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Le son dompte les lasers surpuissants !


Aspect cyberpunk neon. Image d'une bouche qui domine des lasers par le son. Le texte écrit correspond au titre de l'article : le son dompte les lasers surpuissans. Logo OUÏE AUDITION fluo. En arrière plan des formules mathématiques.

Une révolution dans le contrôle des lasers ultra-intenses vient d'être accomplie par une équipe de chercheurs. Ces physiciens sont parvenus à dévier et focaliser un puissant faisceau laser uniquement grâce à des ultrasons propagés dans l'air! Explications sur cette prouesse technologique.


Les ultrasons, des ondes sonores inaudibles et énergétiques


Mais d'abord, qu'est-ce que les ultrasons ? Il s'agit d'ondes sonores dont la fréquence est supérieure à 20 kHz, limite de l'audition humaine. Les ultrasons sont utilisés dans l'imagerie médicale, l'industrie et même la musique! Ils présentent l'avantage de transporter plus d'énergie que les sons audibles.


Les lasers ultra-puissants, des faisceaux lumineux intenses


Les lasers ultra-puissants, avec des puissances crête dépassant le gigawatt (soit 1000 milliards de watts!), sont de plus en plus employés dans l'industrie et la recherche de pointe. Ils présentent de nombreux avantages : découpe et soudure fines dans l'industrie automobile et aéronautique, gravure de précision pour la microélectronique, accélération de particules en physique nucléaire, imagerie biologique haute résolution, et bien d'autres applications.


Un contrôle délicat


Cependant, la manipulation et le contrôle de ces faisceaux lumineux intenses pose un énorme défi technologique. En effet, les techniques traditionnelles utilisant des miroirs ou des lentilles solides sont rapidement limitées. Les intensités extrêmes endommagent les composants optiques, entraînant leur destruction.


L'astuce révolutionnaire des ultrasons


L'astuce révolutionnaire des chercheurs a été d'utiliser les ultrasons pour contrôler et dévier le puissant laser. En focalisant des ultrasons de très haute intensité dans l'air ambiant, ils parviennent à créer des zones de surpression qui font office de miroirs ou de lentilles pour le faisceau lumineux. Ce sont les ondes sonores ultrasonores qui modulent localement l'indice de réfraction de l'air, permettant ainsi de dévier ou de focaliser le laser comme avec un miroir ou une lentille traditionnelle.


Un milieu gazeux invulnérable


Le fait d'utiliser l'air ambiant comme milieu de contrôle optique présente un avantage décisif: il ne risque pas d'être endommagé par l’intense irradiation lumineuse ! Cette approche permet de s'affranchir des limitations qu'imposent les composants solides traditionnels.


Une prouesse technologique


Concrètement, les scientifiques ont réussi à dévier efficacement des impulsions laser de 20 gigawatts grâce aux ultrasons propagés dans l'air. C'est 3000 fois plus que ce qui était possible jusque-là avec les techniques conventionnelles ! Pour parvenir à un tel résultat, ils ont utilisé des transducteurs ultrasonores de grande dimension, capables de générer des ondes sonores intenses à une fréquence de 490 kHz.


Perspectives d'applications


En contrôlant précisément la fréquence et l'amplitude des ultrasons, ils peuvent agir sur l'indice de réfraction de l'air et ainsi "sculpter" le trajet des photons selon leur guise. Les chercheurs parlent d’ailleurs de "sono-photonique en phase gazeuse", cette nouvelle technique prometteuse où le son module la lumière par l'intermédiaire de l'air.

Les potentialités d’application sont immenses. Cette approche ouvre la voie à une nouvelle génération de dispositifs photoniques à base de gaz, qui pourraient avantageusement remplacer les composants solides sur certains créneaux. On peut imaginer des lentilles sophistiquées, des guides d'ondes reconfigurables, des modulateurs acousto-optiques compacts, et bien d'autres applications encore à explorer !


Conclusion

En résumé, grâce à une idée astucieuse, la possibilité de sculpter la lumière avec le son est désormais une réalité. Ce mariage entre photonique et acoustique ouvre des perspectives passionnantes. Affaire à suivre donc !


Source de l'article : https://www.nature.com/articles/s41566-023-01304-y

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