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Au cours des cinquante dernières années, la technologie laser est devenue une industrie mondiale de plusieurs milliards de dollars, utilisée dans tous les domaines; des lecteurs de disques optiques aux scanners de codes à barres, en passant par les équipements de chirurgie et de soudage. Sans parler de ces pointeurs laser que les conférenciers utilisent lors de leurs explications devant un public.

Manipuler un laser à l’échelle nanométrique

Les lasers sont sur le point de faire un autre pas en avant: des chercheurs du département de physique de l’Université Case Western Reserve, en collaboration avec des partenaires du monde entier, sont en mesure de contrôler la direction du faisceau de sortie d’un laser en appliquant une tension externe.

Il s’agit d’une première historique parmi les scientifiques qui ont expérimenté ce qu’ils appellent des «lasers aléatoires» au cours des 15 dernières années. « Il reste encore beaucoup de travail à faire, mais il s’agit d’une première preuve claire d’un laser à transistors aléatoire, dans lequel l’émission du laser peut être acheminée et dirigée en appliquant une tension externe », a déclaré Giuseppe Strangi, professeur de physique et chercheur de l’Ohio des surfaces de matériaux avancés de la Case Western Reserve.

Strangi, qui a dirigé cette recherche, et ses collaborateurs ont récemment présenté leurs conclusions dans un article publié dans la revue Nature Communications. Ce projet, financé par l’Académie nationale des sciences de Finlande, visait à surmonter certaines limitations physiques inhérentes à la deuxième génération de lasers.

Succès des lasers mais plusieurs limitations

L’histoire de la technologie laser a été très rapide, car cette source de lumière unique a révolutionné pratiquement tous les domaines de la vie moderne, y compris les télécommunications, la biomédecine et la technologie de mesure.

Mais la technologie au laser a également été entravée par d’importantes lacunes: non seulement les utilisateurs doivent manipuler physiquement le dispositif projetant la lumière pour déplacer un laser, mais pour qu’il puisse fonctionner, il nécessite un alignement très précis des composants, ce qui les rend coûteux à produire.

Ces limitations pourraient bientôt être éliminées: Strangi et ses partenaires de recherche en Italie, en Finlande et au Royaume-Uni ont récemment montré un nouveau moyen de générer et de manipuler une lumière laser aléatoire à l’échelle nanométrique. Cela pourrait éventuellement conduire à une procédure médicale plus précise et moins invasive ou à un réacheminement d’une ligne de communication en fibre optique avec un simple nœud, a déclaré Strangi.

Les lasers aléatoires ont été améliorés

Les lasers conventionnels sont constitués d’une cavité optique ou une ouverture dans un dispositif. À l’intérieur de cette cavité se trouve un matériau photoluminescent qui émet et amplifie la lumière et une paire de miroirs. Les miroirs forcent les photons, ou les particules de lumière, à rebondir à une fréquence spécifique pour produire le faisceau rouge émis par le laser.

«Mais si nous voulions le miniaturiser, nous devons nous débarrasser des miroirs, et créer un laser sans cavité afin de descendre à l’échelle nanométrique. C’était un problème dans le monde réel et voilà pourquoi nous ne pouvions pas aller plus loin jusqu’au tournant de ce siècle avec des lasers aléatoires. », a expliqué Strangi.

Les lasers aléatoires, qui font l’objet de recherches sérieuses depuis environ 15 ans, sont différents de la technologie originale dévoilée en 1960 principalement par le fait qu’ils ne sont pas constitués de cette cavité et de ces miroirs.

Dans les lasers aléatoires, les photons émis dans de nombreuses directions sont plutôt dispersés en projetant de la lumière dans un milieu à cristaux liquides, guidant les particules résultantes avec ce faisceau de lumière. Par conséquent, la grande structure en miroir requise dans les applications traditionnelles n’est plus nécessaire.

L’onde résultante, appelée « soliton » par Strangi et les autres chercheurs, fonctionne comme un canal permettant aux photons dispersés de se suivre dans un chemin ordonné et concentré.

Développement majeur

Une manière de comprendre comment cela fonctionne: imaginez une version à particules légères des «vagues solitaires» que les surfeurs (et les poissons d’eau douce) peuvent utiliser lorsque les fleuves et les marées se heurtent dans certains estuaires, explique Strangi.

Enfin, vous avez reproduit le cristal liquide avec un signal électrique, ce qui permet à l’utilisateur de «diriger» le laser avec un nœud, au lieu de déplacer l’ensemble de la structure. C’est cette sorte de développement que l’équipe a réussi à faire, explique Strangi.

«C’est la raison pour laquelle nous l’appelons à «transistors», parce qu’un faible signal commande un puissant signal: la sortie du laser.» À déclaré Strangi. «Les lasers et les transistors ont été les deux technologies de pointe qui ont révolutionné le dernier siècle et nous avons découvert qu’ils sont tous deux imbriqués dans le même système physique.»

Les chercheurs pensent que leurs résultats rapprocheront les lasers aléatoires à des applications pratiques; allant de la spectroscopie (la chimie physique et analytique, ainsi que l’astronomie et la télédétection), et diverses formes de balayage et de procédures biomédicales.

Source : Case Western Reserve University