Impulsions sombres du laser à points quantiques

Quand vous pensez à un laser, vous imaginez probablement un faisceau de lumière continu. Mais de nombreux lasers émettent des impulsions lumineuses incroyablement intenses et courtes. Ces lasers pulsés sont utilisés dans les appareils médicaux et de laboratoire, ainsi que dans les équipements industriels. Maintenant, les chercheurs ont développé un nouveau type de laser pulsé qui utilise des points quantiques pour émettre des rafales non pas de lumière, mais d'obscurité – une astuce qui pourrait s'avérer utile pour la communication optique et l'analyse chimique rapide.

Allumé, éteint à nouveau : Le laser à impulsions sombres, qui utilise des points quantiques, est vu ici comme la fine bande attachée aux fils.

Le nouveau laser à impulsions sombres a été développé par des scientifiques du National Institute of Standards and Technology (NIST) et de l'institut de recherche JILA à Boulder, CO. Le laser NIST émet une lumière ponctuée de rafales d'obscurité extrêmement courtes. Considérez-le comme un laser à onde continue, sauf avec un obturateur très rapide, dit Richard Mirin , un scientifique du NIST.

Cet obturateur crée des impulsions sombres qui durent 90 picosecondes. Cette vitesse de fonctionnement pourrait aider les scientifiques à sonder les réactions chimiques et biologiques ultrarapides. Un laser à impulsion sombre pourrait également être utilisé dans un système de télécommunication à fibre optique où les informations seraient codées sous forme d'impulsions sombres, qui ont tendance à être capables de parcourir de longues distances sans se dégrader en qualité.

Les impulsions sont générées par des points quantiques à l'intérieur d'une puce constituée de couches ultrafines de matériaux semi-conducteurs. Une baisse périodique d'intensité d'environ 70 % est causée par un décalage dans la vitesse à laquelle les points quantiques et les matériaux environnants interagissent avec le courant électrique et les photons produits en interne. Les lasers à semi-conducteurs sont déjà présents dans les systèmes de télécommunications, les lecteurs DVD et les pointeurs laser. Mais cette conception laser est différente en ce qu'elle utilise des points quantiques, des structures de la taille d'un atome qui émettent de la lumière lorsqu'elles sont excitées, pour produire des impulsions sombres.

Mirin du NIST dit que le groupe voulait initialement fabriquer un laser à impulsions lumineuses à l'aide de points quantiques. Les points quantiques peuvent être utilisés pour fabriquer des lasers qui ont une large gamme de couleurs. Il s'avère que le processus de découverte nous a conduit à quelque chose d'intéressant avec cette configuration particulière [de points quantiques], dit-il.

Dirk Englund , professeur de génie électrique et de physique appliquée à l'Université de Columbia, affirme que les impulsions sombres créées par les scientifiques du NIST et du JILA sont similaires à des quasi-particules bien connues appelées solitons sombres. Les solitons réguliers sont des impulsions lumineuses qui passent à travers un matériau optique spécial qui les empêche de se disperser ou de perdre de l'énergie à distance. Les solitons sombres sont l'absence d'énergie dans un fond de faisceau continu, dit Englund.

Mais il est difficile de générer des solitons sombres, c'est pourquoi la technique n'a pas été utilisée dans les télécommunications, explique Mirin. La configuration est lourde, et parfois un seul soliton sombre est produit. Le nouveau laser à impulsions sombres permet de produire plus facilement un effet de type soliton, explique Mirin.

Bien qu'il ne semble pas que ces impulsions sombres soient en fait des solitons, dit Englund, elles sont similaires et pourraient s'avérer utiles dans les applications de communication et de mesures optiques.

Il est trop tôt pour promettre que les impulsions sombres révolutionneront les télécommunications, dit Mirin. Étant donné que les systèmes de communication d'aujourd'hui utilisent des impulsions lumineuses lumineuses, les fibres optiques ont été conçues pour réduire la quantité d'énergie perdue en raison de la dispersion, ce qui signifie que les impulsions sombres ne pourraient pas voyager efficacement le long de la fibre existante. Les lasers à impulsions sombres auraient besoin de leur propre type de fibre spécialement conçu. Néanmoins, il est encouragé par le fait que la découverte d'une source compacte et fiable d'impulsions sombres pourrait ouvrir de nouveaux domaines de recherche.

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