Une équipe de recherche dirigée par des ingénieurs électriciens de l'UCLA a développé une nouvelle technique pour contrôler l'état de polarisation d'un laser qui pourrait conduire à une nouvelle classe de puissants, lasers de haute qualité pour une utilisation en imagerie médicale, détection et détection de produits chimiques, ou la recherche en sciences fondamentales.

Pensez aux lunettes de soleil polarisées, qui aident les gens à voir plus clairement dans une lumière intense. La polarisation fonctionne en filtrant les ondes lumineuses visibles pour ne laisser passer que les ondes dont le champ électrique pointe dans une direction spécifique, ce qui réduit la luminosité et l'éblouissement.

Comme la luminosité et la couleur, la polarisation est une propriété fondamentale de la lumière qui émerge d'un laser. La manière traditionnelle de contrôler la polarisation d'un laser consistait à utiliser un composant séparé comme un polariseur ou une lame d'onde. Pour changer sa polarisation, le polariseur ou la plaque d'onde doit être physiquement tourné, un processus lent qui se traduit par un système laser physiquement plus grand.

L'équipe de la UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science a développé un matériau artificiel spécialisé, un type de "métasurface, " qui peut régler l'état de polarisation du laser de manière purement électronique, sans aucune pièce mobile. La recherche a été publiée dans Optique . L'avancée révolutionnaire a été appliquée à une classe de lasers dans la gamme de fréquences térahertz sur le spectre électromagnétique, qui se situe entre les micro-ondes et les ondes infrarouges.

« Bien qu'il existe plusieurs façons de changer rapidement de polarisation dans le spectre visible, dans la gamme térahertz, il y a actuellement un manque de bonnes options, " a déclaré Benjamin Williams, professeur agrégé de génie électrique et chercheur principal de la recherche. « Dans notre approche, le contrôle de polarisation est intégré directement dans le laser lui-même. Cela permet une configuration plus compacte et intégrée, ainsi que la possibilité de commutation électronique très rapide de la polarisation. Aussi, notre laser génère efficacement la lumière dans l'état de polarisation souhaité - aucune puissance laser n'est gaspillée pour générer de la lumière dans la mauvaise polarisation."

Le rayonnement térahertz pénètre dans de nombreux matériaux, tels que les revêtements diélectriques, des peintures, mousses, plastiques, matériaux d'emballage, et plus sans les endommager, dit Williams.

"Certaines applications incluent donc l'évaluation non destructive en milieu industriel, ou révélant des traits cachés dans l'étude de l'art et des antiquités, " dit Williams, qui dirige le Laboratoire Dispositifs Terahertz et Nanostructures intersous-bandes. "Par exemple, notre laser pourrait être utilisé pour l'imagerie térahertz, où l'ajout d'un contraste de polarisation peut aider à découvrir des informations supplémentaires dans l'œuvre d'art, comme une meilleure détection des bords pour les défauts cachés ou les structures."

Le travail est basé sur le développement récent du groupe du premier laser au monde à émission de surface à cavité externe verticale, ou VECSEL, qui fonctionne dans la gamme térahertz.

Leur nouvelle métasurface couvre une superficie de 2 millimètres carrés et présente un motif en zigzag distinct d'antennes filaires qui traverse sa surface. Un courant électrique parcourt les fils, exciter sélectivement des segments particuliers du matériau laser, qui permet à un utilisateur de modifier et de personnaliser l'état de polarisation selon ses besoins.