Un laser acoustique d'un nouveau genre
Publié par Michel le 08/06/2006 à 00:00
Source: American Institut of Physics
Illustration: Kent et al.
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 (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...) britannique de Nottingham et de l'institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le...) de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance...) de Lashkarev en Ukraine, le milieu dans lequel l'amplification (On parle d'amplificateur de force pour tout une palette de systèmes qui amplifient les efforts : mécanique, hydraulique, pneumatique, électrique.) se produit est constitué d'un empilement (d'un super treillis) de minces couches de semi-conducteurs qui constituent un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme...) 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 (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) de quelques milli électronvolts, l'équivalent d'une 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 emploie le mot...) de 0,1 à 1 terahertz. De la même façon qu'une radiation (Le rayonnement est un transfert d'énergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se produire par rayonnement électromagnétique (par exemple : infrarouge) ou par...) lumineuse cohérente peut se former dans un laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme...) par émission simultanée et stimulée de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière...) par un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d'atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple...), un son cohérent peut être produit par l'émission concertée de phonons depuis les nombreux puits quantiques du treillis.


Shéma de principe du laser acoustique
En haut: structure du super treillis de couche semi-conductrices et
les ondes acoustiques confinées qui subissent l'amplification.
En bas: Niveaux d'énergie des électrons confinés dans les couches de treillis;
un phonon (En physique de la matière condensée, un phonon (du grec ancien φονη / phonê, la voix) désigne un quantum de vibration dans un solide cristallin,...) entrant peut produire deux phonons sortant

Dans les lasers, la production de lumière est entretenue dans une cavité optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) 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 (Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme par réflexion et conçu à cet effet. C'est souvent une couche...) acoustique (voir la figure). Au final, l'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de...) 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 (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en utilisant une alimentation électrique (Le terme d'alimentation électrique désigne un ensemble de systèmes capables de fournir de l'électricité aux appareils fonctionnant avec cette énergie.) modeste.

L'étude des sons cohérents dans cette gamme de fréquences est elle-même un domaine de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique...) relativement nouveau. Des dispositifs acoustiques à ultrasons de longueurs d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière. Une...) de l'ordre du nanomètre pourraient être utilisés pour moduler les ondes lumineuses de certains instruments en optoélectronique.

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