Peigne de fréquence optique

Un peigne de fréquence est la représentation graphique du spectre produit par un laser femtoseconde. Les peignes de fréquence sont développés dans le domaine de l'optique et plus particulièrement des lasers, permettant de mesurer des intervalles de temps et des fréquences lumineuses avec une précision très fortement améliorée.

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 quand 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).

Domaines potentiels d'application

.  amélioration de plusieurs ordres de grandeur de la sensibilité et de la portée d'instruments télémétriques utilisant la lumière (instruments de type « lidar »);

. création de synthétiseurs de fréquences optiques ultra-précises, permettant l'amélioration de la mesure dans le domaine des nanotechnologies et de la femtochimie

. création de super-lasers groupant les émissions de plusieurs lasers à peignes de fréquence en un flot unique, mais cohérent et organisé, d'impulsions lumineuses. Potentiellement tout le spectre électromagnétique (du rayon X à l'onde radio en passant par l'infrarouge devrait ainsi pouvoir être contrôlé et utilisé)

. analyse de nanophénomènes d'origines biologiques, biochimiques

. manipulation cohérente d'atomes

( source : Wikipédia )