France : des chercheurs améliorent une nouvelle technologie laser

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France - Les lasers à cascade terahertz sont une nouvelle famille de lasers semi-conducteurs, inventés en 2002, qui émettent à des fréquences de l'ordre du terahertz, soit 10^12 hertz. Du fait de leurs nombreuses applications, ils suscitent actuellement un vif intérêt, mais présentait un inconvénient majeur : leur faisceau est très divergent. Des chercheurs français ont aujourd'hui mis au point une méthode corrigeant grandement ce problème.

Situées dans la gamme de l'infrarouge lointain, entre l'infrarouge moyen et les micro-ondes, les ondes terahertz comportent de précieux atouts: elles peuvent passer à travers la peau, les vêtements, les papiers, le bois, le carton et le plastique. Des propriétés qui offrent des applications en imagerie médicale, spectroscopie, sécurité et environnement (détection d'agents biologiques, de polluants ou encore d'empreintes digitales...).

De plus en plus étudiés, les lasers à cascade terahertz possèdent eux aussi plusieurs avantages : ils sont très compacts, leur énergie est d'origine électrique et ils fonctionnent dans la gamme des ondes terahertz. Or, le spectre de fréquences entre 1 et 10 THz, appelé aussi "gap" THz, s'avère très difficile à générer avec des dispositifs peu encombrants. Ceci explique le profond intérêt suscité par les lasers à cascade terahertz qui sont les seules sources compactes, d'une dimension inférieure au millimètre, fonctionnant dans cette gamme de fréquences. Ces lasers fort prometteurs présentent toutefois un point faible : la forte divergence de leur faisceau, rédhibitoire pour une utilisation généralisée.

Les chercheurs de l'Institut d'électronique fondamentale et du laboratoire Matériaux et phénomènes quantiques, pilotés par Raffaele Colombelli, chargé de recherche CNRS, et en collaboration avec les universités de Cambridge et de Leeds, ont utilisé de toutes petites structures, les cristaux photoniques, pour influencer les propriétés optiques du matériau et permettre notamment de contrôler le trajet de la lumière. En combinant ces composants avec les lasers terahertz, les scientifiques sont parvenus à concevoir un dispositif ingénieux émettant des ondes terahertz, mais surtout permettant un contrôle précis du faisceau laser. Grâce à cette technologie efficace, celui-ci est désormais très peu divergent.

Publiés le 8 janvier dans la revue Nature, ces résultats ouvrent un grand nombre de perspectives prometteuses, notamment en imagerie médicale.