(a) Une impulsion laser de haute puissance ionise et crée du plasma dans un liquide de laboratoire commun comme l'acétone ou le dichloroéthane ou même l'eau. Le plasma peut être vu comme une longue ligne le long du tube contenant le liquide (voir encadré). Cette ligne s'appelle un filament et elle rayonne, entre autres, rayonnement térahertz abondant. (b) Énergie térahertz intégrée obtenue à partir de divers liquides et de l'air. (c) Spectre de puissance du térahertz obtenu à partir de la filamentation de l'acétone, l'éthanol et l'air. Crédit :Indranuj Dey, G. Ravindra Kumar
Dans une percée significative, des scientifiques de l'Institut de Recherche Fondamentale Tata (TIFR), Bombay, ont conçu une source de rayonnement de haute puissance dans la région térahertz (THz) du spectre électromagnétique. Cette étude, réalisé en collaboration avec des laboratoires en Grèce et en France, sera publié dans la revue Communication Nature le 30 octobre 2017.
La recherche de nouvelles sources de rayonnement plus lumineuses est une quête permanente de la science et de la technologie. Bien qu'il existe de nombreuses sources sur l'ensemble du spectre électromagnétique, la région térahertz (coincée entre les régions infrarouge/optique et micro-onde) est un défi, et ce n'est qu'au cours des 20 dernières années que les sources sont devenues disponibles. Le rayonnement térahertz de haute puissance n'a généralement été produit que dans de grandes, des machines complexes comme les lasers à électrons libres. Les sources compactes reposant sur des antennes semi-conductrices et des cristaux spéciaux excités par des impulsions laser femtosecondes visibles/infrarouges ont des sorties d'énergie très limitées, typiquement au niveau du nanojoule (milliardième de joule) ou moins. Ils ne sont pas utiles pour de nombreuses applications. Cependant, les lasers femtosecondes de haute puissance peuvent exciter des émissions térahertz mille fois plus fortes à partir d'un plasma formé dans l'air dans des conditions particulières.
Pendant longtemps, les chercheurs ont cru que les liquides ne pouvaient pas émettre de rayonnement térahertz significatif car ils réabsorberaient efficacement tout ce qui était généré. Encore, c'est là que les chercheurs du TIFR ont fait leurs preuves. Dans leurs expériences, ils ont irradié des liquides de laboratoire courants comme le méthanol, acétone, dichloroéthane, sulfure de carbone et même eau, avec des impulsions laser femtosecondes d'énergie modérée, ionisant le liquide et formant de longs canaux plasmatiques appelés filaments. Ils ont mesuré des énergies aussi élevées que 50 microjoules, des milliers de fois plus grandes que les énergies émises par la plupart des sources existantes et 10 à 20 fois plus grandes que celles produites à partir de l'air. Leur caractérisation minutieuse et leur étude systématique ont montré que les conditions expérimentales étaient plus simples que celles nécessaires pour l'air. L'essence de ce modèle est que l'impulsion laser femtoseconde induit des émissions secondaires dans le liquide qui se combineraient ensuite avec l'impulsion laser incidente pour produire le rayonnement térahertz observé.
Les chercheurs du TIFR sont optimistes quant aux applications de leur source liquide, le plus brillant parmi les compacts, sources de table. Ils prévoient de nombreuses applications en imagerie térahertz, analyse des matériaux, détection d'explosifs et optique non linéaire térahertz. Cette nouvelle source augmente certainement le stock de rayonnement térahertz.
