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Un laser très paisible.

publié le , mis à jour le

[28-10-2014] Lorsqu’on additionne des ondes de fréquences différentes, il se produit des battements dans le domaine temporel, qui sont responsables de fluctuations de l’intensité au cours du temps. Ce phénomène est général à tous les domaines de la physique ondulatoire : mécanique quantique, optique, acoustique, électromagnétisme... Ces variations d’intensité sont régies par les relations entre les phases des différentes fréquences : par exemple si l’on considère un jeu de différentes fréquences régulièrement espacées (comme les modes d’une cavité laser), lorsque les phases sont toutes identiques, l’intensité résultante consiste en une succession d’impulsions, séparées par des périodes d’intensité résultante nulle (« modes bloqués en phase »). En revanche, lorsque les phases n’ont pas de relation spécifique, les fluctuations de l’intensité du signal suivent une statistique bien connue, en exponentielle décroissante. Or, pour un certain nombre d’applications - synthèse vocale, amplificateurs optiques ou micro-ondes - ces fluctuations sont problématiques. Dès lors, la question suivante se pose : comment choisir les phases des différentes fréquences pour minimiser les fluctuations d’intensité, c’est-à-dire pour générer une intensité aussi constante que possible ?

Pour l’instant, ce problème n’a pas trouvé de solution. Néanmoins des solutions approchées ont été proposées et permettent de réduire considérablement les fluctuations d’intensité. Parmi ces solutions figurent les phases de Newman qui consistent à appliquer une variation de phase quadratique : la phase de la fréquence n est n2/N où N est le nombre de fréquences mises en jeu. Dans ce cas, les fluctuations d’intensité tendent à disparaître, d’autant plus que N est grand. Pour la première fois, nous avons appliqué ce résultat à des ondes optiques : un laser à décalage de fréquence intra-cavité injecté par un laser monomode permet de générer un peigne de fréquences dont les phases ont une dépendance quadratique. En réglant la courbure de la parabole des phases à la valeur précédente, nous avons pu générer un rayonnement laser aux fluctuations d’intensité fortement réduites par rapport au cas des phases aléatoires. Ces travaux ont été publiés dans Phys. Rev. A.