À son niveau le plus élémentaire, un laser aléatoire est précisément ce que son nom implique; Aléatoire. C'est aléatoire dans le spectre de la lumière qu'il produit et dans la façon dont la lumière est émise, faire ce qui pourrait être une source laser extrêmement polyvalente, presque inutile pour la plupart des applications pratiques.

Donc, Comment contrôlez-vous une partie du caractère aléatoire pour créer des appareils utiles ? C'est une question qui a conduit une équipe de chercheurs de l'Université du Nouveau-Mexique à une découverte qui fait passer la technologie laser à un niveau supérieur.

"C'est incroyable de voir comment ce projet a progressé, " dit Behnam Abaie, un doctorat étudiant au Centre des Matériaux de Haute Technologie (CHTM) de l'UNM. « Quand j'ai commencé à travailler avec le professeur [Arash] Mafi, Je savais que ce projet avait le potentiel d'être très réussi, mais je ne m'y attendais pas."

Abaie est le premier auteur sur le papier, 'Lasage aléatoire dans une fibre optique de localisation d'Anderson', récemment publié dans Nature's Light:Science &Applications. L'article fournit une analyse technique de la façon dont l'équipe de recherche, dirigé par le directeur par intérim du CHTM, Arash Mafi, est capable de contrôler de manière fiable ces extrêmement puissants, mais auparavant incontrôlable, lasers.

« Notre succès dans le contrôle de ces lasers aléatoires résout des problèmes vieux de dix ans qui ont empêché ces lasers de devenir des appareils grand public, " dit Mafi, qui est également professeur agrégé au Département de physique et d'astronomie de l'UNM. "C'est une contribution très excitante."

Les lasers traditionnels se composent de trois composants principaux :une source d'énergie, gain moyen et cavité optique. La source d'énergie est fournie par un processus appelé « pompage » et peut être fournie par un courant électrique ou une autre source lumineuse. Cette énergie traverse ensuite le milieu de gain qui contient des propriétés qui amplifient la lumière. La cavité optique - une paire de miroirs de chaque côté du milieu de gain - fait rebondir la lumière d'avant en arrière à travers le milieu, l'amplifier à chaque fois. Le résultat est une direction, faisceau de lumière intense appelé laser.

Lasers aléatoires, par comparaison, effectuer à l'aide d'une pompe, un milieu de gain très désordonné mais pas de cavité optique. Ils sont extrêmement utiles en raison de leur simplicité et de leurs larges caractéristiques spectrales, ce qui signifie qu'un seul laser aléatoire peut produire un faisceau de lumière contenant plusieurs spectres, une propriété très intéressante pour certaines applications comme l'imagerie biomédicale. Cependant, étant donné leur nature, les lasers aléatoires sont difficiles à contrôler de manière fiable en raison de leur sortie multidirectionnelle et de leurs fluctuations chaotiques.

L'équipe UNM, en collaboration avec des chercheurs de l'Université de Clemson et de l'Université de Californie à San Diego, a été en mesure de surmonter ces obstacles de manière efficace - une victoire qu'ils espèrent continuer à faire avancer l'utilisation des lasers aléatoires.

"Notre appareil a toutes les grandes qualités d'un laser aléatoire, plus la stabilité spectrale et il est hautement directionnel, " a déclaré Mafi. "C'est un développement merveilleux."

Les chercheurs sont en mesure d'obtenir ces résultats grâce à la fabrication et à l'utilisation d'une fibre optique de localisation d'Anderson en verre unique. La fibre est constituée d'un 'quartz satiné', un verre artisanal extrêmement poreux qui n'est généralement utilisé que pour calibrer les machines qui dessinent les fibres optiques. Lorsqu'il est tiré dans de longues tiges, le matériau poreux forme des dizaines de canaux d'air microscopiques dans chaque fibre.

"Le verre que nous utilisons pour ces fibres optiques est en fait un matériau que nous jetons généralement car il est très poreux, " dit Abaie. " Mais, ce sont ces trous dans le verre qui créent en fait les canaux qui contrôlent le laser."

Une fois rempli d'un milieu de gain et pompé à l'aide d'un laser vert unicolore, le laser aléatoire devient moins aléatoire et hautement contrôlable, grâce à un phénomène connu sous le nom de localisation d'Anderson.

"Il y a encore beaucoup à apprendre sur Anderson Localization mais c'est excitant pour nous de faire partie de ce développement, " a déclaré Mafi. " Pour pouvoir réellement fabriquer des appareils qui utilisent ce phénomène, cela amène la science à un autre niveau."

Mafi et son équipe de recherche sont parmi les principaux experts en localisation Anderson. En 2014, ils ont publié un article sur un autre appareil capable de transmettre des images utilisant le phénomène. Cette recherche a été nommée l'une des dix meilleures avancées de l'année dans le monde de la physique.

Avancer, Mafi dit espérer élargir le spectre de ce nouvel appareil et le rendre plus efficace, créant une source d'éclairage à large spectre qui peut être utilisée dans le monde entier.