Au cours du dernier demi-siècle, la technologie laser est devenue une industrie mondiale de plusieurs milliards de dollars et a été utilisée dans tout, des lecteurs de disques optiques et des lecteurs de codes-barres aux équipements chirurgicaux et de soudage.

Sans parler de ces pointeurs laser qui divertissent et confondent votre chat.

Maintenant, les lasers sont sur le point de franchir une nouvelle étape :des chercheurs de la Case Western Reserve University, en collaboration avec des partenaires du monde entier, ont pu contrôler la direction du faisceau de sortie d'un laser en appliquant une tension externe.

Il s'agit d'une première historique parmi les scientifiques qui ont expérimenté ce qu'ils appellent des "lasers aléatoires" au cours des 15 dernières années environ.

« Il y a encore beaucoup de travail à faire, mais c'est une première preuve claire d'un laser aléatoire à transistor, où l'émission laser peut être acheminée et dirigée en appliquant une tension externe, " a déclaré Giuseppe Strangi, professeur et chercheur en Ohio Research Scholar en Surfaces of Advanced Materials à la Case Western Reserve University.

Strangi, qui a dirigé la recherche, et ses collaborateurs ont récemment exposé leurs découvertes dans un article publié dans la revue Communication Nature . Le projet, financé par l'Académie nationale des sciences de Finlande, visait à surmonter certaines limitations physiques intrinsèques à cette deuxième génération de lasers.

Succès laser, limites du laser

L'histoire de la technologie laser a été trépidante car la source de lumière unique a révolutionné pratiquement tous les domaines de la vie moderne, y compris les télécommunications, la biomédecine et la technologie de mesure.

Mais la technologie laser a également été entravée par des lacunes importantes :non seulement les utilisateurs doivent manipuler physiquement l'appareil projetant la lumière pour déplacer un laser, mais pour fonctionner, ils nécessitent un alignement précis des composants, les rendant coûteux à produire.

Ces limitations pourraient bientôt être éliminées :Strangi et ses partenaires de recherche en Italie, La Finlande et le Royaume-Uni ont récemment démontré une nouvelle façon de générer et de manipuler une lumière laser aléatoire, y compris à l'échelle nanométrique.

Finalement, cela pourrait conduire à une procédure médicale menée de manière plus précise et moins invasive ou à un réacheminement d'une ligne de communication à fibre optique en appuyant simplement sur un cadran, dit Strangi.

Des lasers "aléatoires" améliorés

Alors, comment fonctionnent réellement les lasers ?

Les lasers conventionnels sont constitués d'une cavité optique, ou ouverture, dans un appareil donné. A l'intérieur de cette cavité se trouve un matériau photoluminescent qui émet et amplifie la lumière et une paire de miroirs. Les miroirs forcent les photons, ou particules légères, à rebondir d'avant en arrière à une fréquence spécifique pour produire le faisceau laser rouge que nous voyons émis par le laser.

"Mais et si on voulait le miniaturiser et se débarrasser des miroirs et faire un laser sans cavité et descendre à l'échelle nano?" Il a demandé. "C'était un problème dans le monde réel et pourquoi nous ne pouvions pas aller plus loin jusqu'au tournant de ce siècle avec des lasers aléatoires."

Alors lasers aléatoires, qui ont fait l'objet de recherches sérieuses depuis environ 15 ans, diffèrent de la technologie originale dévoilée pour la première fois en 1960, principalement en ce qu'ils ne reposent pas sur cette cavité en miroir.

Dans les lasers aléatoires, les photons émis dans de nombreuses directions sont à la place brouillés par la lumière brillante dans un milieu à cristaux liquides, guider les particules résultantes avec ce faisceau de lumière. Par conséquent, il n'y a pas besoin de grand, structure en miroir requise dans les applications traditionnelles.

L'onde résultante - appelée "soliton" par Strangi et les chercheurs - fonctionne comme un canal pour les photons diffusés à suivre, maintenant dans un ordre, chemin concentré.

Une façon de comprendre comment cela fonctionne est d'imaginer une version à particules lumineuses des "vagues solitaires" que les surfeurs (et les poissons d'eau douce) peuvent surfer lorsque les rivières et les marées océaniques se heurtent dans certains estuaires, dit Strangi.

Finalement, les recherches frappent le cristal liquide avec un signal électrique, qui permet à l'utilisateur de "diriger" le laser avec un cadran, au lieu de déplacer toute la structure.

C'est le grand développement de cette équipe, dit Strangi.

"C'est pourquoi nous l'appelons 'transistor, ' car un signal faible (le soliton), contrôle un puissant - la sortie laser. " Strangi a déclaré. " Les lasers et les transistors ont été les deux principales technologies qui ont révolutionné le siècle dernier, et nous avons découvert qu'ils sont tous deux entrelacés dans le même système physique"

Les chercheurs pensent que leurs résultats rapprocheront les lasers aléatoires des applications pratiques en spectroscopie (utilisée en chimie physique et analytique ainsi qu'en astronomie et télédétection), diverses formes de numérisation et de procédures biomédicales.