Ce communiqué est disponible en anglais.
En retournant à la table à dessin pour surmonter les limitations techniques de leur laser, l'équipe de François Légaré, professeur au Centre Énergie Matériaux Télécommunications de l'INRS, a élaboré un nouveau concept qui simplifie le design du laser, contrôle de nouveaux paramètres et offre des performances prometteuses. Appelé « amplification paramétrique optique dans le domaine des fréquences » (FOPA), ce concept remplace l'amplification temporelle sur laquelle la science des lasers ultrarapides s'appuie depuis près de vingt ans, tel que l'explique une publication en accès libre dans Nature Communications.
En imagerie moléculaire, saisir des images de l'électron en mouvement est une quête scientifique dans laquelle les chercheurs se livrent une lutte féroce. Pour atteindre une impulsion lumineuse suffisamment brève et puissante pour y arriver, les lasers ont été poussés à leurs limites fondamentales. Même alors, les performances des lasers n'ont pas suffi. « Notre but consiste à obtenir des images d'une réaction chimique avec une haute résolution spatiale et temporelle, a expliqué François Légaré lors d'une conférence à l'événement TEDxConcordia. Je veux faire une vidéo où on verrait les atomes qui dansent lors d'une réaction chimique. »
Or, en amplifiant les impulsions lasers dans le domaine des fréquences plutôt que dans l'espace temporel, certaines contraintes techniques sont écartées. Il devient possible d'accéder à plusieurs fréquences différentes simultanément et de les contrôler de façon indépendante. De plus, les impulsions lumineuses ont la possibilité d'atteindre de plus hautes énergies. « Notre approche est prometteuse pour les sources lasers à haute puissance, à large spectre et d'une durée de seulement quelques cycles optiques », résume le jeune chercheur.
Dans la preuve de concept présentée dans l'article de Nature Communications, l'équipe du professeur Légaré démontre que le FOPA génère des impulsions comparables aux lasers utilisant l'amplification temporelle dans les conditions utilisées, soit 1.5 mJ 1.8 micron, 12 fs de durée correspondant à 2 cycles optiques. Bruno Schmidt, associé de recherche et premier auteur de la publication, précise qu'en plus de donner accès à des paramètres qu'on ne pouvait contrôler auparavant, le FOPA élimine plusieurs composantes complexes du montage. « La logique derrière ce concept pourrait s'appliquer à d'autres types d'applications, ajoute-t-il, ce qui nous permet de croire que nous serons en mesure de revisiter entièrement l'optique non linéaire. » Optimiste et ambitieux, Bruno Schmidt entend d'ailleurs commercialiser les innovations découlant de ses travaux et a fondé l'entreprise few-cycle Inc. à cet effet.
À propos de cette publication
L'article intitulé « Frequency domain optical parametric amplification» est paru dans la revue Nature Communications le 7 mai 2014.Les travaux de François Légaré, professeur et chercheur au Centre Énergie Matériaux Télécommunications de l'INRS, ont été rendus possible grâce au soutien financier du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie (CRSNG) du Canada, de l'Institut canadien pour les innovations en photonique (ICIP), du Fonds de recherche du Québec Nature et technologies, du ministère du Développement économique, de l'Innovation et de l'Exportation du Québec et du programme et du Programme en science et en ingénierie des lasers ultrarapides de la Defense Advanced Research Projects Agency(DARPA PULSE).
Journal
Nature Communications