Des chercheurs de l'Institut national de la recherche scientifique (INRS) ont découvert un moyen économique de régler le spectre d'un laser sur l'infrarouge, une bande de grand intérêt pour de nombreuses purposes laser. Ils ont collaboré avec des équipes de recherche autrichiennes et russes pour développer cette innovation, qui fait désormais l'objet d'une demande de brevet. Les résultats de leurs travaux ont été récemment publiés dans Optica, la revue phare de l'Optical Modern society (OSA).




Dans ce domaine d'étude, de nombreuses purposes laser présentent un avantage décisif si la longueur d'onde laser est localisée et éventuellement accordable dans la région infrarouge. Cependant, ce n'est encore guère le cas avec les systems laser ultra-rapides actuelles et les scientifiques doivent explorer divers processus non linéaires pour déplacer la longueur d'onde d'émission. En particulier, l'amplificateur paramétrique optique (OPA) a été jusqu'à présent le seul outil bien établi pour atteindre cette fenêtre infrarouge. Bien que les systèmes OPA offrent une huge gamme d'accordabilité, ils sont complexes, souvent composés d'étapes multiples et assez coûteux.

L'équipe du Professeur Luca Razzari, en collaboration avec le Professeur Roberto Morandotti, a démontré qu'une grande accordabilité des longueurs d'onde peut également être obtenue avec un système very simple et beaucoup moins coûteux: une fibre à âme creuse (capillaire) remplie d'azote. De additionally, cette approche délivre facilement des impulsions optiques as well as courtes que celles du laser d'entrée et avec une qualité spatiale élevée. Les chercheurs ont également bénéficié de l'expertise de l'INRS dans ce domaine, puisque le système spécial d'étirement et de maintien de telles fibres est commercialisé par la startup en quelques cycles.




Élargissement spectral asymétrique

Habituellement, les fibres à âme creuse sont remplies d'un gaz monoatomique tel que l'argon afin d'élargir symétriquement le spectre du laser, puis de le recomprimer en une impulsion optique beaucoup furthermore courte. L'équipe de recherche a découvert qu'en utilisant un gaz moléculaire tel que l'azote, un élargissement spectral était encore feasible, mais de manière inattendue.

« Plutôt que de s'étaler symétriquement, le spectre a été déplacé de manière impressionnante vers des longueurs d'onde infrarouges moins énergétiques. Ce décalage de fréquence est le résultat de la réponse non linéaire associée à la rotation des molécules de gaz et, en tant que tel, il peut être facilement contrôlé en faisant varier la pression du gaz. (c'est-à-dire le nombre de molécules) dans la fibre « , explique le Dr Riccardo Piccoli, qui a dirigé les expériences dans l'équipe de Razzari.

Une fois le faisceau élargi vers l'infrarouge, les chercheurs filtrent le spectre de sortie pour ne conserver que la bande d'intérêt. Avec cette approche, l'énergie est transférée dans la gamme spectrale proche infrarouge (avec une efficacité comparable à celle des OPA) dans une impulsion trois fois additionally courte que l'entrée, sans appareil complexe ni système de publish-compression d'impulsion supplémentaire.

Une collaboration internationale

Pour compléter la recherche, les scientifiques de l'INRS se sont joints à des collègues autrichiens et russes. « Nous avons mis notre expertise en commun après avoir découvert lors d'une conférence à quel stage les phénomènes que nos deux groupes avaient observés étaient similaires », déclare Razzari.

L'équipe de chercheurs basée à Vienne dirigée par le professeur Andrius Baltuska et le Dr Paolo A. Carpeggiani avait une stratégie complémentaire à celle de l'INRS. Ils ont également utilisé une fibre à âme creuse remplie d'azote, mais plutôt que de filtrer le spectre, ils l'ont compressé dans le temps avec des miroirs capables d'ajuster la section de l'impulsion élargie. « Dans ce cas, le déplacement world wide de l'infrarouge était moins extrême, mais l'impulsion finale était beaucoup in addition courte et plus intensive, parfaitement adaptée à l'attoseconde et à la physique des champs forts », explique le Dr Carpeggiani.

L'équipe basée à Moscou, dirigée par le professeur Aleksei Zheltikov, s'est concentrée sur le développement d'un modèle théorique pour expliquer ces phénomènes optiques. En combinant ces trois approches, les chercheurs ont pu comprendre pleinement la dynamique sous-jacente complexe et obtenir non seulement le décalage extrême vers le rouge à l'aide d'azote, mais également une compression d'impulsions efficace dans la gamme infrarouge.

L'équipe internationale estime que la méthode pourrait très bien répondre à la demande croissante de sources extremely-rapides à longue longueur d'onde dans les applications laser et à champ fort, à commencer par des systèmes accordables de qualité industrielle moins coûteux basés sur la technologie émergente du laser à l'ytterbium.