environment and respond over time to climate change.

    Dr. Arthur B. McDonald

    The Medal selection process involved both international peer reviews of the nominees and adjudication by a distinguished NSERC jury. This year’s panel was chaired by Gretchen Harris, a member of NSERC’s Council and a professor at the University of Waterloo.

    2003 NSERC Steacie Fello w s h ips , Po s td o c to r al, an d Do c to r al Prizes Announced

    Dr. Victoria Kaspi

    Dr. Michel Gingras

    NSERC Steacie Fellowships are awarded to outstanding Canadian university scientists or engineers who have earned their doctorate within the last twelve years. The 2003 winners are Michel Gingras (University of Waterloo), Zongchao Jia (Queen’s University), Victoria Kaspi (McGill University),Molly Shoichet (University of Toronto), Gary Saunders (University of New Brunswick) and Kim Vicente (University of Toronto).

    Ryan Gregory (who earned his doctorate at the University of Guelph) is being honoured as this year’s recipient of the $20,000 NSERC Howard Alper Postdoctoral Prize. The prize was created by the first winner of the Herzberg Medal.

    The four NSERC Doctoral Prize Silver Medallists are David Bryce (doctorate from Dalhousie University),Erik Demaine (doctoral from the University of Waterloo),Martin Dvorak (doctorate from Simon Fraser University), and DavidVocadlo (doctorate from the University of British Columbia). The medals and a $10,000 cash prize are awarded for the best doctoral work completed in science and engineering at a Canadian university last year.

    NSERC is a key federal agency investing in people, discovery, and innovation. Over the last 10 years it has invested $5 billion in basic research, university-industry projects, and the training of Canada’s next generation of scientists and engineers.

    Detailed information on each of the 2003 NSERC Award winners can be found at www.nserc.ca/about/award_e.htm (English) or www.nserc.ca/about/award_f.htm (French)

    La Physique au Canada, Vol. 60, No. 1 janvier / février 2004 7

    http://www.nserc.ca/about/award_e.htmhttp://www.nserc.ca/about/award_f.htm

  • CAP Office

    CAP Off ic e / Bu r e a u d e e 'ACP

    The CAP is upgrading its system s to better meetthe NEEDS OF ITS MEMBERS. -- PLEASE BEAR WITH US

    In August 2003, the CAP launched its newly designed website format. Since then we have been working on the conversion of our database to a new system that will, in due course, allow our members to access their membership profile online and update contact information themselves.

    The first step of this conversion has taken place, with the 2004 membership renewals being sent out electronically, tied to a secure-transmission invoice payment or online renewal form.A large number of members have already taken advantage of this new system to renew their memberships. From now on membership renewals will be sent out approximately two months prior to the expiration of memberships. If you do not have an e-mail address registered with our office, you will receive your renewal form in the mail.

    The Income Survey that has traditionally been circulated with the renewal forms will be available on the CAP's website - http://www.cap.ca -- as an online form or a downloadable pdf in early January 2004. We will notify members as soon as it is available.

    The President's letter and summary of CAP activities can be found at http://www.cap.ca/mem/renew.html (English) or http://www.cap.ca/mem/renew-f.html (French).

    In order to eliminate the difficulties we have encountered with processing membership subscriptions to journals published by other organizations (e.g. Physics Today, Physics World), we have separated the membership renewal process from the sub-

    CAM2003 Fir s t Gr a d u a t e St u d e n t Co n f e r e n c eby Sheilla Jones

    CAP CAM2003 Chair

    Conference Description:

    The CAM2003 First Graduate Student Conference was held October 24-26, 2003 in Merida, Yucatan, Mexico in conjunction with the annual conference of the Sociedad Mexicana de Fisica (SMF). The graduate student conference ran from Friday to Sunday, and the regular conference began Monday.

    The idea of holding a graduate student conference stemmed from discussions about how to resurrect the Canadian, US and Mexican connection that had been established in three earlier joint conferences. Discussions between representatives of the Canadian Association of Physicists (CAP), the American Physics Society (APS) and SMF resulted in the decision to support a conference dedicated specifically to the interests of graduate students. In particular, it was determined that such a conference would provide valuable experience for grad students in presenting their research to their peers in a more informal environment than a regular conference; provide an opportunity to network with peers in their field; and provide exposure to cutting edge research across the whole range of sub-disci-

    scription renewal process. This will allow us to set up a process for renewing member subscriptions on a calendar year basis, regardless of their membership year cycle. We expect to issue these invoices by the middle of January at the latest. Starting next year, these subscription invoices will be sent out in November.

    Although we have been working hard to ensure a smooth transition to the new system, unforeseen glitches are bound to crop up. We appreciate the patience of all members during this implementation period and look forward to the day when we have a fully functional new system in place.

    Vo lunteers Needed - World Year of Physics 2005As most of you are by now aware, the CAP has taken the lead in coordinating and promoting/advertising Canada's participation in the World Year of Physics which is coming up in 2005.A summary of the suggestions for events that have been put forward to date can be found on the CAP's website at www.cap.ca.

    In order for this event to be successful, the CAP will need several volunteers. Examples of positions available include those of National or Provincial/Institutional coordinators. We also need individuals who can help with fundraising, media relations, community awareness, website development and maintenance, and liaison with other physics-related organizations.

    If you are interested in getting involved in these activities in any capacity, please send an e-mail to Francine Ford at [email protected].

    November 14, 2003

    plines within physics.

    The SMF undertook to organize the conference, along with graduate student representatives from the three countries, as a satellite of its annual conference. Since such a conference had not been undertaken before, it was not clear what kind of response there would be from graduate students and if such a conference would prove to be a useful experience for them.

    Attendance:

    A total of 111 students responded to the invitation to submit abstracts:

    - Canada: 25- US: 44- Mexico: 42

    Just over 100 students attended the conference. A number of foreign nationals attending American universities had difficulty in obtaining visas and could not attend. One Canadian student

    8 Physics in Canada, Vol. 60, No. 1 January / February 2004

    http://www.cap.cahttp://www.cap.cahttp://www.cap.ca/mem/renew.htmlhttp://www.cap.ca/mem/renew-f.htmlhttp://www.cap.camailto:[email protected]

  • Bureau de l'ACP

    was unable to attend because his visa documents did not arrive in time. Another Canadian student had a scheduling conflict with another conference, and two others did not attend for unknown reasons. In total, 21 Canadian students participated in the conference.

    physics departments did not promote it with the same degree of enthusiasm as UBC. If/when CAP, APS and SMF commit to an on-going graduate student conference, it would be advisable to give more attention to publicizing the conference. The participation was as follows:

    Agenda:

    There were six plenary speakers (four funded by the US, two by Mexico), along with oral presentations and poster sessions.

    - Alberta, 1- Laurentian, 1- Ottawa, 1- SFU, 1

    - Ecole Polytechnique, 1 - Guelph, 2- McGill, 1 - MUN, 1- Queen's, 1 - Toronto, 5- UBC, 9

    - Orals: Canada (15), US (21), Mexico (14)- Posters: Canada (10), US (23), Mexico (28)

    There were two round-table sessions - Social Issues in Physics, and Student Visions for Physics in the 21st Century.

    Activities also included the following social events:

    Most categories in physics were represented, in particular Condensed Matter (13), Particle Physics (4) and Biological Physics (4). Of the 21 Canadian students who participated in the conference, only four were women. Representation from visible minorities was also limited. It's not clear if this is representative of the make-up of graduate programs at Canadian universities.

    - Welcoming reception (Friday evening) hosted by the Mayor of Merida, which included a classical music performance at a historic theatre

    - Outdoor banquet (Saturday evening), including a charreada (Mexican rodeo)

    - Tour of Mayan temples at Uxmal (Sunday afternoon and evening), including an on-site session on archeoastronomy

    Conference evaluation:

    Canadian students were asked to evaluate the conference in terms of how it added to their professional development, possible changes or improvements, and whether they felt a graduate student conference should be continued on a regular basis, perhaps every two years.

    Funding:

    The funding for the conference was arranged by SMF, with the following organizations contributing funding or sponsoring specific events:

    - Consego Nacional de Ciencia y Tecnologia- Universidad Nacional Autonoma de Mexico- Department of Energy, USA- Lawrence Berkeley National Laboratory- Los Alamos National Laboratory- NSERC- NSF- Municipio de la Ciudad de Merida- Gobierno del Estado de Yucatan- Secreteria de Educacion Publica- Centro de Investigacion y Estudios Avanzandos- Centro Latinoamericano de Fisica, Mexico- APS- CAP- SMF

    CAP sponsored the expenses of the CAP CAM2003 Chair. CAP also arranged sponsorship funding in the form of travel grants from NSERC. CAP organized a competition for CAP/NSERC Student Presenter Awards of $750. The students were presented with their awards at the conference. It should be noted that significant participation by Canadian students would not have been possible without the travel grants. Airfare costs to Merida ranged from $1,000 - $1,500, with additional costs for accommodations, meals and registration. (APS/NSF provided $500 travel grants for some American students.)

    Student Participation:

    Students from coast to coast participated in the conference, from Memorial to UBC. The strongest representation came from UBC. This was a new conference, and perhaps other

    1. Most students who responded felt the conference wa a thoroughly enjoyable experience, and appreciated the informal, friendly environment that encouraged dialogue amongst students. Grad students often find it intimidating to speak or ask questions at a regular conference, but that was certainly not the case in this forum. Some students noted the value of exposure to cutting edge research in areas outside their own particular focus. Others appreciated making connections with people who are likely to be their future colleagues, but others missed the opportunity to connect with senior scientists or leaders in their field as they would at a regular conference. For many students, this was their first presentation at a conference and served as a valuable learning tool. Several students noted they had made valuable contacts with other researchers and were considering collaborations. The official language of the SMF conference that followed was Spanish and was of limited value to English-speaking students.

    2. The main problems people had with the conference were those already mentioned - obtaining visas and accessing the conference web site. There was also some confusion about deadlines that changed several times. As well, students weren't officially informed if they were giving talks or poster until the second week in September. Both the latter problems stem from this being a new conference, where adjustments were being made to accommodate unexpected problems. For instance, the method for paying advance registration fees was unworkable in Canada, so I arranged for Canadian students to pay the registration at the reduced rate when they arrived at the conference. The Canadian and US representatives also lobbied to increase the number of oral presentations from 30 to 50, resulting in a delay in notifying students whether they were giving talks or posters. The conference itself went very smoothly, and the organizational problems before the conference were those that might reasonably have been expected to occur in the organization of a first-time conference.

    La Physique au Canada, Vol. 60, No. 1 janvier / février 2004 9

  • CAP Office

    3. Students who responded supported the idea of continuing the conference, and felt that every second year would work well.

    Recommendations

    The representatives from the Canadian, Mexican and US committees agreed that the conference was a worthwhile experience for graduate students and would like to see it continue. There are, however, some important issues to consider. It was felt holding a grad student conference every year would be too onerous for organizers, and that grad students might only wish to attend one such conference during their grad student years, particularly if they faced with choosing between funding for a regular conference focussing on their particular field and funding to attend a grad student conference. It was agreed that holding the conference every two years would be more workable.

    Another issue is continuity. Since the organizers are grad students themselves, they are not expected to remain particularly interested in a grad student confernce once they have received their PhD. It is important to avoid "reinventing the wheel" for every conference, so a bridge between the conferences is needed. To that end, the representatives have suggested the committee chairs from each country consider themselves the CAM Council, with the role of advising the incoming committee chairs responsible for organizing the next conference, CAM2005. The committee chairs for CAM2005 would then advise the chairs of CAM2007, and so on. At any given time, the CAM Council would be made up of the three outgoing committee chairs and the three new committee chairs. This would ensure continuity of experience and memory.

    CAM2003 was organized in conjunction with the SMF annual meeting, with the SMF organizers participating on the international committee. Because the grad student component was being held in the same conference facility as the SMF conference, both were arranged at the same time. This joint effort was key to the success of the grad student conference. It would simply be too heavy a workload for student chairs to be solely responsible for organizing the conference, particularly the fund-raising.

    At this point, the FGSA has agreed to take on CAM2005, possibly holding the conference in San Diego, California. Mexican students do not have the same access to travel funding as students in Canada and the US, therefore some recognition is being given to making the conference as accessible to Mexican students as possible. There is, of course, no location in Canada that would be convenient for Mexican students.

    If CAP wishes to participate in future CAM graduate student conferences, I recommend the following:

    - That CAP, APS and SMF confirm their support for a biannual graduate student conference to be rotated between Mexico, US and Canada.

    - That CAP consider an on-going position of CAP/CAM committee chair, the position to be filled by the graduate student who will represent Canadian students on the CAM international organizing committee. (This can also be viewed as giving graduate students an on-going presence within the CAP organization.)

    - That CAP consider providing a modest budget for the CAP/CAM committee chair to enable him/her to attend/host organizational meetings and to participate in the CAM Council. (The cost to CAP for CAM2003 was about $4,200, with the biggest expense being airfare to Mexico.)

    - That CAP consider co-hosting the CAM2007 graduate student conference in conjunction with CAP's annual conference in 2007, and further, the CAP undertake to commit organizational support to assist the CAP/CAM committee to organize the graduate student component of the conference.

    Final Comments:

    Tom Tierney, LANL, documented the student input for the session on Student Visions for Physics in the 21st Century. There were some very interesting viewpoints expressed.

    I would like to take this opportunity to thank Francine Ford for her support and efforts on behalf of the myself and the Canadian students, with thanks also to John McDonald and Henry van Driel for their work on obtaining funding from NSERC.

    Participating in this event was a considerable amount of work. Organizing conferences is demanding, even for those of us who've done it before. I think it is very important that CAP be aware that graduate students face both financial and time constraints, and as such, any CAM committee chair is going to need clear and unambiguous support from CAP to be able to do the job effectively.

    I would also like to add my comments about the conference to those of other students. As would be expected, the level of the talks was variable, given that some participants were new graduate students and others were finishing up their PhD research. The poster sessions were noisy, high-energy events - essentially twenty or so mini-presentations all going on at the same time. It was delightful! There was a consensus among students I talked to that the friendly, relaxed atmosphere was the biggest difference between this conference and regular conferences where they often feel too intimidated to speak. Participation in round table discussions was animated and entertaining, and some students remarked afterwards that they appreciated having a forum for discussing issues of particular importance to graduate students. This conference appears to have found a need and filled it.

    I will add my personal support for continuing with the CAM graduate student conferences, as long as CAP, APS (through FGSA) and SMF are willing to provide the necessary support network.

    10 Physics in Canada, Vol. 60, No. 1 January / February 2004

  • Congrès 2004

    cCAPcCASCAcCOMP

    CONGRÈS 2004 DE L'ACP- Conjoint avec CASCA / OCPM-CCPM / SCB -

    Pour célébrer le centenaire du département de physique et astronomie de l’Université du Manitoba, nous avons le plaisir de vous inviter au congrès conjoint de l’Association canadienne des physiciens et physiciennes (ACP), de la Société canadienne d’astronomie (CASCA), de l’Organisation canadienne des physiciens médicaux (OCPM), et de la Société de biophysique du Canada (SBC) qui aura lieu à Winnipeg le 13 au 16 juin 2004. Les divisions de l’ACP et les sociétés partenaires travaillent fort pour mettre en place un programme intéressant pour tous les délégués. Le programme incluera des sessions conjointes sur l’enseignement (dimanche, le 13 juin) ainsi que sur l’Imagérie et la visualisation. En particulier, on invite des contributions sur les techniques d’images, l’analyse d’information, la classification et analyse de grands bases de données, l’analyse des images, l’information visuelle et simulée, et la création des images pour des programmes d’enseignement du public.

    Nous invitons les gens à soumettre leurs RÉSUMÉS dans les 16 sous-catégories suivantes de la physique, l’astronomie, la biophysique et la physique en médicine:

    Enseignement de la physique Imagerie par résonance magnétique Médecine nucléaire Optique et photonique Physique atmosphérique et de l'espace Physique atomique et moléculaire Physique de l’imagerie diagnostique Physique de la matière condensée et matériaux Physique des instruments et mesures Physique industrielle et appliquée

    Le formulaire de soumission de résumé est affiché sur le site Web de l'ACP à http://www.cap.caDate limite : 1er mars, 2003

    Dimanche soir, la conférence commémorative Herzberg sera donnée par P. James E. Peebles de Princeton U.

    Ajoutez le site du Congrès de l'ACP à vos favoris et jetez-y un coup d'œil à l'occasion pour obtenir tous les détails sur les sessions techniques, les conférenciers invités et les derniers développements concernant le Congrès.

    Physique médicale et biologique Physique nucléaire Physique des particules Physique des plasmas Physique de la radiothérapie Physique théorique Rélativité générale Science planétaireTous sujets en astronomie et astrophysique

    Nous espérons vous voir au Man ito b a en ju in !!

    La Physique au Canada, Vol. 60, No. 1 janvier / février 2004 11

    http://www.cap.ca

  • 2004 C o ngress

    2004 CAP CONGRESS- Joint with CASCA / COMP-CCPM / BSC -

    To Celebrate the 100th anniversary of the Department of Physics and Astronomy at the University of Manitoba, we are pleased to host a joint congress of the Canadian Association of Physicists (CAP), the Canadian Astronomical Society (CASCA), the Canadian Organization of Medical Physicists (COMP) and the Biophysics Society of Canada (BSC) in Winnipeg from June 13 to16, 2004. The CAP Divisions and partner organizations are working hard to establish a very exciting program. This includes joint sessions in Education (on Sunday June 13), and on the topics of Imaging and Visualization. In particular abstracts for oral or poster presentations are invited on imaging techniques, data processing, archiving and mining large databases, image analysis, visualizing data and simulations, and creating public outreach images.

    In addition abstracts are being invited in 19 other topics of physics, astronomy and medical/biological physics, including:

    Atmospheric and Space Physics Atomic and Molecular Physics all topics in Astronomy and Astrophysics Condensed Matter and Materials Physics Diagnostic Imaging Physics General Relativity Industrial and Applied Physics Instrumentation and Measurement Physics Magnetic Resonance Imaging Medical and Biological Physics

    Abstract submission forms can be found through the CAP's website at http://www.cap.caDeadline: March 1,2003

    The Sunday evening Herzberg Memorial Lecture will be given by P. James E. Peebles of Princeton University

    Bookmark the CAP's congress site and keep visiting for details of the technical sessions, invited speakers, and other congress arrangements as they unfold.

    We lo o k forw ard to seeing you in Man ito b a in Ju n e !!

    Nuclear Physics Nuclear Medicine Optics and Photonics Particle Physics Physics Education Planetary Science Plasma Physics Radiation Therapy Physics Theoretical Physics

    12 Physics in Canada, Vol. 60, No. 1 January / February 2004

    http://www.cap.ca

  • Article de fond ( ... Histoire du laser TEA CO2 )

    L a p e t it e h i s t o i r e d u l a s e r T E A C O 2*

    par Jacques Beaulieu, O.C., G.O.Q., f.r.s.c.

    L /'annonce de la découverte du laser en 1960, a révolutionné le domaine de l'optique. Le premier laser à état solide (rubis) de Maiman générait des impulsions lumineuses courtes et cohérentes et fut bientôt suivi du laser à gaz HeNe produisant une lumière continue. Les premiers intéressés par cette découverte furent les militaires qui y voyaient un équivalent au radar mais à plus haute résolution et y voyaient même une nouvelle arme de grande précision. La première application fut le développement d'un télémètre optique de grande résolution permettant de déterminer précisément la distance des objets. Puis on a voulu s'en servir pour pointer des cibles et ainsi guider avec précision vers elles des armes intelligentes. Les désavantages pratiques étaient le risque de dommage aux yeux des opérateurs et les limitations imposées par les conditions météorologiques.

    Le Centre de Recherches pour la Défense de Valcartier (CRDV; alors connu comme le Canadian Armament Research and Development Center - CARDE) a dû partager ces intérêts militaires et a alors entrepris le projet RAPIDAIM, servant à améliorer la précision de missiles anti-chars en ajoutant au lanceur un laser permettant de mesurer la distance des cibles et corriger la mire de visée pour tenir compte des effets de la gravité dans la trajectoire du missile. Mais la première application et celle préférée des utilisateurs était le télémètre laser pouvant mesurer la distance exacte à laquelle se situaient différents objets, distances que les observateurs estimaient souvent difficilement. Mais à cause des dangers que ces nouvelles sources pouvaient représenter pour les yeux des combattants, ces télémètres furent classés comme 'armes dangereuses' ce qui en restreignait fortement l'utilisation.

    À cette époque, j'étais impliqué dans le développement de spectromètres micro-ondes se servant de phénomènes quantique tels que la saturation et les phénomènes transitoires reliés au moment dipolaire des gaz. J'étais fasciné par les premiers rapports relatant la découverte de phénomènes semblables obtenus avec les impulsions laser. C'est ainsi qu'en 1962, je partis pour Londres où j'entrepris des études de doctorat en théorie de l'état solide, afin de mieux comprendre le fonctionnement des lasers à cristaux tels que le laser à rubis, émettant dans le visible, et les lasers au néodyme (1.06 mm) qui donnait une radiation invisible.

    De retour de Londres, j'observe que les scientifiques en optique de Valcartier ne comprennent pas pourquoi en utilisant un réflecteur 'rooftop' tronqué utilisé comme réflecteur avec une faible transmission, on obtenait 2 faisceaux. J'ai immédiatement fait le constat que ceci était un mode TEM01 bien connu dans les résonateurs micro-ondes mais qui était inconnu des scien-

    * An English version of this article will be available, by 31 January 2004, at http://www.cap.ca/pic/archives/60.1(2004)/source.html

    tifiques étudiant l'optique classique pour qui les ondes cohérentes étaient un mystère. Le problème fut immédiatement résolu en changeant de type de miroir. On me donna alors la mission de former une section de recherche en Électro-optique ; c'était en 1965. En même temps, Patel du Bell Lab annonce le laser CO2 . Ce laser à gaz qui opérait à une longueur d'onde sûre

    pour les yeux, de bonne puissance moyenne, de bonne pénétration de la brume, pouvait être déclenché par la méthode Q-switch pour générer des impulsions courtes et était d'une efficacité énergétique beaucoup plus grande que les lasers à cristaux. une bonne partie des chercheurs de la nouvelle section se concentrèrent rapidement sur ces lasers à gaz carbonique qui devint le sujet prioritaire.

    une caractéristique des lasers CO2 existant fut découverte expérimentalement. La puissance du laser est proportionnelle à la longueur de la cavité plutôt qu'à son diamètre. un laser de 1 cm de diamètre donnait la même puissance qu'un laser de 10 cm de diamètre et de même longueur ayant un volume cent

    fois plus grand. Pour expliquer ceci, il fallait comprendre la dynamique thermique qui voulait que le gaz excilé demeure efficace en autant que la température ne soit pas trop élevée, car alors il était de plus en plus difficile d'obtenir une inversion de populations. Le gain optique diminuait brusquement lorsque le gaz dépassait une température critique. Ainsi lorsque le diamètre du contenant augmentait, il fallait réduire la pression des gaz et la puissance de la décharge électrique pour obtenir la même température d'opération. La température des gaz dépendait donc de la conductivité thermique qui dissipait l'énergie de stimulation par les parois du tube contenant le gaz. On pouvait augmenter la puissance en refroidissant les parois par une circulation d'eau mais cet effet n'était pas très important.

    On observa alors que la puissance moyenne obtenue était la même avec une excitation continue ou une excitation intermittente. Cependant, la puissance optimum était obtenue à une pression plus élevée et une puissance d'excitation plus forte si nous utilisions une excitation intermittente. Cette observation avait été faite accidentellement. Comme les sources de courant continu étaient rares et dispendieuses, j'avais décidé d'utiliser des sources à courant rectifié obtenues avec des transformateurs de haut voltage provenant des surplus d'équipements de nos anciens travaux sur les radars. Un jour, une des diodes à haut voltage sauta, ce qui limitait la rectification. La puissance laser obtenue semblait inchangée mais la pression d'opération avait augmenté. C'est en analysant la situation que le défaut fut détecté. La conclusion fut que si on voulait avoir une puissance pointe maximale (pour faire un radar optique), il était préférable d'utiliser des décharges à impulsions courtes de

    J. Beaulieu ,2526 rue Chassé, Sainte- Foy (QC), G1W 1L9

    L'annonce de la découverte du laser en 1960, a révolutionné le domaine de l'optique. La première application fut le développement d'un télémètre optique de grande résolution permettant de déterminer précisément la distance des objets.

    La Physique au Canada, Vol. 60, No. 1 janvier / février 2004 13

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    façon à allumer et éteindre le laser seulement pour la période où on voulait extraire l'énergie laser. On pouvait ainsi augmenter la pression d'opération et la puissance pointe. L'autre option était de faire circuler le gaz très rapidement de façon à empêcher le réchauffement du gaz et permettre un meilleur refroidissement par des échangeurs de chaleur hors de la région laser. Cette deuxième option impliquait des souffleries à très haute vitesse qui n'étaient pas compatibles avec les besoins d'efficacité et de transportabilité des lasers pour des utilisations militaires. Cependant pour des applications industrielles, cette option pouvait devenir valable tel que démontré plusieurs années plus tard par le COFFEE Laser (Carbon Oxide Fast Flow Electrically Excited Laser).

    en me donnant une bonne flexibilité d'alignement au moyen d'un miroir extérieur (Fig. 2). Un détecteur pyroélectrique fabriqué à Valcartier par Jean-Louis Lachambre était utilisé pour mesurer l'énergie des impulsions. À basse pression, le laser donnait de bonnes impulsions même si la section excitée faisait moins de 25 cm de longueur. En augmentant la pression, le voltage des stimulations aussi devait être augmenté. Puis, lorsque la pression était assez élevée, la décharge électrique changeait en un seul arc intense. La décharge diffuse et bien distribuée le long des électrodes que nous obtenions lorsque la pression était basse se transformait en un éclair brillant en un ou deux points entre les limites des deux électrodes. Ce dernier type de décharge ne produisait aucun effet laser.

    Encore une fois, les équipements de radar furent mis en service, utilisant des thyratrons pour produire des impulsions courtes de courant intense et ainsi augmenter la puissance crête. Les premiers résultats étaient très encourageants. La pression d'opération augmentait ainsi que la puissance crête. Malheureusement, le voltage requis pour stimuler le laser augmentait aussi et nous avons rapidement atteint les limites des voltages disponibles. Ceci se passait à l'été 1967. Deux ans plus tard, on apprenait que la Défense américaine avait poursuivi cette approche qualifiée de méthode brutale en mettant au point un système de décharge à haut voltage (2 millions de volts pour un laser d'un mètre). Ce procédé était des plus dangereux. En effet, deux techniciens avaient été électrocutés par cet appareil. Et ceci sans parler des problème d'interférences électriques causée par ces décharges à très haut voltage.

    un des objectifs visés était de pousser la technologie de façon à atteindre un pression d'opération égale à la pression atmosphérique afin d'éviter le besoin d'avoir des pompes à vide avec le laser. Nos calculs indiquaient qu'il faudrait produire des impulsions électriques de l'ordre de 10 millions de Volt pour atteindre notre but. Ces calculs furent confirmés plus tard par l'expérience américaine.

    C'est alors que le concept d'excitation transversale nous apparut être la seule solution pouvant mener à des voltages d'opération plus acceptables. L'idée fut jugée saugrenue par plusieurs chercheurs. Comment pouvait-on penser obtenir une décharge électrique uniforme entre deux électrodes ayant un mètre de largeur et séparées de quelques centimètres, et en plus à haute pression? Comme personne du groupe ne voulait s'attaquer à ce problème, j'ai entrepris de faire moi-même ce travail.

    Premier banc d'essai d'excitation transversaleLa formation d'arcs intenses était considérée comme étant due au fait que lorsqu'on a une décharge électrique dans un gaz à pression suffisamment élevée, celle-ci génère en un point un plasma de haute conductivité, créant une grande augmentation du courant, entraînant une diminution du voltage de l'électrode et interrompant le courant dans les autres régions de la décharge ne laissant qu'un seul arc intense. Une première solution simpliste consistait à distribuer un grand nombre de résistances le long d'une des électrodes de façon à limiter le courant dans cette région et à conserver le voltage aux autres points de l'électrode. On pouvait ainsi arrêter le procédé d'avalanche et maintenir une décharge distribuée. Le Figure 3 illustre cette différence dans la configuration des électrodes. Des résistances de 1000 Ohms avaient été choisies de façon à ne pas trop dissiper d'énergie lors de l'excitation.

    Modification du banc d'essaiLors du premier test de cette configuration (fin janvier 1968), il a été possible d'augmenter la pression des gaz à la pression atmosphérique sans dépasser les limites de notre source de haut voltage. Voulant prouver que le laser opérait bien à pression atmosphérique, j'ai alors décidé d'enlever la fenêtre de NaCl qui était assez détériorée par l'humidité et pouvait causer des pertes dans le résonateur optique. Le détecteur continuait à enregistrer des impulsions laser même si les gaz atmosphériques se mêlaient au gaz laser. Cependant les signaux obtenus du détecteur avaient un aspect jamais observé auparavant. En jetant un coup d'oeil sur le détecteur, je m'aperçus qu'à chaque impulsion, il y avait un plasma brillant généré à la surface du détecteur dont la partie centrale avait été complètement évaporée.

    GEOMETRIE TYPIQUE DE L'EXCITATION TRANSVERSALEJ'ai commencé par monter un banc d'essai à partir de gros tuyaux de pyrex utilisés dans le département de chimie de Valcartier. Deux électrodes en forme de tiges cylindriques furent placées bien parallèles entre deux miroirs (Fig. 1) et de me suis servi d'une fenêtre de NaCl à l'intérieur du résonateur pour minimiser les pertes tout

    J'avisai immédiatement le directeur de la division de la progression de mes travaux et il fut assez impressionné de voir l'état du détecteur endommagé. Ceci indiquait que la puissance pointe de ce laser était très supérieure à celle d'un laser de plusieurs mètres de longueur. Mais il fallait repenser les méthodes de mesure pour pouvoir vraiment évaluer ce laser.

    Fig. 2 Premier banc d'essai d'excitation transversale.

    Fig. 3 Modification du banc d'essai

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    Comme la technique d'excitation transversale et la haute pression atmosphérique obtenue différait radicalement de tout ce qui se faisait ailleurs, il fut décidé de garder le plus longtemps possible le secret sur nos travaux dans ce domaine afin de pouvoir raffiner nos techniques. Au début de '69, nous apprenions que les forces aériennes de Grande Bretagne avaient décidé d'abandonner l'idée d'un radar au laser CO2 parce qu'ils avaient calculé que pour obtenir des impulsions de puissance suffisante pour obtenir une bonne portée, il fallait avoir au moins 1 MWatt de puissance crête et qu'un laser d'une telle puissance devait avoir un longueur d'au moins 200 mètres. On ne pouvait pas contenir un tel laser dans le plus gros des avions alors disponibles. À ce moment nous avions un laser de 10 MWatt de puissance crête qui faisait moins d'un mètre de long. Nos travaux demeurèrent secrets pendant près de deux ans.

    une fois la faisabilité du principe démontré, un deuxième prototype de recherche fut dessiné en tenant compte du fait que l'opération du laser se ferait à pression atmosphérique. Le contenant de gaz n'ayant plus à être scellé pour supporter sans fuites de basses pressions, un nouveau degré de liberté était donc possible lors de la conception de ce prototype. il fut donc construit en contreplaqué parce que plus facile à usiner. Au lieu d'une seule rangée de résistances, trois rangées furent utilisées de façon à produire une section de décharges plus large. N'ayant pas à supporter de différences de pression importante, les miroirs du résonateur pouvaient être montés sur des montures de laboratoire classiques, ce qui facilitait l'enlignement de ces miroirs. La longueur de ce prototype était de 48 pouces, (la largeur d'une feuille de contreplaqué). Ce laser produisait des impulsions de quelques Mégawatts, ce qui était amplement suffisant pour des applications de télémètre ou de radar optique. La qualité optique était suffisante pour produire un claquage de l'air (plasma causé par l'ionisation des molécules de l'air) lorsque focalisé avec une lentille de moins de 10 cm de longueur focale.

    un autre avantage inattendu de la technique d'excitation transversale était que ce laser s'auto déclenchait (self Q-switching). La stimulation était suffisamment courte pour que le laser atteignat son maximum de gain dans un temps plus court qu'il n'en fallait pour construire l'énergie laser dans le résonateur optique. Ainsi on obtenait une impulsion géante sans avoir recours à des systèmes optiques impliquant des miroirs oscillant ou des cellules d'absorbants saturables. De plus, la pression étant élevée, les bandes d'amplification lumineuse sont plus larges, permettant une amplification plus rapide des signaux. Les impulsions géantes des lasers à pression atmosphérique étaient encore plus courtes que ce qui pouvait être obtenu avec les lasers à basse pression utilisant des modulations optiques du résonateur.

    C'est alors que commença la recherche pour l'optimisation de la structure électronique de la stimulation électrique. Plusieurs méthodes pour contrôler l'uniformité de la stimulation électrique furent éprouvées. Le premier objectif était de se débarrasser des résistances qui réduisaient l'efficacité totale du laser. une méthode consistait à employer des aiguilles au lieu des résistances. En prenant soin de diminuer l'inductance dans le circuit de décharge, c'était l'inductance des aiguilles qui stabilisaient la décharge. Mais la méthode qui finalement apparut la meilleure était basée sur le principe des éclateurs électriques déclenchés (triggered spark-gap). une première petite décharge électrique est utilisée pour créer une ionisation du gaz qui se diffuse uniformément entre deux électrodes avant d'appliquer la décharge principale, qui alors produit une décharge diffuse de grande dimension et de faible impédance. Par cette technique des décharges uniformes de section 10x10 cm furent obtenues produisant des impulsions de plusieurs centaines de

    Mégawatt avec une cavité d'un mètre de longueur. Nous avions atteint les conditions où la puissance est proportionnelle au volume du laser. Cette technique fut baptisée " double décharge ". Nous avions pensé baptiser le laser DDT (Doubles Décharges Transverses) mais comme à ce moment là l'insecticide DDT commençait à avoir mauvaise réputation, le nom TEA (Transverse Excitation Atmospheric pressure) fut choisi, étant plus socialement acceptable.

    En même temps, les recherches se poursuivaient pour étudier les effets de différentes géométries telles que les électrodes hélicoïdales pour créer un milieu amplificateur ayant un gain très élevé au centre de la décharge et diminuant en s'éloignant du centre. Ceci faisait une sélection naturelle du mode fondamental du résonateur optique et produisait des impulsions laser ayant la divergence la plus faible et lka brillance maximale. D'autres configurations donnèrent de moins bonnes performances à cause de problèmes de réfraction associés aux gradients thermiques apparaissant lors de la stimulation.

    Comme la technique des lasers TEA CO2 est basée sur le fait que d'une impulsion à l'autre, le gaz devait pouvoir se refroidir, le taux de répétition pour un laser scellé devait se limiter à quelques impulsions par seconde pour permettre au gaz de se refroidir entre les stimulations. Pour atteindre des taux de répétition comparable à ceux des radars, il est nécessaire de renouveler rapidement le gaz entre les électrodes. Vu la géométrie typique de lasers à excitation transversale, un déplacement des gaz perpendiculairement à l'axe du laser permet de déplacer très rapidement les gaz à travers la région de stimulation du laser. Comme la pression est la pression atmosphérique, un tel déplacement peut être obtenu facilement à l'aide d'éventails simples et commercialement disponibles. On peut aussi facilement refroidir les gaz en les passant à travers un échangeur de chaleur refroidi à l'eau. Un premier prototype d'évaluation de cette technologie a permis d'obtenir des taux de répétition supérieur à 100 impulsions à la seconde. Un second prototype fut alors mis en chantier incorporant un système de soufflerie plus important visant des taux de répétition supérieurs à 1000 impulsions à la seconde et une puissance moyenne supérieure à 1 KiloWatt.

    À l'été '69, vu l'évolution des travaux concernant ce type de laser dans le monde, il fut décidé qu'il était temps de révéler nos résultats. Mais il fallait alors s'assurer que nos découvertes étaient protégées par des brevets. L'application de brevets en France précéda de quelques semaines une application de brevet de la Compagnie Générale d'Électricité de France qui présentait un premier modèle d'excitation transverse.

    L'annonce publique du laser TEA se fit en Janvier 1970 et la première action fut d'inviter les compagnies intéressées à développer sous licence ce type de laser à faire des propositions. il y eut un grand nombre de propositions venant principalement de compagnies américaines. Mais deux compagnies canadiennes furent sélectionnées : GenTec, une petite compagnie de Québec qui était un contracteur du CRDV en équipements électroniques, et Lumonics d'Ottawa, une compagnie créée spécifiquement pour la commercialisation de ce laser. Des échanges d'informations et de techniques furent aussi mis en place avec le Laboratoire de Recherches en Optique et Laser (LROL) de l'Université Laval, qui devint un partenaire naturel dans la poursuite de la R&D sur les lasers et leurs applications.

    Lorsque les détails du potentiel de ce nouveau type de laser se sont répandus, plusieurs laboratoires de recherche ont été intéressés à coopérer avec Valcartier et des coopérations actives ont été créés avec le CNRC, IREQ et INRS-Énergie portant principalement sur les applications à des problèmes spécifiques tels la fusion nucléaire contrôlée, un programme canadien visant à

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    explorer la possibilité de réacteurs à fusion nucléaire sans risque d'accidents radioactifs. C'était le premier problème sans connotations militaires pour les scientifiques de Valcartier.Tous les participants bénéficièrent des contacts et échanges avec des chercheurs d'autres domaines.

    En '71, comme le démarrage industriel était lent, je pris congé de Valcartier pour devenir directeur de la R&D chez GenTec. Comme Lumonics se concentrait sur les équipements de laboratoire (lasers de grande puissance à faible taux de répétition), le travail à GenTec se focalisait sur les lasers industriels (à haut taux de répétition) et ses applications. GenTec fit aussi des recherches sur le développement de lasers TEA à impulsions longues, plus compatibles avec les applications en usinage de matériaux. Cette fois, il fallait combattre l'effet d'auto déclenchement, ce qui fut obtenu en utilisant la dynamique de transfert d'énergie de rotation entre l'azote et le CO2 . Normalement ces deux gaz étaient utilisés dans des proportions presque égales. En augmentant le ratio de N2 à CO2, la décharge électrique excitait principalement les vibrations de l'azote qui agissait comme réservoir d'énergie pour le CO2 et permettait de re-exciter les molécules de CO2 qui avaient donné leur énergie au champ laser. On pouvait ainsi augmenter la longueur des impulsions par un facteur de près de 1000.

    GenTec mit aussi au point une nouvelle famille de détecteurs d'énergie laser basée sur les modèles des détecteurs pyroélectriques développés par Valcartier, dont la mise en marché s'avéra immédiatement rentable vu l'absence totale de compétition dans ce domaine.

    Du coté des applications industrielles, un système de balancement dynamique des gyroscopes fut développé et les premiers tests ont démontré une bonne performance. Cependant, le laser tombait souvent en panne par suite de l'élimination de protections de sécurité par le département de productions de GenTec (pour faire des économies et sans autorisation de la direction de la R&D). un prototype de laser à haut taux de répétition fut démontré à la conférence internationale 'Quantum Electronics Conference' du printemps '73 et remporta un grand succès. Des travaux sur l'utilisation du laser pour graver des objets durent être interrompus faute de support financier de la direction. Je retournai à Valcartier au début de '74. La compagnie avait déjà remercié deux des meilleurs chercheurs qui manifestaient leur désaccord avec l'administration. Après mon départ, la compagnie diminua considérablement ses efforts en R&D. Après la vente de la compagnie quelques années plus tard, la compagnie laissa tomber complètement les lasers pour ne conserver que les détecteurs d'énergie dont le développement était complet et qui faisaient partie de la ligne de production. En '76, il ne restait plus un seul membre de l'équipe créée en '71. Lumonics devenait le seul licencié de la technologie de Valcartier.

    Durant ce temps, les travaux de Valcartier se portaient sur la mise au point de prototype de lasers de grande puissance pour en déterminer les limites pratiques. En parallèle, la technique d'excitation transversale était appliquée à l'étude de lasers chimiques, l'excitation électrique étant utilisée pour amorcer des réactions chimiques menant à l'inversion de population des nivaux énergétiques propres à l'amplification de la lumière.Ces nouveaux lasers avaient la propriété de produire des radiations dans la bande de 3 à 5 mm où la propagation atmosphérique est meilleure qu'à 10.6 mm en temps chaud et humide. un point à noter est que ce laser chimique produisait plus d'énergie laser que l'énergie électrique requise pour déclencher la réaction chimique. Après la mise au point d'un premier prototype, Valcartier s'engage avec Lumonics dans le développement d'un laser DF à hauts taux de répétition et avec

    récupération des produits chimiques toxiques. Le premier modèle fut mis en marche en '76 et la version finale fut complétée en '81 et analysée à Valcartier.

    À la fin des années '70, Lumonics poursuivit les travaux initiés à GenTec en vue de l'utilisation du laser CO2 TEA pour le marquage industriel. une première application pour l'identification des bouteilles de Coke résultat en un marché massif pour l'industrie de produits de consommation commerciale. Lumonics a du alors faire face aux problèmes d'une croissance très rapide. Cette technique fut ensuite appliquée à plusieurs autres produits comme le marquage des puces électroniques. suite au développement de lasers chimiques avec Valcartier, la compagnie développa la technologie d'excitation transverse pour les lasers " excimer " (opérant dans l'ultraviolet) ayant plusieurs applications médicales et chimiques. En même temps, la compagnie absorbe quelques petites entreprises de pointe dans d'autres domaines des lasers, ce qui permit de diversifier les produits offerts. Lumonics devint ainsi un des plus grands manufacturiers au monde dans le domaine des lasers.

    un autre développement de la technologie des lasers à excitation transversale est la mise au point de lasers opérant à 10 fois la pression atmosphérique. Ce travail s'est fait au CNRC avec la collaboration de Lumonics. L'objectif de ce travail était d'opérer le laser CO2 à une pression assez élevée pour que les raies de gain, élargies par la haute pression, deviennent suffisamment larges pour se joindre et ainsi former une bande d'amplification de plus de 0.5 mm (de 10.2 à 10.75mm) requis pour l'amplification d'impulsions courtes de l'ordre de la picoseconde.

    À partir des années '80, les domaines les plus actifs en électrooptique évoluèrent rapidement suite à la mise au point de diodes laser et de la fibre optique. La révolution de l'information commença à se transformer avec l'apparition des petits ordinateurs à haute performance et l'accessibilité à Internet. L'intérêt pour les lasers tels que le CO2 diminua considérablement parce qu'il n'y avait pas de fibre optique pour cette grande longueur d'onde.

    Du coté militaire, l'intérêt pour les lasers CO2 diminua aussi pour se concentrer sur les systèmes passifs d'imagerie visible et infra-rouge. Avec la possibilité de localiser précisément la position de senseurs avec le GPs et les nouvelles techniques de traitement des images couplées à la disponibilité de cartes géographiques tridimensionnelles, la distance d'objets peut être évaluée par traitement des images, ce qui diminue le besoin de mesurer précisément les distances. Le développement de la technique de radar à ouverture synthétique (sAR) permet d'obtenir des images à très haute résolution égalant celles des radars au laser sans être appréciablement influencé par les conditions météorologiques. Cette technique réduit considérablement l'intérêt pour les radars au laser et les lasers visibles reprennent de l'importance pour les applications sous-marines où le radar ne peut pas pénétrer. Mais ça, c'est une autre histoire!

    Le laser TEA CO, est maintenant appliqué principalement à des fins industrielles bien différentes des objectifs initiaux qui ont mené à son développement. Mais les plus grandes retombées du développement de ce laser a été la croissance phénoménale de l'optique et de la photonique dans la région de Québec. Le Centre de Recherche pour la Défense de Valcartier renforça le développement de la recherche en optique à l'Université Laval et ces deux entités entraînèrent la création de l'Institut National d'Optique (INO). Tous ces joueurs ont joué un rôle déterminant dans la formation d'un grand nombre d'industries de haute technologie dans ce domaine.

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    R e c e n t A d v a n c e s i n F ib e r B r a g g G r a t i n g Te c h n o l o g yEn a b le Co st-Effective Fa b r i