Des physiciens tirent un laser dans un couloir universitaire et battent un record

Des physi­ciens vien­nent d’établir un nou­veau record en piégeant une impul­sion laser auto-focal­isée dans une cage d’air le long d’un couloir uni­ver­si­taire de 45 mètres de long.

Dirigée par le physi­cien Howard Milch­burg de l’u­ni­ver­sité du Mary­land (UMD), cette expéri­ence innove en matière de con­fine­ment de la lumière dans des canaux appelés guides d’on­des aériens.

Les résul­tats de cette recherche ont été accep­tés par Phys­i­cal Review X et sont disponibles sur le serveur arX­iv preprint. Ce résul­tat pour­rait fournir de nou­velles pistes pour réalis­er des com­mu­ni­ca­tions longue dis­tance à l’aide de lasers et des tech­nolo­gies d’arme­ment avancées util­isant des lasers.

“Nos résul­tats mon­trent que si nous avions eu un guide d’on­des plus long, nous auri­ons pu accorder le laser”, explique Andrew Tar­taro, physi­cien à l’UMD.

“Mais nous avons fait ce qu’il fal­lait avec le guidage de pas­sage que nous avons maintenant”.

Les lasers peu­vent être util­isés dans une var­iété d’ap­pli­ca­tions, mais un fais­ceau de lumière ordon­né et cohérent doit être col­lec­té et focal­isé d’une manière ou d’une autre. S’il est lais­sé sans sur­veil­lance, le laser se dif­fuse, ce qui réduit sa puis­sance et son efficacité.

Le guide d’on­des, comme son nom l’indique, est une tech­nolo­gie qui guide les ondes élec­tro­mag­né­tiques vers un chemin spé­ci­fique et empêche la diffusion.

La fibre optique en est un exem­ple. Elle con­siste en un tube de verre qui per­met le pas­sage des ondes électromagnétiques. 

La gaine extérieure du tube a un indice de réfrac­tion inférieur à celui du cen­tre du tube, de sorte que la lumière qui serait autrement dif­fusée est déviée à l’in­térieur du tube, ce qui main­tient le fais­ceau sur sa longueur.

En 2014, Milch­berg et ses col­lègues ont démon­tré avec suc­cès ce qu’ils appel­lent un guide d’on­des aérien. Au lieu d’u­tilis­er une struc­ture physique comme un tube, ils ont util­isé des impul­sions laser pour con­cen­tr­er la lumière laser. 

Ils ont ain­si con­staté qu’un laser pul­sé génère un plas­ma qui chauffe l’air sur son chemin, lais­sant un chemin d’air moins dense. Lorsque l’air moins dense se dilate, il crée de minus­cules sons de ton­nerre qui suiv­ent le laser pour for­mer ce qu’on appelle un filament.

L’air moins dense a un indice de réfrac­tion plus faible que l’air envi­ron­nant, comme la gaine d’un tube de fibre optique. Ain­si, en lançant ces fil­a­ments dans une dis­po­si­tion spé­ci­fique pour “bercer” la lumière laser, il est pos­si­ble de for­mer un guide d’on­des à par­tir de l’air.