Une équipe de l'Université de Stanford a fabriqué un laser à pierres précieuses en titane sur puce, selon un rapport publié le 26 juin dans la revue Nature. Le résultat constitue un énorme progrès, tant en termes d'efficacité d'échelle que de coût.
Les lasers à saphir et titane sont indispensables dans de nombreux domaines tels que l'optique quantique de pointe, la spectroscopie et les neurosciences, mais ils ne sont pas largement utilisés dans le monde réel. En effet, ces lasers sont généralement volumineux et coûteux, coûtant des centaines de milliers de dollars chacun, et nécessitent d'autres appareils de grande puissance (vendus environ 30 000 dollars chacun) pour fonctionner.
Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont d'abord déposé une grande couche de saphir de titane sur une plate-forme en dioxyde de silicium, puis ont meulé, gravé et poli le saphir de titane pour en faire une couche extrêmement fine, de quelques centaines de nanomètres d'épaisseur seulement, puis ont conçu un vortex de minuscules crêtes sur cette fine couche. Ces crêtes agissent comme des câbles à fibres optiques, guidant la lumière dans une boucle continue d'intensité progressivement croissante. Ce motif est appelé guide d'ondes. Comparé aux autres lasers à saphir de titane, ce prototype est quatre ordres de grandeur plus petit (soit un dix millième de l'original) et trois ordres de grandeur moins cher (soit un millième de l'original).
La partie restante est un élément chauffant à micro-échelle qui chauffe la lumière qui traverse le guide d'ondes, permettant aux chercheurs de modifier la longueur d'onde de la lumière émise, en l'ajustant à une gamme de longueurs d'onde comprises entre 700 et 1,000 nanomètres, c'est-à-dire du rouge à l'infrarouge.
En physique quantique, le nouveau laser pourrait réduire considérablement la taille des ordinateurs quantiques de pointe ; en neurosciences, il pourrait avoir des applications en optogénétique, permettant aux scientifiques de contrôler les neurones en dirigeant la lumière à l'intérieur du cerveau à travers des fibres optiques relativement grandes ; et en ophtalmologie, il pourrait permettre de nouvelles applications en chirurgie laser en conjonction avec l'amplification par impulsions chirpées, ou fournir une tomographie par cohérence optique moins chère et plus compacte pour évaluer la santé de la rétine.
Actuellement, la technologie constamment mise à jour permet à de nombreux laboratoires d'avoir un laser ultra-petit sur une seule puce plutôt qu'un seul laser grand et coûteux. Les lasers plus petits contribuent en fait à améliorer l'efficacité : mathématiquement, l'intensité est égale à la puissance divisée par la surface. Ainsi, en gardant la même puissance qu'un grand laser mais en réduisant la zone sur laquelle il se concentre, l'intensité augmente considérablement. De plus, ces petits lasers puissants peuvent sortir du laboratoire plus rapidement et servir à de nombreuses applications importantes différentes.
