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Un projet financé par l'UE agite le secteur des lasers

Le projet GOSFEL a effectué la démonstration d'un nouveau type de laser compact à électrons libres, à l'état solide, basé sur du graphène.
Un projet financé par l'UE agite le secteur des lasers
Le fait de disposer de lasers compacts et économiques serait très intéressant dans de nombreux domaines comme les communications (par ex. en espace libre), la sécurité (par ex. la lutte anti-missiles) ou la détection (par ex. d'explosifs). Les plages encore inutilisées du spectre, tout spécialement l'infrarouge lointain et les THz, sont prometteuses pour concevoir de nouvelles sources laser. Par ailleurs, les lasers à électrons libres (LEL) représentent une alternative totalement différente aux lasers classiques, et pourraient être les générateurs de rayonnements cohérents les plus souples, puissants et efficaces, accordables depuis les ultraviolets jusqu'aux infrarouges. Cependant, ces lasers sont actuellement bien trop gros et coûteux.

Le projet GOSFEL (Graphene on Silicon Free Electron Laser) a exploité des qualités spéciales du graphène, récemment découvertes. Comme le souligne le professeur Geoffrey Nash, coordinateur du projet, la création d'une version compacte de ce laser, relativement économique et à l'état solide, est depuis longtemps un objectif des physiciens et des ingénieurs.

De la théorie au concept et à la réalisation

La première priorité du projet GOSFEL était d'améliorer la compréhension théorique des principes et de la physique impliqués, puis de passer à la conception et à la construction d'un système mixte graphène-métamatériau, fonctionnant comme une cavité laser et augmentant notablement l'interaction entre le graphène et la lumière.

Un laser à électrons libres fonctionne sur la base de faisceaux d'électrons émis dans le vide et qui traverse un champ magnétique alternatif, ce qui engendre l'émission de rayonnements. La longueur de l'onde émise dépend de l'énergie du faisceau d'électrons et de la période du champ magnétique.

Au lieu d'utiliser un champ magnétique, les chercheurs de GOSFEL ont structuré le graphène pour accélérer ou ralentir les électrons, et les faire émettre des rayonnements de 0,2 à 10 THz. L'équipe teste des systèmes intégrant cette structure, et compte démontrer le principe de fonctionnement dans les mois qui viennent. Elle a aussi mis au point une nouvelle cavité de rétroaction électromagnétique, qui sera à terme intégré aux systèmes.

Le système mixte a cependant eu une conséquence quelque peu inattendue, comme l'explique le professeur Nash: «Le dispositif mixte constitué de graphène et d'un méta-matériau a été conçu pour être la cavité du laser, mais nous avons constaté qu'il peut aussi servir de base pour étudier la physique des interactions entre la lumière et la matière.»

De nombreuses applications

Le professeur Nash souligne que la démonstration par GOSFEL d'un laser à électrons libres sur graphène remettrait en question les opinions établies sur les lasers (comme un fonctionnement à température normale), et ouvrirait des perspectives de progrès dans plusieurs domaines de la recherche et du développement. Une nouvelle catégorie de composants basés sur le graphène (potentiellement plus économiques que ceux à base de semi-conducteurs) serait très intéressante pour les fabricants de capteurs, d'analyseurs et d'instruments.

Interrogé sur les applications potentielles, le professeur Nash déclarait que «Nous avons déjà démontré des modulateurs THz sans équivalent qui pourraient servir dans de futurs systèmes de communication, ainsi que des photodétecteurs au graphène utilisant une cavité.» Il ajoutait: «La possibilité d'accorder les modes mixtes ouvre la voie à une détection sans spectromètre. Avec le détecteur intégré, ceci peut conduire à des capteurs miniaturisés très sensibles et économiques, par exemple pour un usage sur le point des soins.» Il ajoutait que cette technique peut aussi conduire à de nouveaux capteurs pour mieux surveiller les polluants dans l'atmosphère, comme le dioxyde d'azote, et donc à de meilleures mesures de contrôle et d'atténuation.

Pour l'avenir, le professeur estime qu'une fois le financement approprié obtenu, les travaux s'appuieront sur ce détecteur et ce modulateur de preuve de principe, pour réaliser des prototypes à l'intention des secteurs des composants et des capteurs.

Pour plus d'informations, veuillez consulter:
site web du projet

Source: D'après un entretien avec le coordinateur du projet

Informations connexes

Numéro d'enregistrement: 125821 / Dernière mise à jour le: 2016-07-15
Catégorie: Progrès scientifiques
Fournisseur: ec