Le Groupe Traitement Optique Ultrarapide de l'INRS (Institut national de la recherche scientifique) a redéfini les limites et contraintes des lasers pulsés ultrarapides. Comme indiqué dans Photonique de la nature , des chercheurs de l'équipe du professeur Roberto Morandotti ont produit le premier laser nanoseconde pulsé à verrouillage de mode passif, avec une largeur spectrale record et limitée par transformation de 105 MHz, soit plus de 100 fois inférieure à celle de n'importe quel laser à mode verrouillé à ce jour. Avec une architecture compacte, besoins en puissance modestes, et la capacité unique de résoudre tout le spectre laser dans le domaine des radiofréquences (RF), le laser ouvre la voie à une intégration complète sur puce pour de nouvelles implémentations de détection et de spectroscopie.

Les lasers émettant des trains d'impulsions lumineuses intenses ont permis d'observer de nombreux phénomènes dans de nombreuses disciplines de recherche différentes, et sont à la base d'expériences de pointe en physique moderne, chimie, la biologie, et l'astronomie. Cependant, des intensités d'impulsion élevées avec de faibles taux de répétition se font au détriment de propriétés de bruit médiocres. C'est là qu'interviennent les systèmes laser à verrouillage de mode passif :ils constituent le choix optimal pour générer des trains d'impulsions optiques à faible bruit. De tels systèmes ont, par exemple, a permis de créer des références de fréquences optiques stables pour la métrologie (Prix Nobel, 2005) ainsi que des impulsions ultra-courtes intenses (c. impulsions à cycle unique dans le régime attoseconde) pour l'étude des interactions lumière-matière de haute intensité.

Bien que de nombreuses techniques de verrouillage de mode aient été démontrées, visant principalement à créer des impulsions de plus en plus courtes avec des spectres plus larges, peu de progrès ont été réalisés jusqu'à présent dans la résolution du problème inverse :la génération de sources pulsées stables à bande étroite nanoseconde.

Dans leur dernière publication, l'équipe de recherche de l'INRS présente une nouvelle architecture laser qui capitalise sur les avancées récentes de l'optique micro-cavité non linéaire, repousser les limites plus loin. Spécifiquement, ils exploitent le filtre à bande étroite caractéristique des résonateurs à micro-anneaux intégrés qui, en plus de permettre des déphasages non linéaires élevés, permettent de générer des impulsions nanosecondes par verrouillage de mode.

"La sortie laser pulsée générée a une bande passante spectrale si étroite qu'elle est inaccessible avec des analyseurs de spectre optique de pointe, " dit Michael Kues, stagiaire postdoctoral et auteur principal de l'étude. Pour caractériser la bande passante du laser, les chercheurs ont plutôt utilisé une technique de battement optique cohérente. La bande passante laser record a permis, pour la première fois, mesurer les caractéristiques spectrales complètes d'un laser à mode verrouillé dans le domaine RF en utilisant uniquement l'électronique RF largement disponible et en confirmant, à son tour, la forte cohérence temporelle du laser.

De telles sources pulsées nanosecondes à bande étroite et stables sont souhaitables pour de nombreuses applications de détection et de microscopie, ainsi que pour l'excitation efficace des atomes et des molécules (avec généralement des bandes passantes d'excitation étroites). D'un point de vue fondamental, le nombre faible et traitable de modes laser optiques, combinée à l'accessibilité RF du spectre associé, rendent le laser nouvellement développé par l'équipe très propice à une étude plus approfondie du couplage de modes non linéaires et des régimes de verrouillage de modes complexes.