Avec un grand pouvoir vient une grande science du laser

Il est un genre très inhabituel de laser: les chercheurs de l'Institut de la photonique à la TU Wien (Vienne) ont construit un dispositif qui émet ultracourtes éclairs de lumière infrarouge à très haute énergie. "Il est très difficile de combiner ces trois propriétés - longue longueur d'onde infrarouge, de courte durée et de haute énergie», explique Valentina Shumakova. "Mais cette combinaison est exactement ce dont nous avons besoin pour de nombreuses applications fort champ intéressantes."

Maintenant, l'équipe a réalisé une percée majeure: En envoyant des impulsions très énergétiques dans le régime infrarouge à travers un milieu solide, les impulsions peuvent être compressés dans le temps et l'espace. L'énergie reste à peu près le même, mais il peut maintenant être déposé dans une période encore plus courte, résultant en une puissance de pointe incroyable de jusqu'à un demi térawatt. Cette puissance correspond à la puissance de plusieurs centaines de réacteurs nucléaires. Mais à la différence des centrales électriques, qui produisent la puissance constante, l'impulsion acheter laser vert puissant comprimé ne dure que 30 femtosecondes (millionièmes de milliardième de seconde). Les nouveaux résultats ont été publiés dans la revue "communications de la nature".

Jouer avec Colours Invisible

"Sous certaines conditions, des impulsions laser peut auto-compresse et devenir plus courte. Ceci est un phénomène bien connu dans la science du laser», explique Audrius Pugzlys. "Mais jusqu'à présent, les gens à croire que l'auto-compression dans un milieu solide à très haute intensité est impossible."

Contrairement à la lumière d'un pointeur laser simple, une impulsion laser ultracourte n'a pas seulement une couleur spécifique. Il est un mélange d'un spectre de longueurs d'onde différentes - dans ce cas centrée autour de 3,9 microns, dans la longue région infrarouge invisible à l'oeil humain.

Dans le vide, la lumière se déplace toujours à la même vitesse, quelle que soit sa longueur d'onde. Mais ce n'est pas le cas pour la lumière traversant un matériau solide. «Le matériel provoque certaines composantes de l'impulsion laser pour se déplacer plus rapidement que d'autres. Si cet effet est habilement utilisé, l'impulsion laser est comprimé, il devient plus court tout en voyageant à travers le matériau", dit Skirmantas Alisauskas.

Cette technique est cependant pas toujours applicable. "Si un faisceau laser pulsé de très fortes intensités est envoyé à travers un matériau, les poutres ont tendance à s'effondrer chaotiquement dans de nombreux filaments séparés», explique Audrius Pugzlys. "Il est comme un coup de foudre qui brise spontanément dans diverses branches." Chacune des branches ne porte qu'une petite partie de l'énergie du faisceau d'origine, le faisceau laser bleu résultant ne peut pas être utilisé pour des expériences de pointe laser solide champ plus.

Le groupe de recherche de Vienne, en collaboration avec des chercheurs de Moscou state university, a maintenant identifié les conditions qui conduisent à l'auto-compression et une puissance de crête extrêmement élevée sans provoquer le faisceau à l'effondrement en filaments. "Comme il se trouve, nous avons affaire à deux différentes échelles de longueur», explique Valentina Shumakova. "L'échelle de la longueur de la filamentation non désirée est supérieure à la longueur sur laquelle l'auto-compression se produit. Par conséquent, il est possible de trouver des paramètres d'un régime dans lequel l'impulsion est comprimée mais filamentation n'a pas encore mis en». La puissance de l'impulsion lase est 10.000 fois plus élevé que le seuil de filamentation - et encore il ne tombe pas.

L'équipe a utilisé un grenat d'yttrium et d'aluminium (YAG) cristal avec une largeur de seulement quelques millimètres - et les résultats sont remarquables: En envoyant l'impulsion laser de reglage carabine à travers le cristal, sa durée diminue de 94 femtosecondes à seulement 30 femtosecondes. Son énergie reste presque le même, et la puissance (énergie par unité de temps) augmente par un facteur de trois, à près d'un demi térawatt. "Comme l'impulsion est très courte, sa puissance extrêmement élevée ouvre la porte à de nombreuses expériences passionnantes et peut-être même à de nouvelles technologies dans la science du laser», explique Audrius Pugzlys.