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High-Intensity Coherent Nonlinear Optics

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Une technologie laser améliore l’efficacité de l’optique non linéaire

Les systèmes laser optiques constituent l’une des technologies clés majeures du XXIe siècle, mais des méthodes doivent être mises au point pour améliorer les processus optiques non linéaires pilotés par des lasers ultra-rapides. Une initiative de l’UE a permis de développer des technologies photoniques innovantes et avancées pour manipuler et contrôler la matière.

Économie numérique
Technologies industrielles

Les technologies laser font partie de notre vie quotidienne, avec un large éventail d’applications scientifiques et commerciales dans des domaines tels que la physique, la chimie, l’ingénierie, la médecine et le traitement de l’information. Étendre cette gamme d’applications requiert un développement constant des régimes accessibles lors de l’exploitation des lasers. Les concepts issus des processus optiques non linéaires offrent tous les moyens permettant d’atteindre cet objectif. Toutefois, l’optique non linéaire pâtit généralement d’une efficacité limitée. Thomas Halfmann, coordinateur du projet HICONO, financé par l’UE, et professeur de physique à l’université technique de Darmstadt, présente l’approche du projet: «Nous avons mis en place les bases théoriques sous-jacentes à de nouveaux mécanismes permettant de contrôler les atomes et les molécules avec des lasers intenses et nous en avons apporté des preuves expérimentales.»

Au-delà de la physique des lasers ultrarapides et de l’optique non linéaire de pointe

HICONO a développé de nouvelles technologies optiques pour générer et mesurer des impulsions lumineuses ultrarapides de l’ordre de la femtoseconde (un millionième d’un milliardième de seconde) et en deçà. Le projet a également développé de nouvelles techniques de microscopie laser et introduit des outils disponibles dans le commerce qui permettent d’effectuer des mesures de distance de haute précision. «Nous avons introduit et appliqué de nouveaux mécanismes d’interaction entre une lumière de forte intensité et de la matière, dans le but de proposer des sources lumineuses fonctionnant dans de nouveaux régimes de longueur d’onde proches des rayonnements ultraviolets extrêmes», explique Thomas Halfmann. «Cela permet de surveiller des processus ultrarapides à l’échelle microscopique.» Plus précisément, les chercheurs ont suivi des processus physico-chimiques microscopiques avec une résolution temporelle sans précédent – de l’ordre de l’attoseconde (un trillionième de seconde). «Cela a permis de comprendre des processus jusqu’à présent très peu connus, car on ne disposait d’aucune technique opérant à la fois sur une courte échelle temporelle et à une grande résolution spatiale», fait remarquer Thomas Halfmann. Par ailleurs, les chercheurs ont étudié de nouvelles façons d’améliorer la luminosité des lasers à des longueurs d’onde très courtes, nettement inférieures aux longueurs d’onde ultraviolettes. Ces courtes longueurs d’onde présentent un intérêt pour la lithographie laser et, par conséquent, pour la fabrication de structures ultrapetites comme celles des puces électroniques.

Des technologies permettant de mesurer et de caractériser des champs lumineux complexes

Pour finir, l’équipe HICONO a développé des outils techniques présentant un potentiel commercial pour mesurer des impulsions lumineuses arbitrairement complexes et ultrarapides ou des distances de l’ordre du nanomètre (un milliardième de mètre). «Ce dernier point revêt une importance considérable pour la filière de l’optique appliquée dans des domaines comme la physique, la chimie, la médecine et l’ingénierie, car ces outils permettent d’obtenir des éléments optiques de la plus haute qualité», observe Thomas Halfmann. Les efforts de recherche d’HICONO ont abouti à deux produits commerciaux pour la caractérisation des impulsions laser ultrarapides dans l’infrarouge moyen et les mesures de distance ultraprécises. «Développer de nouvelles techniques pour mesurer les processus ultrarapides permettra aux chercheurs d’étudier des systèmes et des dynamiques qui étaient jusqu’à présent hors de portée», poursuit Thomas Halfmann. «Nous nous attendons en particulier à en savoir plus sur les processus chimiques et biochimiques complexes, ce qui pourrait à long terme se traduire par de nouveaux développements en médecine, en biosciences ou en pharmacologie.» Le projet a également contribué à l’expansion et à la croissance rapide du domaine des technologies photoniques en inculquant des compétences adaptées à dix chercheurs en début de carrière pour capitaliser sur les concepts inhérents aux technologies laser à haute intensité, au contrôle par laser et à l’optique non linéaire appliquée. Ces recherches ont été entreprises avec le soutien du programme Marie Skłodowska-Curie.

Mots‑clés

HICONO, laser, optique non linéaire, longueur d’onde, processus optiques non linéaires, impulsions lumineuses, technologies photoniques

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