Projet BLASON : Balles de Lumière dans les Lasers à Semi-conducteurs
La possibilité de maitriser la structure spatio-temporelle de la lumière représente l'un des principaux défis de la photonique moderne.
La «photonique multimode» est un sujet de recherche novateur dédié à la génération et au contrôle d'états lumineux complexes pour des applications telles que le traitement de l'information, l'informatique photonique, la détection et l'imagerie.
Dans ce contexte, le projet BLASON vise à réaliser une source laser à semiconducteur III-V capable d'émettre un ensemble de trains d'impulsions optiques spatialement indépendants, où chaque impulsion peut être adressée individuellement. Ainsi, un laser émettant N trains de M impulsions est la matérialisation d’un tampon optique tridimensionnel de N par M bits. De plus, cet appareil offre une lumière reconfigurable spatio-temporellement avec (M+1)N états différents et M peignes de fréquences pour des applications LIDAR.
Dans les sources lasers traditionnelles, l'obtention d'une émission décorrélée spatialement dans le plan transverse s'avère impossible en raison de la diffraction, où la lumière se disperse pendant sa propagation. Par conséquent, il devient inatteignable de stocker de l'information dans le profil transverse d'un laser classique. De même, dans le cas d'un laser émettant des impulsions lumineuses, ces impulsions sont fortement corrélées, rendant impossible l'extinction ou l'allumage individuel de l'une sans affecter les autres.
Dans Blason, nous proposons d’utiliser une forme d’émission laser très particulière, appelée « structures localisées (SLs)» ou « solitons dissipatifs ». Ces structures sont assez répandues en nature, on peut, par exemple, les observer dans du sable soumis à vibration, dans la décharge dans un gaz, dans certaines réactions chimiques et dans des écosystèmes. Les SLs sont des entités indépendantes les unes des autres, permettant ainsi leur allumage et leur extinction individuel. Dans le contexte des lasers, les SLs spatiales se matérialisent sous la forme de pics d'intensité lumineuse dans la section transverse, tandis que les SLs temporelles correspondent à des impulsions lumineuses. Dans les deux cas, elles peuvent être utilisées comme des "bits" lumineux pour structurer le faisceau ou traiter l'information. Blason vise à mettre en œuvre des structures localisées spatio-temporelles, c'est-à-dire des "balles de lumière"
La création d'une source laser émettant de telles structures représente un défi d'ingénierie considérable en raison des contraintes défavorables sur les paramètres laser. Nous avons relevé ce défi en collaboration avec nos collègues de l’Institut d’Electronique et Système (IES) de Montpellier et de la centrale technologique Renatech au Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N) de Paris en développant une structure laser innovante basée sur les nanotechnologies pour répondre à ces contraintes.
Nous avons ainsi conçu une plateforme laser capable d'émettre une lumière structurée spatio-temporellement, nous permettant de mener des études fondamentales sur la dynamique 3D de la lumière laser. Pour la première fois, nous avons démontré l'existence de patterns de Turing temporellement localisés. Ces patterns, fréquemment observés dans la nature, sont à l'origine des motifs présents sur le pelage d'animaux tels que le zèbre ou le guépard. De plus, nous avons modulé le profil du gain net dans le VECSEL pour créer un laser capable d'émettre une lumière spatio-temporellement reconfigurable.
Une première démonstration a abouti à la création d'une plateforme capable d'émettre 5 bits temporels sur deux canaux spatiaux. Ces performances peuvent être améliorées en augmentant la taille transverse du laser et sa longueur.
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Découvrez le portrait de Massimo Giudici à l'origine du projet BLASON !
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Découvrez en 3D des balles de lumières. Ces petites sphères que vous vous apprêtez à voir sur votre écran ne sont pas n’importes quelles sphères : organisées en lignes et en colonnes, elles forment la structure de la lumière d’un laser un peu particulier, le VECSEL. Le projet BLASON porté par l'équipe de Massimo Guidici utilise ce laser pour stocker de li'nformation !