Apprivoiser le laser semblable à une toile d’araignée

Des scientifiques ont trouvé une manière de contrôler avec précision un laser réseau – un système laser reposant sur un réseau s’apparentant à une toile d’araignée – afin de ne produire que des couleurs ou des combinaisons de couleurs spécifiques à la fois. Le système pourrait trouver de nouvelles applications dans les domaines de la détection, de l’informatique et de l’apprentissage automatique.

Publiée dans la revue «Nature Communications», les travaux ont été menés par l’Imperial College London et ont successivement été soutenus par les projets EPNRL et CORAL, financés par l’UE. Les conclusions d’EPNRL – résultat de la collaboration fructueuse entre des experts dans la théorie des réseaux, de la photonique et des dispositifs semiconducteurs – ont entraîné le lancement de CORAL.En quoi les lasers réseau diffèrent-ils des lasers traditionnels? Comme l’explique un article publié sur le site web de l’Imperial College London, dans les lasers traditionnels, la lumière est générée en faisceaux étroits qui restent stables sur de longues distances. Toutefois, la lumière laser n’est généralement émise que dans une fréquence et n’a donc qu’une seule couleur. En revanche, les lasers réseau «sont constitués d’un maillage de fibres optiques à l’échelle nanométrique qui sont fusionnées pour former un réseau semblable à une toile d’araignée». À mesure que la lumière se déplace le long des fibres, elle interfère et crée des centaines de couleurs en même temps. «Cependant, les couleurs sont mélangées de manière complexe et émises au hasard dans toutes les directions.»

L’équipe de recherche a développé une méthode pour contrôler un laser réseau avec précision afin qu’il puisse produire différentes couleurs de lumière. Ils ont dirigé des «motifs d’illumination» uniques sur le laser et découvert que chaque motif engendre une couleur ou une combinaison de couleurs laser différente. Les motifs d’illumination ont été créés à l’aide d’une matrice de micro-miroirs, ou DMD, c’est-à-dire un dispositif contrôlé par un ordinateur doté de plusieurs centaines de milliers de miroirs microscopiques disposés de façon rectangulaire sur sa surface. «La DMD est optimisée par un algorithme qui sélectionne le meilleur motif pour une couleur laser particulière», précise l’article.

«Nous avons associé les mathématiques de la théorie des réseaux à la science du laser pour apprivoiser ces lasers complexes. Nous pensons qu’ils seront au cœur du traitement de la lumière sur des puces, et nous les testons désormais en tant que matériel d’apprentissage automatique», explique le professeur Riccardo Sapienza, co-auteur de l’étude, rattaché au département de physique à l’Imperial College London dans le même article.

Le professeur Mauricio Barahona, co-auteur, du département de mathématiques à l’Imperial College London, souligne quant à lui: «C’est une illustration de l’association des mathématiques et de la physique, qui montre comment les propriétés d’un réseau peuvent affecter le processus d’émission laser et permettre de le contrôler. Le prochain grand défi consiste à concevoir des réseaux et des motifs d’illumination pour contrôler le profil temporel de la lumière laser et y encoder des informations».

Le projet EPNRL (Electrically pumped network random lasers) d’une durée de deux ans a pris fin en juillet 2020. CORAL (COntrolling network RAndom Lasers on chip) a été lancé en mars de la même année et prendra fin en 2024.

Pour plus d’informations, veuillez consulter:

page web du projet CORAL

projet EPNRL