Peigne de fréquence optique

Des peignes de fréquence sont développés dans le domaine de l'optique et surtout des lasers, servant à mesurer des intervalles de temps...



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Filtre - Optique

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Des peignes de fréquence sont développés[1] dans le domaine de l'optique et surtout des lasers, servant à mesurer des intervalles de temps et des fréquences lumineuses avec une précision particulièrement fortement perfectionnée ;
A titre d'exemple : la spectroscopie ultra-haute résolution permet déjà une mesure de la distance terre-lune avec une précision équivalent à l'épaisseur de 1/100 000 ème de cheveux. Cette précision devrait être portée à 10 millionièmes de cheveux[2].

Principes

Une onde lumineuse peut contenir plus d'un million de milliards (1015) d'oscillations ou cycles par seconde

Dans le domaine des grandes longueurs d'onde, un filtre en peigne permettait déjà de traiter un signal optique en ajoutant une version retardée du signal à lui-même, provoquant des interférences destructives ou constructives. La réponse en fréquence du filtre se présente sous la forme d'une série de pics régulièrement espacés, d'où le nom de «filtre en peigne». Un filtre de ce type peut être implanté sous une forme discrète ou continue dans le temps.

Dans le domaine de l'optique et spectroscopie de précision, depuis peu (Prix Nobel 2005 de physique) on utilise le spectre d'un laser à impulsions ultra-courtes (ou «laser ultrabref» ex : laser au titane-saphir), qui est un peigne de fréquence qu'on peut utiliser comme une sorte de règle ultra-précise spatiale et temporelle (10 000 fois plus précises que la mesure faite par les meilleurs oscilloscopes).
La difficulté du contrôle de la source lumineuse a été résolue par l'invention de «lasers à modes bloqués» délivrant des impulsions ultra-brèves émises en courtes séries de crêtes et creux croissant et décroissant de manière régulière sur un pas de temps qui peut être aussi bref que 10 femtosecondes. On crée un effet de peigne lorsque on utilise un «laser à mode bloqué» pour produire une interférence avec la lumière d'un laser continu ultra-stable (qui sera ici l'«onde porteuse» et qui émet un flot continu d'oscillations régulières).

Les chercheurs disposent désormais d'une instrumentation simple pouvant couvrir une octave (gamme de lumière allant d'une fréquence au double de cette fréquence) grâce à une nouvelle fibre optique microstructurée guidant le flux de photons dans une suite de trous de diamètre micrométrique pleins d'air. Une telle fibre propage la lumière d'un laser titane-saphir sans étirer ses impulsions comme cela se produit dans une fibre normale ou dans la majorité des milieux optiques. Cette fibre a la propriété de provoquer un élargissement spectral de l'onde (elle produit l'ensemble des couleurs de l'arc en ciel, visible à l'œil nu) tandis que la lumière du laser est produite dans le proche infrarouge, à peine visible par l'œil humain), tout en conservant la structure en peigne de fréquence d'origine donnée par le laser.

Domaines potentiels d'application

Ils sont probablement particulièrement nombreux, mais on peut déjà citer :

Prospective :

Voir aussi

Liens externes

Bibliographie

Notes et références

  1. Exemple (Création d'un peigne de fréquences de longueur d'onde centrale accordable à partir d'ondes continues, par Benoit Barviau, Christophe Finot, Julien Fatome et Guy Millot ; 1 p)
  2. Colloque des sciences, 16 dec 2005, Prix nobel de Physique 2005 (PowerPoint)

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