Quand tu étais enfant, vous avez peut-être utilisé une loupe pour concentrer la lumière du soleil sur un point du trottoir. La lentille de la loupe permettait de concentrer l'énergie du soleil en faisant converger les rayons lumineux sur un point.

Dis au lieu de focaliser la lumière du soleil sur le sol, vous vouliez concentrer la lumière sur un morceau de papier. Imaginez ensuite que ce morceau de papier bougeait. Si vous vouliez garder le focus sur le papier, vous pouvez déplacer l'objectif (la loupe) ou vous pouvez faire bouger la mise au point (la concentration de la lumière). Permettre au focus de se déplacer crée un concept connu sous le nom de focus volant.

Pour la première fois, Des chercheurs du Laboratoire d'énergie laser (LLE) de l'Université de Rochester ont trouvé un moyen d'utiliser la mise au point volante pour mieux contrôler l'intensité des lasers sur de plus longues distances. Leur technique comprend la capture de certains des films les plus rapides jamais enregistrés et a le potentiel d'aider les chercheurs à concevoir la prochaine génération de lasers haute puissance ou à produire des sources lumineuses avec de nouvelles longueurs d'onde. La prochaine génération de lasers haute puissance pourrait être suffisamment puissante pour générer des particules à partir du vide, tandis que les sources lumineuses pourraient produire de nouveaux faisceaux térahertz pour étudier des matériaux et des molécules complexes.

Les chercheurs ont publié leurs découvertes dans un article de Photonique de la nature .

"Les gens peuvent avoir involontairement produit une focalisation volante dans le passé, mais c'est la première fois que le foyer volant est reconnu comme un moyen utile de manipuler la vitesse focale, " dit Dustin Froula, chercheur principal au LLE et professeur assistant de physique à Rochester.

Le cadre supérieur montre ce qui se passe lorsque vous, par exemple, utilisez une loupe pour diriger toutes les couleurs de la lumière du soleil, du bleu (longueur d'onde plus courte) au rouge (longueur d'onde plus longue) - vers un seul point focal (la ligne verte verticale). Toutes les couleurs se concentreraient là et s'arrêteraient. Le cadre inférieur montre ce qui se passe lorsque les chercheurs utilisent une lentille de focalisation volante pour diriger toutes les couleurs d'un faisceau laser, du bleu au rouge, permettant à chaque couleur d'arriver à un point focal différent. Le bleu se concentrerait en premier, puis ce focus se déplacerait vers le rouge. La mise au point ne s'arrête pas, mais se déplace à la place.

"Cela s'avère être super puissant, " dit Froula. " La mise au point volante nous permet d'avoir cette intensité élevée sur des centaines de fois la distance que nous pouvions auparavant. À l'heure actuelle, nous essayons de créer la prochaine génération de lasers haute puissance et la focalisation volante pourrait être cette technologie habilitante. »

La technique développée par les chercheurs du LLE leur permet d'effectuer des mesures en capturant des films de la tache focale en mouvement à une vitesse d'un billionième d'image par seconde, l'un des films les plus rapides jamais enregistrés.

Froula et ses collègues ont réalisé cela en utilisant un laser à impulsions courtes et une lentille diffractive, réalisé par Terry Kessler, chef de groupe sciences optiques et imagerie au LLE.

"Il n'y a que quelques-uns de ces objectifs dans le monde et trois d'entre eux ont été construits au LLE par Terry et son équipe il y a plus de 10 ans dans le cadre du projet OMEGA EP, " dit Froula. "Notre groupe de physique des plasmas a entrepris de concevoir une expérience qui mesurerait la propagation d'un point focal à n'importe quelle vitesse, dont 50 fois la vitesse de la lumière. Cela nécessitait un diagnostic qui pouvait faire un film avec des images à un billionième de seconde."

Froula dit que le soutien coopératif de l'équipe de science laser du LLE a aidé à réaliser cet exploit :« Les groupes interdisciplinaires collaboratifs du LLE ont permis à ce nouveau concept de devenir réalité et sont à la pointe de la percée dans de nombreuses applications laser-plasma. »