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Posté par Redbran le Vendredi 27/04/2018 à 12:00
Comment une impulsion laser nait du chaos
Des chercheurs de l'Institut Femto-ST et de la Tampere University of Technology (Finlande) ont réalisé un dispositif expérimental permettant d'étudier les mécanismes de génération d'impulsions laser ultra courtes. Une première, qui devrait faciliter la conception de sources laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de...) plus performantes, et apporter des réponses à des questions de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et...) fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.). Les résultats sont publiés dans la revue Nature Photonics.


© Goery Genty
Résultats expérimentaux montrant les instabilités temporelles laser

Que passe-t-il à l'intérieur d'un laser à impulsions courtes pendant sa phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) de démarrage ? Durant quelques dizaines ou centaines de millisecondes, son comportement est instable, chaotique, avant de se stabiliser en un régime où le laser émet un train (Un train est un véhicule guidé circulant sur des rails. Un train est composé de plusieurs voitures (pour transporter des personnes) et/ou de plusieurs wagons (pour transporter...) d'impulsions régulières. Cette phase restait jusqu'ici mal connue, ce qui laissait des zones d'ombre (Une ombre est une zone sombre créée par l'interposition d'un objet opaque (ou seulement partiellement opaque) entre une source de lumière et la...) sur les mécanismes de génération des impulsions laser. Des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) Femto-ST (CNRS/UFC/ENSMM/UTBM) et de l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment où les...) de Tampere (Finlande) ont mis au point (Graphie) un outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit par la simplification des actions...) expérimental qui permet de caractériser complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à l'utilisateur de...) le champ électromagnétique (Le champ électromagnétique est le concept central de l'électromagnétisme. On le conçoit souvent comme composition des deux champs vectoriels que l'on peut mesurer indépendamment : le champ...) pendant la phase de démarrage du laser, et de comprendre ainsi les phénomènes qui font émerger un régime stable à partir du chaos.

La difficulté était d'arriver à mesurer en même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), et en temps réel, les caractéristiques temporelles (l'évolution du signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la nuit des temps par...) en fonction du temps) et spectrales du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) électromagnétique, avec un laser qui émet des impulsions de l'ordre de la picoseconde (10^-12 seconde). Les mesures effectuées par les chercheurs s'appuient sur deux dispositifs expérimentaux. Une lentille temporelle dilate la durée de l'impulsion, qui passe de l'ordre de la picoseconde à la nanoseconde (10^-9 seconde). Et une technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) de transformée de Fourier (En analyse, la transformation de Fourier est un analogue de la théorie des séries de Fourier pour les fonctions non périodiques, et permet de leur associer un...) enregistre le spectre en temps réel. L'utilisation simultanée des deux techniques, suivie du traitement des résultats de mesure par un algorithme avancé, ont donné une caractérisation complète: les variations de fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on...) du signal au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale...) de son profil temporel.

La meilleure compréhension de la phase initiale d'instabilité du laser ouvre la voie à la conception de sources laser plus performantes. Elle devrait aussi répondre à des questions fondamentales en électromagnétisme (L'électromagnétisme est une branche de la physique qui fournit un cadre très général d'étude des phénomènes électriques et magnétiques dans leur synthèse du champ électromagnétique : le...), mais aussi dans d'autres domaines où l'instabilité initiale joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à...) un grand rôle , par exemple en hydrodynamique (la génération de vagues scélérates dans les océans), dans les réacteurs de fusion nucléaire (La fusion nucléaire (dite parfois thermonucléaire) est, avec la fission, l’un des deux principaux types de réactions nucléaires appliquées....) expérimentaux, en finance, etc.

Références publication:
Real-time full-field characterization of transient dissipative soliton dynamics in a mode-locked laser
P. Ryczkowski, M. Närhi, C. Billet, J.-M. Merolla, G. Genty & J. M. Dudley,
Nature Photonics, 5 mars 2018
DOI: 10.1038/s41566-018-0106-7

Contact chercheur:
John Dudley - Femto-ST

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Source: CNRS INSIS
 
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