Une équipe de recherche de cinq pays coordonnée par Germán J. de Valcárcel Gonzalvo, Professeur d'optique à l'Université de Valence, a développé une nouvelle théorie — l'équation maîtresse cohérente — qui décrit le comportement des lasers pulsés à base de matériaux rapides et met en évidence ses effets de cohérence quantique (la capacité des électrons matériels et légers à osciller à l'unisson pendant un certain temps). Ces lasers peuvent émettre des impulsions lumineuses intenses d'un milliardième de seconde à un rythme constant et ont un grand impact technologique et scientifique.

La recherche, publié ce jeudi dans le journal Communication Nature , ouvre la porte à la conception de nouveaux types de lasers, notamment avec des matériaux semi-conducteurs, de la théorie quantique, qui décrit notamment les interactions entre de la matière et des électrons de rayonnement lumineux.

Les lasers pulsés à mode verrouillé (ML) trouvent une grande variété d'applications dans les domaines médico-chirurgicaux, microscopie, techniques de spectroscopie ou de télécommunications, ainsi que dans les expériences de sciences fondamentales qui permettent la recherche sur des phénomènes fondamentaux. Ils sont également importants en métrologie de précision basée sur les peignes de fréquence optique (un type de rayonnement utilisé, entre autres, en technologies GPS ou télédétection), qui a valu à John L. Hall et Theodor W. Hunsch le prix Nobel de physique en 2005.

Les origines des lasers ML remontent presque à la naissance même du laser en 1960, même si ce n'est qu'en 1975 qu'une théorie simple et prédictive de son comportement est devenue disponible, explique Germán de Valcárcel. Ce cadre, appelée équation maîtresse, a été développé par Hermann A. Haus et a été appliqué avec grand succès à une multitude de types de laser ML.

L'équipe de recherche espagnole, La France, Italie, La Nouvelle-Zélande et le Royaume-Uni ont travaillé sur les limites de cette théorie, lequel, entre autres, ne peut pas expliquer le comportement de ces lasers lorsque la réponse du milieu d'amplification est une fréquence de répétition d'impulsion rapide.

Pour surmonter cette situation, les chercheurs ont mené un ensemble d'expériences laser à base de semi-conducteurs qui confirment les prédictions théoriques de leur proposition - l'équation maîtresse cohérente - qui explique également les effets quantiques cohérents observés par d'autres groupes dans des expériences précédentes.

"La nouvelle théorie ouvre la porte à l'exploitation de la riche phénoménologie de ces effets dans la conception de nouveaux types de lasers ML, ce qui pourrait conduire à de nouvelles fonctionnalités et usages, notamment dans des domaines tels que la métrologie de précision ou les communications optiques, " expliqua Germán de Valcárcel.