| Dans un laser, le milieu actif responsable de l'amplification de la lumière est soit un gaz, un liquide ou un cristal pompé (excité) afin d'amener des atomes dans un état d'énergie excite, conduisant certains de leurs électrons à occuper des orbitales (trajectoire en rotation atour du noyau) d'énergie supérieur à celle de leur orbitale d'origine, soit se situant plus loin du noyau de l'atome. |  |
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Dans le cas des milieux à trois niveaux d'énergie accessibles ou plus, il va s'installer sous certaines conditions d'intensité de pompage et de durée de vie des états stables et métastables un phénomène appelé l'inversion de population consistant à dépeupler complètement un niveau en faveur d'un autre et produisant l'effet de l'amplification laser. En envoyant des photons sur ces atomes et électrons dans l'état d'inversion de population, ces derniers vont alors précipiter la désexcitation ce qui va produire un photon identique à celui qui lui aura donné naissance.
L'inversion de population était jusqu'à maintenant une condition forcée pour l'obtention d'une amplification laser. Mais des chercheurs de l'Imperial College de Londre et de l'université de Neuchâtel en Suisse ont montré que si les phases quantiques des ondes électroniques étaient couplées en utilisant une impulsion lumineuse, alors l'inversion de population n'était plus nécessaire à l'amplification lumineuse.
L'équipe de chercheurs a créé une structure semiconductrice à base d'arséniure de gallium-indium et d'arséniure d'indium-aluminium formant des atomes artificiels contenant trois nivaux d'énergie dont les écarts peuvent être contrôlés par une modification des épaisseurs des matériaux. Les électrons de ces atomes artificiels ont la possibilité de passer directement de l'état fondamental au niveau 2 ou au niveau trois pour revenir vers le niveau 2. Les électrons se comportent alors comme une onde dont la phase peut être dirigée par un laser leur permettant d'interférer entre elles. Avec ce procédé, les chercheurs ont montré qu'il était ainsi possible de produire de la lumière même lorsque 80% des électrons se trouvaient dans l'état fondamental.
Le principe permet également de rendre le matériau transparent par un effet de transparence électro-magneto induite consistant à rendre la probabilité de désexcitation du niveau 2 vers l'état fondamental nulle. En envoyant un deuxième faisceau laser dont la longueur d'onde correspond à la résonance de la transition, les photons peuvent alors traverse le milieu sans être absorbés.
Il a également été observé que les interférences quantiques pouvaient augmenter de plusieurs ordres de grandeurs l'indice de réfraction du matériau, permettant de réduire fortement la vitesse de la lumière dans le milieu laissant entrevoir de grandes possibilités pour le stockage optique des données ou l'ordinateur quantique.
Telecharger le podcast Source : Nature Materials Gain without inversion in semiconductor nanostructures Vol 5 No 3 175?178 |
publié par
Tom
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Actualité scientifique
