Des chercheurs de Yale University ont formulé une théorie qui permet de mieux comprendre et prédire les propriétés des lasers conventionnels (lasers à cavité) et non conventionnels : les lasers à diffusion aléatoire (diffusive random laser, DRL).
Dans les lasers conventionnels, la lumière est piégée entre deux miroirs parallèles qui constituent une cavité renfermant un milieu amplificateur. Le faisceau émis par les lasers classiques a une longueur d’onde et une puissance de sortie prévisible, en fonction du milieu amplificateur, et de la distance entre les miroirs. C’est le type de laser que l’on retrouve dans les pointeurs lasers, les lecteurs de code barre, des instruments chirurgicaux, ou dans des applications industrielles comme la gravure, la découpe… Une nouvelle génération de lasers, les DRL, ayant vu le jour grâce aux possibilités des nanotechnologies, consiste en un agrégat de nanoparticules qui diffusent la lumière dans toutes les directions dans un milieu amplificateur et contrairement aux lasers conventionnels, ils n’ont pas de miroirs pour piéger la lumière. Les derniers DRL ont été proposés pour des applications en éclairage, en médecine et pour l’affichage. Cependant jusqu’à maintenant il était impossible de prévoir les propriétés de longueur d’onde et de puissance émise. L’approche de Dr Hakan Tureci et Dr Douglas Stone de la théorie Laser diffère de la théorie actuelle car elle est indépendante du temps. En connaissant le résonateur laser et des propriétés physiques simples du milieu amplificateur, la méthode développée permet d’extraire la puissance de sortie, le nombre de modes, leur fréquences et les dépendances spatiales du champ électrique dans et hors du résonateur. Jusqu’à maintenant, pour le cas des DRL la théorie permettait difficilement de faire les simulations temporelles et de les interpréter, et ne permettait pas de savoir quelle était la nature des modes.
Pour créer cette nouvelle théorie fonctionnant pour tous les types de lasers, les chercheurs ont dérivé un nouvel ensemble d’équations non linéaires, dont ils ont implémenté la formulation analytique en langage informatique. Les résultats obtenus sont indépendants du temps, rendant l’interprétation bien plus simple, et qui permettra le design de nouveaux micro et nano lasers. Pour beaucoup d’applications des DRL, il est important de connaître la stabilité temporelle des fréquences émises, en fonction des conditions de pompage. La théorie permet de répondre à cette question, ainsi que celle des interactions entre les modes lasers et leurs conséquences sur la puissance de sortie. En allant plus loin, d’après les chercheurs, la théorie qu’ils ont développée pourrait être utilisée dans la physique des systèmes chaotiques dans des milieux non linéaires.
Source :
– "New unifying theory of lasers advanced by physicists" nanowerk.com, 27 mai 2008, https://www.nanowerk.com/news/newsid=5845.php
– "Strong Interactions in Multimode Random Lasers", Yale, mai 2008, https://www.eng.yale.edu/stonegroup/science.html
Pour en savoir plus, contacts :
"Strong Interactions in Multimode Random Lasers" Hakan E. Türeci, Li Ge, Stefan Rotter, A. Douglas Stone, Science magasine, mai 2008.
Code brève
ADIT : 54821
Rédacteur :
Alban de Lassus, [email protected]
