Des chercheurs ont accidentellement découvert une nouvelle technique pour générer des solitons sombres dans les lasers à semi-conducteurs intégrés. Les solitons sombres sont des régions d’extinction optique sur des arrière-plans lumineux. Cette avancée pourrait avoir d’importantes implications pour la spectroscopie moléculaire et l’optoélectronique intégrée.
La découverte a été réalisée par une équipe de chercheurs internationaux de l’Université Harvard et de l’Université de technologie de Vienne. Alors qu’ils cherchaient à développer une version simplifiée de lasers à peigne de fréquence pouvant être intégrés dans des puces, les chercheurs ont observé qu’un laser à cascade quantique s’est stabilisé à une fréquence de peigne stable dans la région du moyen infrarouge utilisée pour la spectroscopie moléculaire. Ce peigne de fréquence stable ne comptait que neuf dents, contrairement aux lasers à peigne de fréquence traditionnels qui sont encombrants et complexes.
Les chercheurs ont intégré un coupleur de guide d’ondes dans la même puce, ce qui a facilité l’extraction de la lumière et permis d’obtenir une puissance de sortie plus élevée. En ajustant les pertes de couplage, ils ont pu basculer le laser entre son régime de peigne de fréquence et son régime de continu. Dans le régime de continu, les chercheurs ont observé l’apparition de solitons sombres lorsque le laser était éteint puis rallumé. Les solitons sombres sont des paquets d’ondes non linéaires et autosuffisants qui peuvent se propager indéfiniment dans l’espace.
Ce qui rend cette observation particulièrement surprenante, c’est que les solitons sombres apparaissent comme de petites lacunes dans la lumière laser continue, ce qui entraîne un énorme changement de son spectre de fréquences. Ce changement a des implications pour la spectroscopie, car il permet aux scientifiques d’observer des molécules qui émettent sur une large plage spectrale.
Bien que des solitons sombres aient été observés auparavant, c’est la première fois qu’ils sont observés dans un petit laser électro-injecté. Les chercheurs explorent désormais des techniques pour produire des solitons lumineux à partir de solitons sombres, ainsi que pour étendre la technique à d’autres types de lasers afin de les miniaturiser et pour une utilisation avec des batteries.
Cette découverte accidentelle ouvre de nouvelles possibilités pour le domaine de l’optoélectronique intégrée et de la spectroscopie. Les chercheurs sont optimistes quant aux progrès futurs et au potentiel d’applications commerciales.
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