Une équipe internationale de scientifiques dirigée par des chercheurs du Laboratoire des nanomatériaux du Centre Skoltech pour la photonique et les matériaux quantiques (CPQM) a montré que la réponse optique non linéaire des nanotubes de carbone peut être contrôlée par une synchronisation électrochimique. Cette approche a permis de concevoir un dispositif de contrôle de la durée d'impulsion laser. Les résultats de l'étude ont été publiés dans la prestigieuse revue internationale Lettres nano .

Phénomènes optiques que nous rencontrons dans notre vie quotidienne, comme la réflexion, réfraction ou absorption de la lumière, ne dépendent pas de l'intensité de la lumière incidente. Cependant, à des intensités de rayonnement très élevées, une nouvelle classe de phénomènes apparaît, qui provoque des changements dans l'indice de réfraction, autofocalisation de la lumière ou émergence de rayonnement à de nouvelles longueurs d'onde. Ces phénomènes et d'autres qui dépendent de l'intensité de la lumière sont étudiés par une section de physique appelée optique non linéaire. Normalement, l'efficacité de la réponse optique non linéaire est la caractéristique invariable du matériau déterminée par sa structure.

L'utilisation des nanomatériaux comme support optique non linéaire ouvre de nouvelles perspectives pour le contrôle de la non-linéarité grâce au fait que la majorité de ses atomes sont exposés à la surface. Cela permet de contrôler la structure électronique d'un matériau et donc de modifier sa réponse optique non linéaire.

Les scientifiques de Skoltech en collaboration avec leurs collègues du Fiber Optics Research Center de RAS, L'université d'État de Novossibirsk et l'université de Warwick (Royaume-Uni) ont proposé une méthode pour contrôler l'absorption saturable des nanotubes de carbone en utilisant la synchronisation électrochimique. L'absorption saturable est un effet optique non linéaire lorsque le coefficient d'absorption diminue avec l'augmentation de la puissance de la lumière incidente. Ainsi, le matériau devient plus transparent sous un rayonnement laser intense. "Nous avons montré que l'amplitude de la transparence non linéaire peut être contrôlée en plaçant le matériau dans une cellule électrochimique. On sait que, s'il est placé dans la cellule électrochimique, les nanotubes peuvent accumuler une quantité considérable de charges électriques à leur surface. Ce que l'on ne savait pas jusqu'à présent, c'est que l'accumulation de charges entraîne une modification significative de la réponse optique non linéaire du matériau et, en particulier, une diminution de l'absorption saturable, " déclare le premier auteur de l'étude et chercheur principal chez Skoltech, Youri Gladouch.

Aussi, les auteurs se sont penchés sur l'une des applications pratiques potentielles d'un matériau à réponse non linéaire contrôlée. L'absorption saturable est largement utilisée dans les systèmes laser pour générer des impulsions lumineuses femtosecondes. Il suffit de placer un absorbant saturable avec des paramètres donnés dans la cavité laser. "Nous avons supposé que le régime de génération laser peut être contrôlé en ajustant la réponse non linéaire du matériau. Pour ce faire, nous avons construit une cellule électrochimique avec des nanotubes de carbone placés sur la surface de la fibre optique et l'avons intégrée dans la cavité laser à fibre optique. Nous avons découvert qu'en appliquant une tension à l'appareil, on peut passer d'un régime de génération laser continu à un régime pulsé dans les domaines femtoseconde et microseconde. Cette invention ouvre la voie à des systèmes laser universels avec une durée d'impulsion contrôlable qui peuvent être utilisés dans le traitement laser des matériaux, chirurgie au laser, et médecine esthétique, " explique Albert Nasibulin, Chef du Laboratoire de Nanomatériaux de Skoltech et Professeur de RAS.