Le rayon laser de 0,0000000000003 seconde
Un nouveau laser basé sur des points quantiques génère des pulses ultracourts plus puissants et avec moins d’énergie. De quoi reconstituer des images 3D avec une précision micrométrique.
Pour reconnaître le visage d’un usager: un nuage de faisceaux laser. | Keystone/AP Photo/Marcio Jose Sanchez
Au laboratoire comme au cinéma, les rayons laser apparaissent comme des flux continus de lumière colorée. En réalité, ils sont composés d’impulsions lancées trop rapidement pour que nous puissions distinguer les intervalles. Les lasers «ultrafast» poussent le principe à l’extrême en envoyant des impulsions tous les milliardièmes de seconde. Ils peuvent mesurer des intervalles de temps – et donc des distances – avec une très grande précision. Une équipe de l’ETH Zurich dirigée par Ursula Keller a repoussé les limites de ces dispositifs en termes de compacité et de consommation d’énergie en optimisant l’amplification. Leur laser génère des pulses de 0,3 millième de milliardième de seconde.
Tous les lasers exploitent un même phénomène: lorsqu’un atome dans un niveau énergétique excité reçoit un photon, il en émet un second de même fréquence et de même phase. La réaction en chaîne produit alors un flux de photons: c’est le faisceau laser. Comme amplificateur, l’équipe zurichoise a utilisé un semiconducteur nanostructuré favorisant l’auto-génération de boîtes quantiques. Celles-ci piègent des électrons excités, ce qui permet l’amplification de photons. «Avec une densité de mille milliards de boîtes quantiques par millimètre carré, ce matériau se prête à la conception de femtolasers à haut rendement, compacts et peu énergivores», explique Ursula Keller.
Des lasers ultrafast ont récemment fait leur apparition dans des dispositifs grand public. Le dispositif de reconnaissance faciale du dernier iPhone émet un nuage de faisceaux lasers et analyse les photons réfléchis par le visage de l’usager pour en faire un modèle 3D. Mais leur faible puissance limite leur utilisation à de proches objets, car le nombre de photons pouvant revenir sur le capteur diminue avec la distance. «Notre technologie permettrait de mesurer en 3D un environnement physique plus large, et cela avec une précision de l’ordre du micromètre», estime la chercheuse.
