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Actualités scientifiques


12 avril 2018


Comment une impulsion laser nait du chaos



Des chercheurs de l'Institut Femto-ST et de la Tampere University of Technology (Finlande) ont réalisé un dispositif expérimental permettant d'étudier les mécanismes de génération d'impulsions laser ultra courtes. Une première, qui devrait faciliter la conception de sources laser plus performantes, et apporter des réponses à des questions de physique fondamentale. Les résultats sont publiés dans la revue Nature Photonics.



Que passe-t-il à l'intérieur d'un laser à impulsions courtes pendant sa phase de démarrage ? Durant quelques dizaines ou centaines de millisecondes, son comportement est instable, chaotique, avant de se stabiliser en un régime où le laser émet un train d’impulsions régulières. Cette phase restait jusqu'ici mal connue, ce qui laissait des zones d'ombre sur les mécanismes de génération des impulsions laser. Des chercheurs de l'Institut Femto-ST (CNRS/UFC/ENSMM/UTBM) et de l'université de Tampere (Finlande) ont mis au point un outil expérimental qui permet de caractériser complètement le champ électromagnétique pendant la phase de démarrage du laser, et de comprendre ainsi les phénomènes qui font émerger un régime stable à partir du chaos.

La difficulté était d'arriver à mesurer en même temps, et en temps réel, les caractéristiques temporelles (l'évolution du signal en fonction du temps) et spectrales du champ électromagnétique, avec un laser qui émet des impulsions de l'ordre de la picoseconde (10-12 seconde). Les mesures effectuées par les chercheurs s'appuient sur deux dispositifs expérimentaux. Une lentille temporelle dilate la durée de l'impulsion, qui passe de l'ordre de la picoseconde à la nanoseconde (10-9 seconde). Et une technologie de transformée de Fourier enregistre le spectre en temps réel. L'utilisation simultanée des deux techniques, suivie du traitement des résultats de mesure par un algorithme avancé, ont donné une caractérisation complète : les variations de fréquence du signal au sein de son profil temporel.

La meilleure compréhension de la phase initiale d'instabilité du laser ouvre la voie à la conception de sources laser plus performantes. Elle devrait aussi répondre à des questions fondamentales en électromagnétisme, mais aussi dans d'autres domaines où l'instabilité initiale joue un grand rôle , par exemple en hydrodynamique (la génération de vagues scélérates dans les océans), dans les réacteurs de fusion nucléaire expérimentaux, en finance, etc.

© FAST

© Goery Genty

Résultats expérimentaux montrant les instabilités temporelles laser


Références :

Real-time full-field characterization of transient dissipative soliton dynamics in a mode-locked laser
P. Ryczkowski, M. Närhi, C. Billet, J.-M. Merolla, G. Genty & J. M. Dudley,
Nature Photonics, 5 mars 2018
DOI: 10.1038/s41566-018-0106-7


Contact chercheur :

John Dudley - Femto-ST


Contact communication INSIS :
insis.communication@cnrs.fr


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