Élargir le spectre lumineux à la plus petite échelle

Depuis l’invention du laser en 1960, l’optique non linéaire vise à élargir la gamme spectrale de la lumière et à créer de nouvelles composantes de fréquence. Parmi les différentes techniques, la génération de supercontinuum (SC) se distingue par sa capacité à produire de la lumière sur une large partie du spectre visible et infrarouge.

Cependant, les sources SC traditionnelles reposent sur une faible non-linéarité optique du troisième ordre, nécessitant de longues longueurs d’interaction pour une sortie spectrale large. En revanche, la non-linéarité optique de second ordre offre une efficacité bien supérieure et des besoins en énergie inférieurs, bien que la désadaptation de phase dans les cristaux massifs ait historiquement limité sa couverture spectrale et son efficacité globale.

Dans une étude publié dans Lumière : science et applicationsune équipe de recherche collaborative de l’Université Aalto, de l’Université de Tampere et de l’Université de Pékin, dirigée par le professeur Zhipei Sun, a démontré une méthode révolutionnaire pour générer une lumière cohérente s’étendant sur une octave à l’échelle des cristaux profonds (2).

Les chercheurs ont réussi à générer une lumière cohérente avec une largeur spectrale de -40 dB s’étendant de 565 à 1 906 nm via la génération de fréquences différentielles. Cela a produit une source lumineuse qui est cinq ordres de grandeur plus fine et nécessite deux à trois ordres de grandeur de puissance d’excitation en moins que les sources lumineuses cohérentes à large bande conventionnelles basées sur des matériaux en vrac. De plus, l’efficacité de conversion par unité de longueur du cristal NbOI2 d’une épaisseur nanométrique dépassait 0,66 % par micromètre, soit environ trois ordres de grandeur de plus que les méthodes classiques en masse.

Pour évaluer la cohérence de la lumière à large bande générée, l’équipe a utilisé un interféromètre de Michelson, révélant une visibilité de frange impressionnante supérieure à 0,9, démontrant une cohérence supérieure par rapport aux diodes superluminescentes standard et aux sources SC à impulsions longues.

Cette cohérence exceptionnelle est due à la génération de fréquences différentielles dans les cristaux minces de GaSe et de NbOI2, démontrant la puissance de cette technique sans adaptation de phase pour la génération de lumière cohérente à large bande à l’échelle nanométrique. De plus, les chercheurs ont amélioré l’efficacité et la puissance de sortie totale, renforçant ainsi le potentiel d’applications pratiques de la méthode.

Avec ce développement, les « nano-arcs-en-ciel » pourraient révolutionner les sources lumineuses compactes et polyvalentes avec des applications en métrologie, spectroscopie et télécommunications, repoussant ainsi les limites de la manipulation de la lumière à la plus petite échelle.