Un laser aléatoire à atomes froids

Rubrique : Nice Universitaire

En soumettant un nuage d’atomes froids à une combinaison astucieuse de faisceaux lasers, des physiciens niçois ont créé un nouveau laser, sans l’aide d’aucun miroir : le piégeage de la lumière est fourni par la diffusion multiple entre atomes. C’est le premier "laser aléatoire" basé sur une vapeur atomique et pourrait simuler les conditions nécessaires pour des lasers astrophysiques.

Un laser traditionnel est constitué d’un milieu à gain placé dans une cavité optique qui piège la lumière pour que celle-ci passe de nombreuses fois dans le milieu à gain. C’est cette rétroaction qui induit le seuil caractéristique de l’effet laser. Il a été anticipé dès la fin des années 60 qu’un comportement similaire peut être obtenu en remplaçant la cavité par de la diffusion multiple au sein du milieu à gain lui-même. Cet effet a été évoqué en astronomie pour expliquer les propriétés de certaines raies d’émission. Plus récemment, ces "lasers aléatoires" sont devenus un sujet d’étude important en photonique, leurs propriétés étant très débattues. Aujourd’hui, des physiciens de l’Institut Non Linéaire de Nice (CNRS et Université de Nice Sophia-Antipolis) ont réalisé le premier laser aléatoire basé uniquement sur une vapeur atomique, en utilisant un nuage d’atomes froids. Ce résultat fait l’objet d’un article dans la revue Nature Physics.

Pour obtenir ce résultat, il fallait combiner gain et diffusion multiple au sein du même échantillon, c’est-à-dire avec les mêmes atomes. Cela n’a rien d’évident car en général, les deux phénomènes se produisent à des fréquences différentes. Pour surmonter cet obstacle, les chercheurs ont utilisé la richesse de la structure électronique de l’atome de rubidium utilisé, qui leur a permis d’utiliser un mécanisme de gain dont on peut faire varier la fréquence. A l’aide de deux lasers extérieurs aux paramètres bien choisis, ce gain peut être combiné avec de la diffusion produite par une autre raie atomique, et ceci de manière quasi-continue. Dans ces conditions, la fluorescence du nuage atomique augmente et, comme prédit pour un laser aléatoire, cette augmentation a un seuil avec la taille de l’échantillon.

L’avantage de ce nouveau type de laser aléatoire est que ses composants, les atomes, sont très bien modélisables. Il peut donc être utile pour tester les différentes approches théoriques existant pour décrire les lasers aléatoires. De plus, il se rapproche des systèmes astrophysiques et pourrait donc aider à mieux les comprendre. Ce résultat jette donc un pont entre l’optique étudié à l’Institut Non Linéaire de Nice et l’astrophysique, étudié à l’Observatoire de la Côte d’Azur. Le rapprochement de ces thématiques promet d’être fructueux pour la science Niçoise.

En savoir plus

A cold-atom random laser, Q. Baudouin, N. Mercadier, V. Guarrera, W. Guerin, and R. Kaiser, Nature Physics, publié online le 5 mai 2013, A cold-atom random laser

Voir aussi Lasers : Amplified by randomness, par V. Vuletic, Nature Phys. News and Views. Presse : MIT Technology Review, Wired, POPSCI.

Contact chercheur

Robin Kaiser, robin.kaiser@inln.cnrs.fr Institut Non Linéaire de Nice

Page du groupe "Atomes froids" sur le site de l’INLN

P.-S.

L’adresse originale de cet article est http://actualite.unice.fr/spip.php?...