PRIX NOBEL DE PHYSIQUE 2018

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La technique d’amplification à dérive de fréquence des lasers intenses

Si, en 1960, les premiers lasers fonctionnaient de manière continue, les physiciens ont rapidement trouvé le moyen de créer des impulsions de lumière d’une durée d’abord de l’ordre de la nanoseconde (10-9 seconde), puis de la picoseconde (10-12 seconde) et de la femtoseconde. À la simple cavité laser succède alors la notion de chaîne laser qui comprend un laser initial fournissant un train d’impulsions, une « porte optique » permettant de sélectionner une seule de ces impulsions, puis une série d’amplificateurs pour conférer à celle-ci une énergie importante. Cet ensemble a permis la découverte de nombreux phénomènes optiques non linéaires, c’est-à-dire dépendant de la puissance du laser (énergie électromagnétique par unité de temps au maximum de l’impulsion). Jusqu’en 1985, la puissance maximale des lasers impulsionnels allait ainsi d’un gigawatt (109 watts) pour des petits lasers « académiques » picosecondes, à un térawatt (1012 watts) pour de grands lasers nanosecondes utilisés dans les programmes de fusion des isotopes de l’hydrogène. Un point physique bloquait l’obtention de puissances supérieures : au-delà d’un certain seuil de puissance, dit d’autofocalisation, le faisceau lumineux du laser induit un effet de lentille ayant tendance à le focaliser au sein même du milieu amplificateur, en pratique un verre ou un cristal, provoquant ainsi la rupture brutale de ce dernier. L’amplification d’impulsions femtosecondes et picosecondes se heurtait ainsi à un « mur » technique.

La solution proposée par Mourou et Strickland s’appuie sur les lois de Fourier qui prouvent que toute impulsion limitée dans le temps est la somme de composantes de fréquences d’autant plus diverses que l’impulsion est courte. Une impulsion laser est donc composée d’un ensemble de longueurs d’onde (ou de « couleurs », chaque longueur d’onde du domaine visible correspondant à une couleur) voisines. Mais chaque [...]

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Écrit par :

  • : directeur de recherche au CNRS, Laboratoire de physique statistique de l'École normale supérieure
  • : docteur en sciences physiques, directeur de recherche au CNRS

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Pour citer l’article

Vincent CROQUETTE, Philippe BALCOU, « PRIX NOBEL DE PHYSIQUE 2018 », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 25 juillet 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/prix-nobel-de-physique-2018/