Des chercheurs de l'Université Macquarie ont mis au point un système laser amélioré qui aidera les grands télescopes optiques à recueillir des données plus précises.

Les télescopes optiques au sol de grand diamètre utilisent désormais régulièrement des étoiles guides artificielles générées par faisceau laser, créé dans les niveaux supérieurs de l'atmosphère. Ces étoiles artificielles permettent aux utilisateurs de corriger les aberrations atmosphériques de la lumière passant vers et depuis l'espace, en utilisant l'optique adaptative. Ils sont cruciaux pour la transmission haute fidélité des données pour les applications dans les communications optiques en espace libre et sol-terre, dans l'imagerie et le suivi des débris spatiaux, et pour l'astronomie.

Le principe consiste à utiliser un laser réglé avec précision pour dynamiser les atomes de la couche de sodium qui se produit naturellement dans la mésosphère, à une altitude d'environ 90 km. Ces atomes réémettent la lumière laser, créant temporairement une étoile artificielle brillante. Plusieurs technologies ont été développées pour cela, mais générer cette longueur d'onde spécifique a été un défi notoire qui a jusqu'à présent nécessité des approches peu pratiques.

Aujourd'hui, des chercheurs du MQ Photonics Research Center de l'Université Macquarie ont montré que les lasers Raman au diamant sont un moyen très efficace de générer la sortie précise nécessaire. Ils ont pour la première fois fait la démonstration d'un laser diamant à onde continue de 589 nm pour les applications d'étoiles guides. Décrit dans Lettres d'optique , le laser a fourni une puissance et une efficacité supérieures aux précédents systèmes laser à étoile guide de ce type.

Ces caractéristiques sont déjà compétitives avec d'autres approches, mais la véritable signification du résultat est que la technologie peut être encore développée pour augmenter la qualité des futures étoiles guides. Le diamant peut dissiper la chaleur rapidement, et est moins sujet aux distorsions optiques indésirables. Cette combinaison ouvre la voie à la production de faisceaux d'étoiles de guidage plus puissants. Les chercheurs prédisent que ses flexibilités supplémentaires, telles que la fourniture de la puissance laser sous la forme d'une série d'impulsions optiques microsecondes, sera également un avantage pour les systèmes optiques adaptatifs. En plus de la mise à l'échelle de la puissance, le concept de laser au diamant au sodium est prometteur pour générer une sortie pulsée d'une durée de l'ordre de la microseconde avec simultanément une puissance de crête élevée et une puissance moyenne, pour permettre la génération d'étoiles plus ponctuelles grâce à des systèmes optiques adaptatifs, avec d'autres améliorations.

"Les applications ont besoin d'étoiles guides plus brillantes avec un allongement des étoiles et un bruit de fond réduits, et ce sont des aspects que notre approche laser diamant semble pouvoir aborder, " dit le Dr Xuezong Yang, expérimentateur principal sur le projet. "Notre approche est aussi très pragmatique, parce que les propriétés de gain intrinsèques de l'élément en diamant signifient que le laser fonctionne sur une seule fréquence étroite. Cela maintient notre conception simple, et l'appareil potentiellement robuste et peu coûteux."

Le laser diamant fait partie de la classe des lasers appelés lasers Raman, et fonctionne par diffusion stimulée plutôt que par émission stimulée. Les chercheurs ont découvert que cette différence fondamentale permet au laser de fonctionner de manière plus stable sur une seule fréquence pure.

Les auteurs pensent que nous verrons bientôt des lasers à diamant sur des télescopes et à des niveaux plus élevés. "Nous pensons que l'approche du diamant fournira un système intéressant pour augmenter considérablement la luminosité et la qualité des futures étoiles guides. L'interaction atome de lumière dans la couche de sodium s'avère extrêmement complexe, mais cela ouvre des opportunités intéressantes pour adapter les lasers afin d'améliorer les performances des systèmes optiques adaptatifs terre-espace." déclare le professeur Rich Mildren, le responsable de la recherche pour ce travail.