Exploration des lasers à verrouillage de mode topologique : vers une robustesse accrue

Cynthia Eller

Les lasers façonnent notre quotidien, de la chirurgie de précision aux communications avancées. Une nouvelle recherche menée par le professeur Alireza Marandi du Caltech ouvre la voie à des applications encore inexplorées.

Le professeur Alireza Marandi, spécialiste en génie électrique et physique appliquée, se consacre à l’élaboration de lasers aux propriétés inédites. Sa dernière étude porte sur les lasers à verrouillage de mode, qui émettent de la lumière par impulsions régulières plutôt que sous forme de faisceau continu. Les impulsions, mesurées en picosecondes ou femtosecondes, sont capables de transmettre des puissances extrêmement élevées sur de très courts intervalles de temps.

L’équipe de Marandi innove en intégrant une robustesse topologique aux lasers à verrouillage de mode, en introduisant des couplages spécifiques entre les impulsions lumineuses résonantes dans la cavité du laser. Cette approche, nommée verrouillage de mode temporel topologique, permet de créer des motifs d’impulsions laser tolérants aux imperfections et aux désordres issus de la fabrication ou des perturbations environnementales.

Les lasers à verrouillage de mode topologiquement protégés pourraient améliorer les peignes de fréquences utilisés dans les domaines de la communication, de la détection et du calcul.

Alireza Marandi envisage d’exploiter la physique riche de ce nouveau type de laser pour accéder à des régimes de physique topologique non linéaire inaccessibles avec d’autres plateformes expérimentales, ainsi que pour développer des types avancés de capteurs et de matériel informatique.

En synthèse

La recherche sur les lasers à verrouillage de mode topologique représente un pas significatif vers des systèmes optiques plus résistants aux perturbations. Ces avancées promettent de transformer les technologies de communication et de détection, tout en ouvrant la voie à de nouvelles applications dans le domaine de l’informatique.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que le verrouillage de mode dans les lasers ?

Le verrouillage de mode est une technique qui permet de synchroniser les phases et les amplitudes des ondes lumineuses dans la cavité résonante d’un laser, produisant ainsi des impulsions lumineuses régulières.

En quoi consiste la robustesse topologique d’un laser ?

La robustesse topologique fait référence à la capacité d’un système à maintenir ses propriétés fonctionnelles malgré les imperfections et les perturbations, grâce à des couplages spécifiques entre les éléments du système.

Quels sont les avantages des peignes de fréquences topologiquement protégés ?

Les peignes de fréquences topologiquement protégés sont moins sensibles aux sources de bruit et aux instabilités environnementales, ce qui les rend plus fiables pour les applications de précision.

Quelles sont les applications futures envisagées par le professeur Marandi ?

Le professeur Marandi souhaite utiliser les propriétés uniques des lasers à verrouillage de mode topologique pour développer des capteurs avancés et du matériel informatique, ainsi que pour explorer de nouveaux régimes de physique topologique non linéaire.

Quelle est l’importance de cette recherche pour les technologies actuelles et futures ?

Cette recherche est cruciale pour l’amélioration des technologies optiques existantes et pour l’innovation dans les domaines de la communication, de la détection et du calcul quantique.

Références

Article : « Topological temporally mode-locked laser » – DOI: s41567-024-02420-4

L’article est publié dans Nature Physics et s’intitule « Topological Temporally Mode-Locked Laser ». Les coauteurs sont Christian R. Leefmans, Midya Parto, James Williams et Gordon H.Y. Li, tous du Caltech, Avik Dutt de l’université de Stanford et de l’université du Maryland, et Franco Nori de l’université du Michigan et du RIKEN Center for Quantum Computing au Japon.