La nouvelle architecture laser peut former une structure sophistiquée pour contrôler la matière

• Les chercheurs développent une nouvelle architecture laser appelée modulateur de lumière universel pour sonder et contrôler la matière.
• Cela pourrait être un tournant pour toutes les applications photoniques majeures nécessitant une puissance élevée.

Les lasers sont utilisés à plusieurs fins, notamment pour aligner des matériaux, indiquer des objets lors d'une présentation et par les médecins pour des interventions esthétiques et chirurgicales. De nombreuses choses que vous voyez dans votre vie quotidienne sont basées sur les technologies laser, telles que le lecteur de codes-barres, les lecteurs de disque optique, la fibre optique, les matériaux de découpe et de soudage, l'affichage d'éclairage laser dans le divertissement, et plus encore.

Les lasers ont des capacités incroyables pour piloter, contrôler et sonder avec précision la matière en utilisant différentes méthodologies. Bien qu'ils fonctionnent principalement derrière les rideaux, les lasers sont l'épine dorsale de la science et de la technologie de pointe. En 2018, le prix Nobel de physique a été décerné à une technologie laser révolutionnaire, la pince à épiler optique, une technique permettant de piéger des nanoparticules entre deux faisceaux laser.

Récemment, des chercheurs du SLAC National Accelerator Laboratory et de l'Université de Stanford ont développé une nouvelle architecture laser pour sonder et contrôler la matière. Ils l'appellent le modulateur de lumière universel.

Le laser peut incorporer des structures sophistiquées

Étant donné que le laser émet de la lumière de manière cohérente, il peut incarner une structure beaucoup plus complexe que toute autre source de lumière en termes d'intensité et de distribution électromagnétique. Par exemple, il pourrait avoir des distributions d'intensité tridimensionnelles uniques (un filtre optique ou un cône gaufré) ou des faisceaux vectoriels cylindriques.

Grâce à ces capacités, le modulateur de lumière universel a le potentiel d'ouvrir de nouvelles portes pour les applications avancées de la photonique. À l'heure actuelle, il n'existe pas beaucoup de méthodes fiables disponibles pour produire des structures légères complexes, il est donc très difficile d'exploiter la capacité de programmation ou d'ingénierie de telles structures.

Référence :The Optical Society 

Cela n'est fait que par des instruments externes tels que les modulateurs de lumière spatiaux utilisés dans les projecteurs. Cependant, ces instruments sont livrés avec des limitations de puissance de crête et de puissance moyenne, et ils peuvent facilement éclater, sans atteindre les applications qui nécessitent des niveaux de puissance importants.

La nouvelle architecture laser évite cette limitation de puissance sans affecter la capacité de produire des structures lumineuses arbitraires. Les chercheurs ont développé une fonctionnalité innovante pour intégrer des faisceaux dans l'architecture laser elle-même. Cela répond aux deux exigences principales :structure légère et mise à l'échelle de la puissance.

Formation du faisceau avec la nouvelle architecture laser | Greg Stewart / SLAC

Ils ont utilisé des faisceaux composites pour créer ces impulsions lumineuses programmables. Vous pouvez le considérer comme un faisceau laser composé de plusieurs faisceaux plus courts en nid d'abeille, chacun pouvant être contrôlé indépendamment, malgré le fait qu'ils soient tous cohérents les uns par rapport aux autres.

Ils peuvent se « divulguer » des informations, y compris leur état et leurs relations respectives. Si tous les faisceaux sont synchronisés, ensemble, ils peuvent produire n'importe quelle structure.

Applications

Le modulateur de lumière universel est extrêmement précieux dans les systèmes ultracourts (dans des échelles de temps femtosecondes et même plus courtes) :il peut donner lieu à une toute nouvelle réflexion sur la façon dont les lumières avec des structures sophistiquées peuvent être utilisées pour conduire des efforts technologiques. Cela pourrait être un tournant pour toutes les applications photoniques majeures qui nécessitent une puissance élevée, un micro-nano-usinage, un piégeage optique, des télécommunications par fibre optique et des sciences des protons ultrarapides.

Les recherches tentent maintenant d'utiliser ces sources lumineuses pour contrôler les faisceaux d'électrons voyageant à la vitesse de la lumière. Cela les aiderait à créer de nouveaux types de sources de rayons X et d'électrons, et à imprimer la structure lumineuse sur les rayons X et les électrons.

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En outre, ils prévoient d'explorer de nombreux efforts parallèles. La toute première chose à faire est d'intégrer plus de faisceaux et de mettre à niveau le modulateur à une puissance beaucoup plus élevée. Deuxièmement, ils examineront comment convertir des faisceaux femtosecondes en d'autres longueurs d'onde à l'aide de méthodes de conversion non linéaires, qui produiraient une lumière structurée avec une composition hyperspectrale et une autosynchronisation naturelle, ou avec plusieurs couleurs.