Un laser acoustique d'un nouveau genre

L'amplification sonore par émission stimulée, ou SASER, est l'analogue acoustique du laser. Au lieu de produire un faisceau de radiations lumineuses (électromagnétiques) cohérentes, le saser délivre un faisceau cohérent d'ultrasons. Le concept est connu depuis des années et plusieurs laboratoires ont mis en application des modèles avec des caractéristiques variées.

Dans une nouvelle version, élaborée par des scientifiques de l'université britannique de Nottingham et de l'institut de physique de Lashkarev en Ukraine, le milieu dans lequel l'amplification se produit est constitué d'un empilement (d'un super treillis) de minces couches de semi-conducteurs qui constituent un ensemble de "puits quantiques". Dans ces puits, très rigoureusement disposés en régions planes, les électrons peuvent être excitées par des paquets d'ultrasons, qui possèdent typiquement une énergie de quelques milli électronvolts, l'équivalent d'une fréquence de 0,1 à 1 terahertz. De la même façon qu'une radiation lumineuse cohérente peut se former dans un laser par émission simultanée et stimulée de lumière par un grand nombre d'atomes, un son cohérent peut être produit par l'émission concertée de phonons depuis les nombreux puits quantiques du treillis.


Dans les lasers, la production de lumière est entretenue dans une cavité optique réfléchissante. Dans le saser britannico-ukrainien, la production acoustique est entretenue grâce à un espacement astucieux des couches du treillis qui fait que celles-ci tiennent lieu de miroir acoustique (voir la figure). Au final, l'onde sonore émerge du dispositif de la même façon que les impulsions d'un laser. La nature mono énergétique de l'émission acoustique, cependant, n'a pas encore été entièrement analysée. Selon les chercheurs, ce type de saser est le premier à atteindre la fréquence du terahertz tout en utilisant une alimentation électrique modeste.

L'étude des sons cohérents dans cette gamme de fréquences est elle-même un domaine de recherche relativement nouveau. Des dispositifs acoustiques à ultrasons de longueurs d'onde de l'ordre du nanomètre pourraient être utilisés pour moduler les ondes lumineuses de certains instruments en optoélectronique.