Un nouvel oscillateur laser génère des impulsions extrêmement courtes avec une puissance inégalée jusqu'à présent - sans perte de qualité due aux amplificateurs. Cela pourrait être utile pour les mesures de précision et la recherche sur les matériaux.
En pratique, des amplificateurs sont souvent placés en aval de la source laser. Cela permet d'atteindre des puissances moyennes élevées, mais cela a un prix : en même temps, la part des longueurs d'onde indésirables dans la lumière émise augmente et sa puissance varie davantage. Cela est particulièrement problématique pour les mesures de précision.
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Une équipe de l'ETH Zurich a produit des impulsions extrêmement intenses à l'aide d'un laser récemment mis au point : les flashs lumineux de 852 femtosecondes ont atteint une puissance de 103 mégawatts. La puissance de sortie moyenne était de 550 watts ; le précédent record dans un oscillateur laser était de 350 watts, comme l'explique l'équipe d'Ursula Keller dans la revue spécialisée "Optica".
Plus de cinq millions d'impulsions de ce type quittent le laser chaque seconde. Contrairement aux lasers à onde continue qui émettent des photons en continu, les lasers à impulsions émettent le rayonnement de manière périodique et concentrent ainsi une énergie particulièrement importante sur chaque impulsion. De tels lasers peuvent rendre visibles des processus extrêmement rapides, jusqu'à l'ordre de l'attoseconde. A ces échelles de temps, les électrons se déplacent à travers les molécules, de sorte que les processus chimiques ou biologiques peuvent être observés au niveau fondamental.
Les chercheurs travaillent donc sur des oscillateurs particulièrement puissants. De tels lasers génèrent et amplifient le rayonnement directement dans l'appareil et ne nécessitent pas d'amplification ultérieure. Les lasers à disque, tels que ceux utilisés par Ursula Keller et son équipe, se sont révélés particulièrement adaptés. Dans leur conception, le matériau laser est un disque de cristal de 100 micromètres d'épaisseur. Des miroirs spécialement disposés conduisent la lumière à travers plusieurs fois et l'amplifient ainsi.
L'équipe doit les performances record qu'elle vient d'atteindre à deux progrès décisifs dans les composants optiques. D'une part, l'équipe a utilisé des miroirs judicieusement disposés pour faire passer la lumière plusieurs fois à travers le disque amplificateur. D'autre part, ils ont utilisé un miroir spécial composé d'un matériau semi-conducteur. Il réfléchit mieux la lumière provenant du disque lorsque son intensité est élevée. Cela a automatiquement placé le laser dans un état pulsé. Grâce à un traitement de surface spécial, le miroir s'est mieux rétabli après l'émission d'une impulsion - des intensités aussi élevées détruisent toujours certains composants qui ne résistent pas à l'énergie.
Le laser se trouve au centre de l'image ; des lentilles et des miroirs montés devant lui réfléchissent le faisceau laser et le redirigent. Source : Moritz Seidel / ETH Zurich
En plus de la puissance moyenne élevée, les chercheurs ont assuré d'autres superlatifs avec ce montage. Ainsi, l'énergie d'impulsion de 100 microjoules est la plus élevée jamais mesurée sur un oscillateur ultrarapide, le record étant jusqu'à présent de 80 microjoules. L'équipe espère que ce nouveau laser permettra d'une part d'améliorer la précision des mesures en recherche fondamentale. D'autre part, le développement se prête bien aux applications industrielles, écrivent-ils dans leur publication, car le traitement des micro-matériaux, comme les métaux et les semi-conducteurs, nécessite précisément des impulsions courtes et de haute énergie.
