Une équipe de recherche en physique réussit à projeter l’ombre d’un laser

Dans une étude récente, une équipe de recherche de l’Université d’Ottawa a observé pour la toute première fois un nouveau phénomène remarquable : l’ombre d’un faisceau laser.

Cette découverte, qui remet en question notre compréhension de la manière dont la lumière interagit avec elle-même, a été faite par Jeff Lundeen, professeur agrégé au Département de physique de l’Université d’Ottawa, en collaboration avec le groupe de recherche Boyd.

Habituellement, les photons, ou particules de lumière, se traversent les uns les autres sans interagir. Toutefois, la présente expérience montre que l’ombre projetée par un faisceau laser se comporte de la même façon que les ombres générées par des objets solides.

« Nous avons prouvé que, dans certaines conditions, la lumière peut en fait bloquer la lumière et ainsi créer une ombre », explique le professeur Lundeen. « Cela ouvre de nouvelles possibilités fascinantes pour contrôler et manipuler la lumière d’une manière qu’on n’aurait jamais cru possible auparavant. »

Dans son protocole expérimental, l’équipe fait passer un faisceau laser vert à travers un cristal de rubis tout en l’éclairant latéralement avec une lumière bleue. Cet agencement projette une ombre sur une surface, visible à l’œil nu. L’effet est dû à un phénomène appelé « absorption saturable inverse » qui se produit dans le cristal de rubis et qui permet au laser vert de bloquer le passage de la lumière bleue, projetant une région sombre qui suit les contours du faisceau.

« Le plus intrigant, c’est de voir à quel point cette ombre laser se comporte comme une ombre ordinaire », dit le professeur Lundeen. « Elle suit la forme de “l’objet”, dans ce cas notre faisceau laser, et se conforme même aux contours de la surface sur laquelle il est projeté, tout comme l’ombre d’une branche d’arbre, par exemple. »

Cette équipe de recherche a conçu un modèle théorique pour prédire le contraste de l’ombre, modèle qui correspond étroitement aux données expérimentales. Elle a constaté que le niveau d’obscurité de l’ombre augmentait proportionnellement à la puissance du faisceau laser, pour atteindre un contraste maximal de 22 %, ce qui est comparable à une ombre normale lors d’un journée ensoleillée.

Cette découverte vient enrichir notre compréhension des interactions entre la lumière et la matière, et offre un potentiel d’applications pratiques. « Les possibilités dans des domaines comme la communication optique, la fabrication et les technologies d’imagerie sont enthousiasmantes », ajoute le professeur Lundeen.

L’étude met en lumière l’importance de la recherche fondamentale pour recadrer notre compréhension du monde physique. En continuant à explorer les implications de ce phénomène, les scientifiques pourraient faire progresser la photonique, l’optique non linéaire et d’autres technologies basées sur la lumière.

L’étude complète, intitulée « Shadow of a laser beam » (L’ombre d’un faisceau laser) est publiée dans la revue Optica.