Comme un flipper entre les mains d'un bon joueur, un ensemble d'obstacles positionnés de manière aléatoire peut suffire à piéger la lumière sans avoir besoin d'une cavité optique. En ajoutant une amplification, sans frais, un laser sans miroir, souvent appelé « laser aléatoire », peut être obtenu.

En utilisant ce concept, des chercheurs de l'Université Bar-Ilan en Israël ont démontré la localisation induite par les troubles, un phénomène ondulatoire assez difficile à observer, mais aussi l'une des manifestations les plus frappantes et déroutantes de l'interférence des ondes prédite par le lauréat du prix Nobel P.W. Anderson pour les électrons et, plus tard, généralisé aux ondes lumineuses. Ce phénomène a été récemment élucidé dans la revue Optique .

« Nous avons réalisé qu'un laser aléatoire a de nombreux degrés de liberté qui ne sont pas disponibles dans les lasers à cavité conventionnels. Sur la base de cette découverte, nous avons montré que l'émission laser peut être simplement contrôlée en façonnant le profil de pompe qui fournit le gain à l'intérieur du milieu diffusant, " dit le Pr Patrick Sebbah, du Département de physique et de l'Institut de nanotechnologie et des matériaux avancés de l'Université Bar-Ilan, qui a dirigé la recherche. "Cela se fait de manière optique avec une flexibilité totale. Cela contraste avec le défi technique de réaligner une cavité miroir dans un laser conventionnel, " ajoute Sebbah, dont les collaborateurs de recherche comprenaient la Pr Mélanie Lebental, de France, et des étudiants de son groupe d'optique mésoscopique à Bar-Ilan.

Parce que ce faible phénomène est amplifié dans un "microlaser plastique", il est possible d'observer directement la lumière laser accumulée dans une zone de diffusion confinée, chaque mode confiné correspondant à une émission couleur/longueur d'onde différente. Toutes ces couleurs/modes fonctionnent ensemble et les modes localisés interagissent, chacun essayant de s'emparer de gagner pour lui-même aux dépens des autres.

Afin d'observer individuellement ces modes laser localisés, Sebbah et ses collègues ont proposé une méthode, basé sur un article de 2014 dans Physique de la nature , démêler les modes d'interaction et supprimer la compétition mutuelle pour le gain. Faire cela, une distribution de gain non uniforme est créée qui sélectionne de manière optimale un mode et éteint l'autre.

Ils ont été surpris de constater qu'une fois la compétition de mode supprimée et un mode laser optimisé, ils ont pu augmenter l'efficacité énergétique du laser, et déclencher les "modes laser à découplage optimal", c'est-à-dire les modes laser à l'émission la plus forte pour le coût énergétique le plus faible. "C'est la magie du confinement modal par diffusion multiple de la lumière, " dit Bhupesh Kumar, le post-doctorant qui a mené les expériences.

Ces résultats ouvrent une voie unique pour étudier la localisation d'Anderson, l'une des tâches les plus difficiles en optique, explorer le rôle des non-linéarités sur la localisation et tester expérimentalement des prédictions théoriques. La méthode développée ici peut être appliquée à la conception de microlasers aléatoires hautement efficaces et stables, où la nature aléatoire et non hermitienne de ces lasers offre des degrés de liberté sans précédent.