Pour mesurer avec précision l’Univers aux plus petites échelles, vous avez besoin d’un laser offrant un mélange parfait de puissance et de précision. La plupart de ceux qui sont capables de cette tâche sont encombrants, coûteux et gourmands en énergie.
Une innovation réalisée par des scientifiques du California Institute of Technology (Caltech) pourrait changer cela, en délivrant un laser capable de produire des impulsions ultracourtes pouvant tenir sur le bout d’un doigt.
Ces lasers peuvent potentiellement être utilisés pour tout, de l’imagerie médicale aux horloges atomiques en passant par la navigation entre des lieux sans l’aide du GPS. Dans toutes les situations où des impulsions laser ultra-rapides sont nécessaires, ces instruments incroyablement compacts pourraient être utiles.
La petite taille n’est en aucun cas un gadget : mettre cette technologie sous une forme plus compacte l’ouvre à une multitude de nouvelles utilisations, car elle devient très portable et peut être intégrée à d’autres gadgets qui rentreront dans des poches et des sacs.
« Notre objectif est de révolutionner le domaine de la photonique ultra-rapide en transformant les grands systèmes de laboratoire en systèmes de la taille d’une puce qui peuvent être produits en masse et déployés sur le terrain », dit le physicien Qiushi Guo, de Caltech et de la City University de New York.
« Non seulement nous voulons réduire la taille des objets, mais nous voulons également garantir que ces lasers ultra-rapides de la taille d’une puce offrent des performances satisfaisantes. »
Ces types de lasers sont connus sous le nom de lasers à verrouillage de mode ou MLL, qui créent des impulsions laser extrêmement rapides (parce que différentes fréquences et phases laser sont « verrouillées » ensemble) – nous parlons de l’ordre des femtosecondes, ou quadrillions de seconde.
Des impulsions laser plus rapides signifient que des observations peuvent être effectuées à des échelles plus petites et sur des objets qui se déplacent plus rapidement, tels que atomes dans une molécule. Cependant, à l’heure actuelle, les MLL les meilleures et les plus puissantes sont de la taille d’une table et nécessitent beaucoup d’énergie pour fonctionner.
Pour créer un MLL sur une si petite puce, l’équipe a utilisé un matériau appelé niobate de lithium en couche mince (TFLN), qui permet d’utiliser des signaux électriques radiofréquences externes pour contrôler les impulsions laser de manière précise. Le matériau a été combiné avec un type spécial de matériau compatible avec le laser. semi-conducteur pour produire le très petit laser.
Les résultats ont été impressionnants, capables de délivrer une impulsion longue de 4,3 picosecondes (soit des billions de seconde) dans le proche infrarouge, avec une puissance maximale d’environ un demi-watt.
De plus, le laser fini était incroyablement polyvalent en termes de peut être réglé, ainsi que son fonctionnement qui suggère qu’il peut être intégré à des appareils portables et portatifs. La prochaine étape consiste à déterminer comment cela peut être rendu possible.
Les lasers peuvent être utilisés à la fois comme instruments de mesure et comme moyens de affectant le milieu environnant – et les chercheurs à l’origine du nouveau processus de miniaturisation voient un avenir radieux pour leur création.
« Cette réalisation ouvre la voie à l’utilisation éventuelle des téléphones portables pour diagnostiquer des maladies oculaires ou pour analyser la nourriture et l’environnement, notamment E. coli et dangereux virus, » dit Guo.
« Cela pourrait également permettre la création d’horloges atomiques futuristes à l’échelle d’une puce, qui permettraient la navigation lorsque le GPS est compromis ou indisponible. »
La recherche a été publiée dans Science.
