Des physiciens de l'Institut Max-Born (MBI) et de l'Institut Ferdinand Braun pour les techniques de haute fréquence (FBH) ont établi un nouveau record de durée d'impulsion avec un laser à disque semi-conducteur (aussi appelé diode laser à cavité verticale émettant par la surface, "VCSEL" [1]) : seulement 290 femtosecondes (1 femtoseconde = 1 mille-milliardième de seconde), contre 480 femtosecondes pour l'ancien record.
Ce type de laser est actuellement celui qui remplit au mieux les critères requis, à savoir qu'il permet l'obtention de rayons à impulsions courtes à différentes longueur d'ondes, tout en étant à la fois maniable et bon marché, fonctionnant à partir d'une structure semi-conductrice assimilée à un "disque semi-conducteur". Des chercheurs du monde entier tentent d'optimiser ces appareils, parmi lesquels les chercheurs Dr. Peter Klopp et Dr. Uwe Griebner et leurs collègues du MBI et du FHB, qui se concentrent principalement sur la réduction des durées d'impulsion. Plus les impulsions sont courtes, plus leur énergie est concentrée. De cette façon, un matériau peut être traité plus efficacement et les mesures effectuées sont plus exactes, comparables à celles faites à partir de microscopes. Selon Peter Klopp, ce nouveau record représenterait "un record pour les lasers à semi-conducteurs en général".
Le "disque semi-conducteur", plus fin qu'un cheveu, est composé de quatre couches extrêmement fines de InGaAs, indium gallium arsenic. Ces couches se comportent comme des "puits quantiques" [2], et les photons générés par apport d'énergie sont émis à la verticale par la surface, moyennant un absorbeur saturable.
En théorie, les lasers à disque semi-conducteur permettent d'obtenir des impulsions de moins de 100 femtosecondes. Selon Peter Klopp, un des principaux obstacles pour parvenir à de tels résultats est le "chirp". Ce terme désigne la modulation en fréquences qui implique que la durée d'impulsion devient plus longue avec le temps [3]. En diminuant l'épaisseur du disque et en utilisant un revêtement, les chercheurs allemands ont réussi à diminuer le chirp provenant de réflexions internes. Mais cette modulation a également lieu lorsque l'impulsion se propage à travers le semi-conducteur : la quantité de porteurs de charges libres change dans le temps, impliquant une modification de l'indice de réfraction. Dans la structure semi-conductrice émettant la lumière, la densité de porteurs de charge diminue tandis qu'elle augmente dans l'absorbeur saturable. Ce dernier phénomène crée idéalement un chirp inversé, agissant de façon compensatoire.
Les constructeurs de laser ont déjà commandé de tels lasers avec un complément spécial : en introduisant d'autres matériaux semi-conducteurs au système, les lasers peuvent générer non seulement des impulsions infrarouges mais aussi bien d'autres longueurs d'ondes atteignant le domaine des ultra-violets.
C'est une avancée importante - pour l'industrie autant que pour la recherche - car les applications sont multiples : examen des procédés de réactions biochimiques, médecine, traitement des matériaux, etc.
