Flashs de lumière ultracourts combinés avec précision et rapidité

Flashs de lumière ultracourts combinés avec précision et rapidité
Flashs de lumière ultracourts combinés avec précision et rapidité

L’importance technologique des éclairs de lumière ultracourts d’une durée inférieure à un quadrillionième de seconde augmente rapidement. Dans les sources laser, des groupes et des paires d’éclairs lumineux peuvent être développés au lieu d’éclairs séparés. Semblables aux atomes chimiquement liés dans une molécule, ils sont liés les uns aux autres et leurs courts intervalles temporels peuvent conserver une stabilité extraordinaire.

Les solitons ultracourts se superposent et produisent des motifs d’interférence spectrale : la spectroscopie en temps réel résout leur dynamique rapide et suit la commutation des molécules de solitons dans un laser à fibre femtoseconde. L’image montre des spectres expérimentaux successifs enregistrés au cours d’un processus de commutation. Crédit d’image: Moritz B. Heindl

Des scientifiques des universités de Bayreuth et de Constance ont récemment découvert une cause pour le couplage inébranlable des flashs lumineux ultracourts et ont appris une méthode pour réguler leur espacement à la fois rapidement et avec précision. Ils décrivent leurs résultats de recherche dans la revue OPTIQUE.​

Les éclairs lumineux plus courts qu’un quadrillionième de seconde sont également appelés impulsions femtosecondes. Actuellement, ils sont utilisés pour étudier les matériaux énergétiques, comme scalpels de précision en médecine ou dans la fabrication 3D de pièces.

Ces flashs dans les lasers sont formés de solitons qui peuvent être définis comme des paquets stables d’ondes lumineuses. La découverte de leur couplage qui vient d’être publiée a été acquise sur un résonateur laser. Celui-ci comprend un anneau de fibres de verre qui permet aux solitons de s’écouler sans limite.

Dans ces systèmes, on voit fréquemment des flashs femtosecondes couplés, appelés molécules de solitons. En utilisant la spectroscopie en temps réel à haute résolution, les chercheurs ont réussi à suivre instantanément la dynamique de deux flashs couplés pendant plusieurs centaines de milliers d’orbites.

Sur la base de ces données, les chercheurs ont pu démontrer que ce sont les réflexions optiques au sein du résonateur laser qui couplent les solitons séparés dans l’espace et le temps. Les distances de liaison pourraient être projetées sur la base des différences de temps de transit au sein du résonateur et pourraient finalement être ajustées avec précision en déplaçant des éléments optiques.

De plus, la nouvelle recherche démontre comment le lien entre deux flashs pourrait être rapidement relâché et un nouveau lien formé. Il est actuellement possible, par exemple, d’alterner précisément entre des éclairs lumineux qui se produisent par paires et possèdent des intervalles temporels divers.

Sur la base des résultats de nos recherches, il est désormais possible de changer de molécules de solitons en appuyant simplement sur un bouton. Cela ouvre de nouvelles perspectives pour l’application technique des impulsions femtosecondes, notamment en spectroscopie et en traitement des matériaux.

Luca Nimmesgern B.Sc., premier auteur de l’étude et étudiant à la maîtrise en physique, Université de Bayreuth

Les résultats acquis au résonateur laser peuvent être transférés à une gamme de sources laser à impulsions ultracourtes. En conséquence, il est possible de produire des flashs lumineux couplés dans d’autres systèmes laser et de modifier facilement leurs distances.

Depuis les premiers rapports de paires d’impulsions dans les lasers à fibre il y a plus de 20 ans, différentes explications ont été proposées pour la stabilité des molécules de solitons dans les lasers. Les modèles habituels ont été contredits par de nombreuses observations, mais sont encore utilisés aujourd’hui.

Georg Herink, coordinateur de recherche et professeur junior pour la dynamique ultrarapide, Université de Bayreuth

« Notre nouvelle étude offre désormais pour la première fois une explication précise compatible avec les données mesurées. D’une certaine manière, il fournit une pièce du puzzle qui rend compréhensible une multitude de données antérieures. Désormais, la physique laser complexe peut être utilisée spécifiquement pour générer des séquences de solitons à grande vitesse », ajouta Herink.

Le groupe de recherche dirigé par le Dr Alfred Leitenstorfer de l’Université de Constance est impliqué depuis des années dans la création de lasers à fibre comme outil de spectroscopie.

Sur la base de nos nouvelles découvertes, nous pouvons nous attendre à la réalisation d’applications technologiques polyvalentes.

Dr Alfred Leitenstorfer, co-auteur de l’étude et professeur, Université de Constance

Récemment, un projet de recherche DFG à l’Université de Bayreuth a commencé dans le but de comprendre de manière exhaustive les interactions entre les solitons ultracourts dans les sources laser et de les rendre pratiques pour les applications laser à l’avenir.

Référence de la revue :

Volontiers, L., et al. (2021) Molécules solitons dans les lasers à fibre femtoseconde : mécanisme de liaison universel et contrôle électronique direct. OPTIQUE. doi.org/10.1364/OPTICA.439905.

Source : https://www.uni-bayreuth.de/fr

 
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