Des physiciens de la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) et de l'Université Friedrich Schiller d'Iéna (FSU) ont accompli un bond en avant dans la recherche sur la lumière. Ils ont réussi à capturer le comportement d'impulsions laser extrêmement courtes lors de la focalisation grâce à une très haute résolution spatiale et temporelle. Les résultats sont d'une importance fondamentale pour comprendre les interactions entre la lumière et la matière et permettront de contrôler les mouvements des électrons et les réactions chimiques dans une mesure qui n'était pas possible auparavant. Ces connaissances en physique fondamentale profiteront particulièrement à la poursuite des recherches sur de nouvelles sources de rayonnement et dans le domaine de l'électronique à ondes lumineuses. Les chercheurs ont récemment publié leurs découvertes dans la principale revue spécialisée Physique de la nature .
Les impulsions lumineuses ultracourtes avec une gamme de spectre optique si large que les faisceaux apparaissent blancs sont couramment utilisées de nos jours. Entre autres, ils sont utilisés pour examiner la rétine de l'œil tandis qu'en physique, ils sont utilisés pour contrôler les processus au niveau atomique et les analyser au ralenti. Dans presque toutes ces applications, les impulsions laser blanches doivent être focalisées. Comme c'est la forme spécifique de l'onde lumineuse qui détermine comment les électrons, par exemple, se déplacera à l'intérieur, il est essentiel de savoir à quoi ressemble réellement le faisceau laser focalisé en détail.
Afin de mieux comprendre pourquoi, pensez à un navire dans une mer agitée. Le barreur doit non seulement connaître la hauteur et la longueur des vagues, mais doit également garder un œil sur les vagues entrantes afin de savoir quand elles frapperont le navire afin de trouver un chemin sûr jusqu'à la crête de la vague sur d'un côté et vers le bas de l'autre. De la même manière, il est important pour les chercheurs de savoir comment et où le maximum d'une onde lumineuse va frapper les électrons dans une expérience ou une application afin d'avoir une influence ciblée sur eux. L'évolution et la propagation des ondes lumineuses dans un champ électrique s'effectuent sur une échelle de temps de quelques centaines d'attosecondes, c'est-à-dire à moins d'un milliardième de milliardième de seconde. Jusque récemment, il n'a pas été possible de mesurer la distribution exacte des creux et des pics d'onde au foyer d'un faisceau laser sur cette échelle de temps.
Les chercheurs d'Erlangen et d'Iéna y sont parvenus en concentrant des impulsions laser sur une pointe métallique fine de l'ordre du nanomètre, provoquant l'émission d'électrons par la pointe. Ces électrons agissent comme une sorte de capteur qui permet aux chercheurs d'interpréter la forme exacte de l'onde lumineuse.
Regarder voyager léger
Il y a près de 130 ans, le physicien français Louis Georges Gouy (1854-1926) a observé et décrit un déphasage qui s'est produit lors de la focalisation de la lumière monochromatique lorsqu'une interférence a été introduite. Cet effet a été nommé la «phase de Gouy» d'après son découvreur et pendant longtemps on a supposé que l'effet serait le même dans le cas des spectres laser blancs, qui se composent de plusieurs couleurs de lumière. Les résultats obtenus dans le projet conjoint ont ajouté à notre compréhension de l'effet, de sorte que même lorsqu'il s'agit de courtes impulsions lumineuses - et pour rester sur la métaphore pour le moment - aucun capitaine ne sera pris par surprise par des vagues inattendues à l'avenir.
