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Une équipe de recherche de l’INRS présente une nouvelle méthode pour produire une source de lumière prometteuse, jusqu’à maintenant accessible que dans de gigantesques installations.
Le doctorant Mangaljit Singh, le professeur Tsuneyuki Ozaki et le professeur François Légaré de l’Institut national de la recherche scientifique (INRS), en collaboration avec le professeur Vasily Strelkov de l’Institut de physique générale A. M. Prokhorov de l’Académie des sciences de Russie, ont entrepris de développer un laser capable de produire des ondes lumineuses de haute intensité dans le spectre de l’ultraviolet extrême (UVE). Sa spécificité ? Il pourra être logé dans un laboratoire. En effet, ces impulsions UVE quasi monochromatiques (QM) et énergétiques nécessitent généralement de gigantesques installations valant des centaines de millions de dollars, ce qui rend leur accès très limité aux chercheuses et aux chercheurs.
Avec la nouvelle méthode, présentée dans la prestigieuse revue Optica, les sources intenses QM-UVE pourraient être générées dans des laboratoires de taille limitée. « Elles peuvent avoir une multitude d’applications potentielles dans le domaine de l’ingénierie des matériaux, par la caractérisation de la matière à l’aide de techniques de spectroscopie de photoémission. Elles pourraient aussi servir en microscopie avec l’utilisation d’une imagerie nanométrique à haute résolution et à fort contraste, ainsi que dans le domaine de la fabrication de dispositifs par la lithographie UVE des semi-conducteurs », explique l’étudiant au doctorat en sciences de l’énergie et des matériaux.
« Comme Optica est une revue de grande qualité qui s’adresse à un public aussi bien général que spécialisé dans le domaine de l’optique, nos résultats de recherche rejoindront un plus large public. C’est extrêmement stimulant pour l’équipe. »
Mangaljit Singh
Vers une impulsion plus efficace
La lumière QM-UVE peut être générée par l’interaction laser-matière entre un gaz noble et un laser femtoseconde : grâce au phénomène de génération d’harmoniques d’ordre élevé, un photon de basse fréquence (visible ou proche/moyen infrarouge) interagissant avec le gaz est renvoyé à une fréquence plus élevée dans les UVE. Ce processus est toutefois extrêmement inefficace.
Pour surmonter ce problème, l’équipe a travaillé avec un « panache » créé par ablation laser, c’est-à-dire un assemblage de plumes lumineuses. Celui-ci est généré en focalisant une impulsion laser de haute intensité sur la surface d’une cible en gallium. En exploitant le même phénomène de génération d’harmoniques d’ordre élevé à l’aide du « panache » de gallium, les scientifiques ont pu obtenir une impulsion UVE cent fois plus énergétique qu’avec des techniques conventionnelles.
L’équipe souhaite maintenant générer des sources UVE semblables, mais avec des longueurs d’onde plus courtes. Ce prochain projet de recherche pourrait générer une intensité des UVE encore plus élevée ainsi qu’une meilleure monochromaticité de ces derniers.
Ces travaux ont été réalisés au Laboratoire de sources femtosecondes (ALLS), sous la direction de l’équipe du Laboratoire pour la production d’impulsions laser énergétiques et isolées dans le régime de l’attoseconde. Située à Varennes, au Québec, et dirigée par le professeur Ozaki, cette infrastructure de l’INRS se consacre à l’étude des phénomènes physiques ultrarapides et leurs applications en imagerie moléculaire. Les recherches qui y sont menées sont également appliquées en optoélectronique, en photodétection, en interaction laser-plasma et en imagerie holographique.
À propos de l’article
L’article « Intense quasi-monochromatic resonant harmonic generation in the multiphoton ionization regime » a été publié le 20 août 2021 dans la prestigieuse revue Optica par Mangaljit Singh, Muhammad Ashiq Fareed, Vasily Strelkov, Alexei N. Grum-Grzhimailo, Alexander Magunov, Antoine Laramée, François Légaré, and Tsuneyuki Ozaki.
