Il y a environ 10 ans, des chercheurs de l'Université de Lund et de l'Université de Porto ont introduit un outil permettant de mesurer la durée d'impulsion des lasers ultrarapides. La même équipe a désormais réalisé une avancée majeure qui permet de mesurer des impulsions laser individuelles sur une plage de paramètres plus large dans une configuration plus compacte.
"Les mesures standard actuelles pour les lasers femtosecondes, généralement utilisés dans l'industrie et la médecine, donnent simplement une estimation de la durée de l'impulsion. Notre approche donne une mesure plus complète et peut contribuer à libérer tout le potentiel de la technologie laser ultrarapide", explique Daniel Díaz Rivas, doctorant en physique atomique à l'Université de Lund.
Le concept des impulsions femtosecondes est difficile à comprendre pour la plupart d’entre nous. Pourtant, ils sont utilisés pour un large éventail d'applications quotidiennes, de la chirurgie oculaire au micro-usinage dans l'industrie. Les impulsions laser extrêmement courtes peuvent même étudier les processus naturels les plus rapides, tels que le transfert d'énergie lors de la photosynthèse et la dynamique électronique.
Même si leur utilisation est de plus en plus répandue, la mesure précise de la forme et de la durée des impulsions reste une tâche difficile. Les instruments électroniques sont trop lents, c'est pourquoi les chercheurs se sont tournés vers les méthodes optiques.
Les méthodes actuelles sont limitées
Cependant, ces types de techniques optiques nécessitent généralement plusieurs mesures dans une séquence de balayage. Cela les rend impropres à la capture d’impulsions individuelles en temps réel.
Des versions à injection unique-ont vu le jour pour caractériser les impulsions très courtes couramment utilisées en science fondamentale-mais ont du mal avec les impulsions plus longues plus couramment utilisées dans les applications industrielles et médicales. Les limitations sont liées à la complexité d’étirer suffisamment les impulsions dans une configuration optique compacte.
Une solution élégante émerge
Des chercheurs de l’Université de Lund ont mis au point un moyen compact et élégant d’étirer des impulsions laser ultrarapides en utilisant un principe optique simple. La recherche est publiée dans la revueOptique.
En envoyant un faisceau laser pulsé à travers un réseau de diffraction-un composant qui sépare spatialement la lumière en ses couleurs-et en imaginant le réseau avec une combinaison de lentilles, ils peuvent contrôler avec précision la durée de l'impulsion à travers le faisceau laser.
Cette approche permet d’allonger les impulsions femtosecondes plus de dix fois dans une configuration optique compacte.
Cela permet une caractérisation complète en une seule fois, sans avoir besoin d'éléments optiques de pré-compensation. Le résultat de ces travaux est une technique polyvalente pouvant fonctionner sur des durées d’impulsion allant de quelques femtosecondes à des centaines, couvrant ainsi des applications scientifiques, industrielles et médicales. Cela ouvre la porte à la surveillance-en temps réel des impulsions individuelles, ce qui était auparavant hors de portée pour de nombreuses plates-formes laser.
Regarder vers l'avenir
Au-delà de la caractérisation des impulsions, ce principe optique peut être appliqué pour façonner les propriétés spatio-temporelles des impulsions lumineuses et explorer différentes façons d'étudier les interactions lumière-matière.
"Alors que les lasers ultrarapides continuent de stimuler l'innovation scientifique et technologique, des outils comme celui-ci seront essentiels pour repousser les limites de la précision et de la compréhension", conclut Cord Arnold, maître de conférences en physique atomique à l'Université de Lund.
