Outil révolutionnaire permettant des mesures précises de lasers femtosecondes

Photonics & Imaging Technology INSIDER

La configuration de laboratoire pour un nouvel outil qui peut mesurer des lasers femtosecondes. (Image : Université de Lund)

Les impulsions laser ultrarapides — plus courtes qu'un millionième de millionième de seconde — ont transformé la science fondamentale, l'ingénierie et la médecine. Malgré cela, leur durée ultrarapide les a rendues insaisissables et difficiles à mesurer. Il y a environ dix ans, des chercheurs de l'Université de Lund et de l'Université de Porto ont introduit un outil pour mesurer la durée d'impulsion de lasers ultrarapides. La même équipe a maintenant réalisé une percée qui permet la mesure d'impulsions laser individuelles sur une plage de paramètres plus large dans une configuration plus compacte.

« Les mesures standard actuelles pour les lasers femtosecondes, généralement utilisées dans l'industrie et la médecine, donnent juste une estimation de la durée d'impulsion. Notre approche donne une mesure plus complète et peut contribuer à libérer tout le potentiel de la technologie laser ultrarapide », a dit Daniel Díaz Rivas, doctorant en physique atomique à l'Université de Lund.

Le concept d'impulsions femtosecondes est difficile à saisir pour la plupart d'entre nous. Pourtant, elles sont utilisées pour une large gamme d'applications quotidiennes, de la chirurgie oculaire au micro-usinage dans l'industrie. Les impulsions laser extrêmement courtes peuvent même investiguer les processus les plus rapides dans la nature, comme le transfert d'énergie dans la photosynthèse et la dynamique des électrons.

Même alors qu'elles sont de plus en plus largement utilisées, la mesure précise de la forme et de la durée des impulsions reste une tâche difficile. Les instruments électroniques sont trop lents, c'est pourquoi les chercheurs se sont tournés vers des méthodes optiques.

Les méthodes actuelles sont limitées

Cependant, ces types de techniques optiques nécessitent généralement de multiples mesures dans une séquence de balayage. Cela les rend inadaptées pour capturer des impulsions individuelles en temps réel.

Des versions single-shot ont émergé pour caractériser des impulsions très courtes couramment utilisées en science fondamentale — mais peinent avec des impulsions plus longues plus couramment utilisées dans les applications industrielles et médicales. Les limitations sont liées à la complexité d'étirer suffisamment les impulsions dans une configuration optique compacte.

Des chercheurs de l'Université de Lund ont maintenant développé une façon compacte et élégante d'étirer des impulsions laser ultrarapides en utilisant un principe optique simple. En envoyant un faisceau laser pulsé à travers un réseau de diffraction — un composant qui sépare spatialement la lumière en ses couleurs — et en imageant le réseau avec une combinaison de lentilles, ils peuvent contrôler précisément la durée d'impulsion à travers le faisceau laser.

Cette approche permet d'allonger les impulsions femtosecondes de plus de dix fois dans une configuration optique compacte.

Cela permet une caractérisation complète en un seul tir, sans besoin d'éléments optiques de pré-compensation. Le résultat de ce travail est une technique polyvalente qui peut fonctionner pour des durées d'impulsion allant de quelques femtosecondes à des centaines, couvrant ainsi les applications scientifiques, industrielles et médicales. Cela ouvre la porte à la surveillance en temps réel d'impulsions individuelles, quelque chose auparavant hors de portée pour de nombreuses plateformes laser.

Regard vers l'avenir

Au-delà de la caractérisation d'impulsions, ce principe optique peut être appliqué pour façonner les propriétés spatio-temporelles d'impulsions lumineuses et explorer différentes façons d'étudier les interactions lumière-matière.

« Alors que les lasers ultrarapides continuent de stimuler l'innovation en science et technologie, des outils comme celui-ci seront clés pour repousser les limites de la précision et de la compréhension », conclut Cord Arnold, Maître de conférences en physique atomique à l'Université de Lund.

Cet article a été écrit par l'Université de Lund. Pour plus d'informations, contactez Daniel Diaz Rivas, Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser..

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