Le plus petit laser du monde

Les lasers conventionnels, constitués d'un milieu d'excitation, d'un système de pompage et de deux miroirs dont l'un est semi-réfléchissant, sont d'une taille relativement imposante, de l'ordre de la dizaine de centimètres. Celle des diodes laser est beaucoup plus réduite, celles-ci fonctionnant selon un mode bien distinct de recombinaison de paires électron/trou au sein d'un matériau semi-conducteur. Ce gain de taille est l'une des raisons pour lesquelles les diodes, présentes au sein des lecteurs CD, DVD et Bluray, dominent le marché des lasers (58% des ventes en 2009). Bien que réduite, leur taille reste cependant supérieure à la longueur d'onde émise. Des physiciens de l'Institut d'électronique quantique de l'Ecole polytechnique fédérale de Zurich (ETHZ) ont élaboré une microcavité laser dont la taille est près de sept fois inférieure à la longueur d'onde émise, une première mondiale reportée dans la revue américaine Science [1].
Fabriquée sur un substrat d'arséniure de gallium (GaAs) avec la technique d'épitaxie par jets moléculaires, et constituée de plusieurs couches de GaAs dopées, la structure élaborée par les scientifiques zurichois est constituée de deux condensateurs semi-cylindriques reliés entre eux par un inducteur. Ce circuit électronique résonant inductance/capacitance (LC) confine le champ électrique de façon extrême. Par un amplificateur optique, la lumière captée est induite en oscillations électromagnétiques auto-entretenues. La taille du circuit n'est que de 30 µm environ. La longueur d'onde émise est modulable suivant la longueur de l'inducteur : de 210 micro-m pour une longueur d'inducteur de 11 µm, elle est de 192 µm pour une longueur de 8 µm.
" Cela signifie que la taille du résonateur n'est désormais plus limitée par la longueur d'onde de la lumière et peu en principe être diminuée à volonté " souligne Christoph Walther, premier auteur de l'étude. La conception de ces résonateurs LC peut être étendue à des fréquences supérieures aux térahertz. En microélectronique, ils pourraient être intégrés comme composant électro-optiques au sein de puces, ou encore appliqués à des détecteurs et des modulateurs.

[1] C. Walther & al., ''Microcavity laser oscillating in a circuit-based resonator'', Science 327, 1495, 19 mars 2010 - http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/sci;327/5972/1495