Les ondes sonores dans l’air dévient des impulsions laser intenses – Physics World

Les ondes sonores dans l’air dévient des impulsions laser intenses – Physics World

Horodatage: 31 octobre 2023 4h13
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Déflecteur acoustique
Idée sonore : la lumière laser passe entre un réseau de transducteurs et de réflecteurs à ultrasons qui crée un réseau de Bragg d'air. Le faisceau laser interagit avec ce réseau et est dévié sans traverser un milieu solide. (Avec l'aimable autorisation : Laboratoire de communication scientifique pour DESY)

Des ondes ultrasonores dans l’air ont été utilisées pour manipuler de puissants faisceaux laser – une première selon des chercheurs allemands. Le réseau de Bragg acousto-optique de l’équipe pourrait conduire à de nouvelles façons utiles de manipuler la lumière.

De la détection des ondes gravitationnelles à la fabrication de semi-conducteurs, une grande partie de la science et de la technologie modernes repose sur le contrôle précis de la lumière laser.

"Les éléments optiques comme les réseaux, les lentilles ou les modulateurs ont toujours constitué les ingrédients de base des dispositifs optiques tels que les lasers, les microscopes et les horloges atomiques, qui ont permis de nombreuses avancées dans divers domaines scientifiques", explique Christoph Heyl de DESY, qui a dirigé la recherche.

Cependant, les exigences en matière de puissance plus élevée, d’impulsions plus courtes et de contrôle plus strict des propriétés de la lumière laser poussent même les éléments optiques les plus avancés au-delà de leurs limites. Aujourd’hui, les chercheurs doivent adapter leurs méthodes pour éviter les dommages causés par la lumière aux composants optiques et atténuer les absorptions indésirables et les effets non linéaires qui dégradent la qualité de la lumière laser.

Manipulation de la densité

Aujourd'hui, Heyl et ses collègues ont adopté une nouvelle approche pour contrôler la lumière, qui promet d'éviter certains des problèmes associés aux composants optiques conventionnels. Leur technique consiste à manipuler la densité de l’air à des échelles de longueur comparables à la longueur d’onde de la lumière.

«Nous utilisons des champs ultrasonores très intenses pour contrôler et rediriger les faisceaux laser sous un petit angle directement dans l'air ambiant, en utilisant le principe de la modulation acousto-optique», explique Heyl.

Dans leur expérience, les chercheurs ont monté un transducteur à ultrasons en face d’un réflecteur sonore plan. Cela crée une onde ultrasonore stationnaire à haute pression dans l’entrefer – une onde qui présente des variations brusques et périodiques de la densité de l’air. L'indice de réfraction de l'air augmente avec la densité, de sorte que l'onde stationnaire agit comme un réseau de Bragg capable de dévier la lumière par diffraction optique. Bien que cette technique soit utilisée pour créer des grilles dans des supports solides tels que le verre, l'équipe affirme que c'est la première fois que cela est réalisé en utilisant de l'air.

Pour utiliser leur réseau, Heyl et ses collègues ont placé une paire de miroirs opposés perpendiculairement à l'onde ultrasonore stationnaire. Un faisceau de lumière pénètre dans l’appareil et est réfléchi plusieurs fois avant de sortir de l’appareil. Cela augmente la distance parcourue par la lumière à travers le réseau de Bragg, renforçant ainsi l'effet de diffraction.

Manipulation haute puissance

L’équipe a constaté qu’environ 50 % de la lumière incidente était déviée et que le reste était transmis – la qualité de la lumière laser incidente étant préservée. L’équipe affirme que les simulations numériques suggèrent que ce pourcentage pourrait être considérablement augmenté à l’avenir. De plus, le réseau peut gérer des impulsions laser de plusieurs gigawatts environ mille fois plus intenses que la limite supérieure des dispositifs utilisant la modulation acousto-optique de matériaux solides.

"Notre approche permet de contourner les restrictions que les milieux solides imposent habituellement : notamment une dispersion inférieure d'un ordre de grandeur, des puissances de crête plus élevées et des plages de longueurs d'onde plus larges", explique Yannick Schrödel, membre de l'équipe et doctorant à DESY.

Sur la base de ces résultats, l’équipe prédit un large éventail d’applications futures pour leur réseau de Bragg acoustique-optique. "Notre méthode fournit des voies directes vers de nouveaux modulateurs optiques d'amplitude et de phase, des commutateurs, des séparateurs de faisceau et bien d'autres éléments, directement mis en œuvre à l'aide de réseaux à base de gaz", explique Schrödel.

L’équipe attend également avec impatience le développement d’autres nouvelles technologies de manipulation de la lumière. «De plus, des éléments optiques plus avancés pourraient être réalisés», poursuit Schrödel. "Cela pourrait permettre de nouvelles orientations passionnantes pour l'optique ultrarapide et d'autres domaines confrontés à des limites en termes de puissance optique et de couverture spectrale."

Le réseau de Bragg acousto-optique est décrit dans Nature Photonics.

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