Une illustration du résonateur Kerr à fibre optique, que les chercheurs de Rochester ont utilisé avec un filtre spectral pour créer des impulsions laser très chirpées. Le motif arc-en-ciel au premier plan montre comment les couleurs d'une impulsion laser chirpée sont séparées dans le temps. Crédit : Illustration de l'Université de Rochester / Michael Osadciw
Des chercheurs de l'Université de Rochester décrivent les premières impulsions fortement modulées créées par l'utilisation d'un filtre spectral dans un résonateur Kerr.
Le prix Nobel de physique 2018 a été partagé par des chercheurs qui ont mis au point une technique pour créer des impulsions laser ultracourtes mais extrêmement énergétiques à l'Université de Rochester.
Aujourd'hui, des chercheurs de l'Institut d'optique de l'Université ont produit ces mêmes impulsions de haute puissance, appelées impulsions modulées, d'une manière qui fonctionne même avec un équipement peu coûteux et de qualité relativement médiocre. Les nouveaux travaux pourraient ouvrir la voie à :
- De meilleurs systèmes de télécommunication à haute capacité
- Étalonnages astrophysiques améliorés utilisés pour trouver des exoplanètes
- Des horloges atomiques encore plus précises
- Appareils précis pour mesurer les contaminants chimiques dans l'atmosphère
Dans un article Optica, les chercheurs décrivent la première démonstration d'impulsions fortement modulées créées en utilisant un filtre spectral dans un résonateur Kerr, un type de cavité optique simple qui fonctionne sans amplification. Ces cavités ont suscité un grand intérêt parmi les chercheurs car elles peuvent supporter "une multitude de comportements compliqués, y compris des éclats de lumière à large bande utiles", explique le co-auteur William Renninger, professeur adjoint d'optique.
En ajoutant le filtre spectral, les chercheurs peuvent manipuler une impulsion laser dans le résonateur pour élargir son front d'onde en séparant les couleurs du faisceau.
La nouvelle méthode est avantageuse car "à mesure que vous élargissez l'impulsion, vous réduisez le pic de l'impulsion, ce qui signifie que vous pouvez alors y mettre plus d'énergie globale avant qu'elle n'atteigne une puissance de crête élevée qui cause des problèmes", explique Renninger.
Le nouveau travail est lié à l'approche utilisée par Les lauréats du prix Nobel Donna Strickland '89 (PhD) et Gerard Mourou, qui ont contribué à inaugurer une révolution dans l'utilisation de la technologie laser lorsqu'ils ont été les pionniers de l'amplification des impulsions chirpées tout en effectuant des recherches au Laboratoire d'énergie laser de l'Université.
L'œuvre tire parti de la façon dont la lumière est dispersée lors de son passage à travers des cavités optiques. La plupart des cavités antérieures nécessitent une dispersion « anormale » rare, ce qui signifie que la lumière bleue se déplace plus rapidement que la lumière rouge.
Cependant, les impulsions chirpées vivent dans des cavités de dispersion "normales" dans lesquelles la lumière rouge se propage plus rapidement. La dispersion est dite « normale » car c'est le cas beaucoup plus courant, ce qui va fortement augmenter le nombre de cavités pouvant générer des impulsions.
Les cavités antérieures sont également conçues pour avoir moins d'un pour cent de perte, tandis que les impulsions modulées peuvent survivre dans la cavité malgré une perte d'énergie très élevée. "Nous montrons des impulsions modulées qui restent stables même avec une perte d'énergie de plus de 90 %, ce qui défie vraiment la sagesse conventionnelle", déclare Renninger.
« Avec un simple filtre spectral, nous sommes maintenant en utilisant perte pour générer des impulsions dans les systèmes de dispersion avec perte et normale. Ainsi, en plus d'améliorer les performances énergétiques, cela ouvre vraiment la voie aux types de systèmes pouvant être utilisés. »
Parmi les autres collaborateurs figurent l'auteur principal Christopher Spiess, Qiang Yang et Xue Dong, tous assistants de recherche diplômés actuels et anciens du laboratoire de Renninger, et Victor Bucklew, un ancien associé postdoctoral du laboratoire.
« Nous sommes très fiers de ce papier », déclare Renninger. "Cela a mis longtemps à venir."
Référence : « Solitons dissipatifs chirpés dans des résonateurs optiques entraînés » par Christopher Spiess, Qian Yang, Xue Dong, Victor G. Bucklew et William H. Renninger, 10 juin 2021, Optica.
DOI : 10.1364/OPTICA.419771
L'Université de Rochester et le National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering des National Institutes of Health ont soutenu financièrement ce projet.
