En utilisant la fonction Source de lumière laser avancée (ALLS), l'équipe de recherche du professeur François Légaré de l'Institut national de la recherche scientifique (INRS) a repoussé les limites de la propagation d'impulsions de haute énergie dans un milieu non linéaire grâce à l'observation d'états solitaires multidimensionnels de haute énergie. Cette percée permet la génération directe de séquences extrêmement courtes et intenses, des impulsions laser hautement stables dans le temps et dans l'espace. Les résultats de ce travail ont été publiés dans Photonique de la nature .

Les systèmes laser courants limitent le fonctionnement à un seul mode transversal, ce qui met une limite supérieure à la technologie laser. Jusque là, des dimensions plus élevées ont été considérées comme préjudiciables car elles sont sujettes à une forte instabilité et à un effondrement. Cela rend l'impact scientifique de ce travail remarquable. Les paquets d'ondes multidimensionnels auto-entretenus observés sont pilotés par picoseconde, impulsions de pompe dans le proche infrarouge dans une fibre à âme creuse remplie de gaz, qui sera d'un grand intérêt pour de nombreux scientifiques du monde entier.

Ces états solitaires multidimensionnels ont également un impact technologique énorme.

Les chercheurs de l'INRS ont pu générer des champs lumineux cohérents à haute énergie et conçus spatio-temporellement. Cette découverte pourrait conduire à des percées dans la science du laser pour un large éventail d'applications. La recherche implique d'énormes avancées théoriques, simulations numériques très complexes et études expérimentales systématiques. Elle a été réalisée dans l'établissement ALLS de l'INRS, un centre de recherche de classe mondiale axé sur le développement de nouveaux types de lasers avec des applications révolutionnaires.

"La lumière à des niveaux d'énergie élevés se comporte différemment de ce que nous pensions, " dit Reza Safaei, doctorat étudiant à l'INRS, « Nous avons pu concevoir le système en travaillant de manière surchargée, régime chaotique où une amélioration non linéaire spectaculaire se produit d'elle-même. Les interactions entre les états multidimensionnels provoquent en fait l'auto-organisation de la lumière dans les impulsions laser vers des états multidimensionnels hautement stables. C'est une énorme surprise, puisque ces états solitaires sortent d'un chaos très instable, comme entendre une note sortir d'un tambour!"

"L'impact technologique immédiat de ce travail est la génération d'impulsions à quelques cycles à partir de lasers pilotes Yb picosecondes à l'aide d'un simple, robuste, et approche efficace qui fournit une nouvelle technologie laser pour la physique des champs forts, " dit Guangyu Fan, doctorat étudiant à l'INRS.

"Il est particulièrement utile pour mettre à l'échelle les sources d'ultraviolets extrêmes (XUV) et de rayons X mous de table jusqu'à des énergies de photons plus élevées en raison de la longueur d'onde centrale plus longue du faisceau de sortie, " a déclaré le professeur François Légaré. " En regardant vers l'avenir, les lasers et amplificateurs qui peuvent fonctionner avec élégance dans des états multidimensionnels peuvent avoir une puissance significativement plus élevée que les appareils basés sur un seul mode, avec une amélioration non linéaire contrôlable significative. Cette possibilité s'étend au-delà de la technologie laser ultrarapide à toute la science du laser, puisque la dimensionnalité et les non-linéarités spatiales/spatio-temporelles représentent des limitations clés pour les lasers de haute puissance de toutes sortes. »

L'équipe pense que cette idée pourrait faire avancer la technologie laser, qui a été à peu près verrouillé dans un mode pendant plus de 20 ans. Cela permettra le développement de très compacts, systèmes laser de haute puissance avec une grande variété d'applications industrielles, y compris le micro-usinage et le traitement des matériaux. En outre, cette technologie laser innovante est désormais utilisée pour développer des plateaux de table très compacts, sources de rayons X ultracourts avec des applications potentielles pour le suivi de phénomènes ultrarapides tels que les réactions chimiques et la dynamique de magnétisation, ainsi que pour l'imagerie biomédicale à haute résolution spatiale dans le domaine spectral de la fenêtre d'eau. L'INRS a également protégé la propriété intellectuelle liée à cette méthode laser potentiellement révolutionnaire.