Situées dans la gamme de l'infrarouge lointain, entre l'infrarouge moyen et les micro-ondes, les ondes dites "terahertz" ont les propriétés de passer aussi bien à travers la peau et les vêtements que les papiers, le bois, le carton ou encore le plastique. Autant d'atouts qui permettent d'envisager de multiples applications dans les secteurs de l'imagerie médicale, de la spectroscopie, de la sécurité et de l'environnement. D'où l'intérêt que suscitent les lasers à cascade terahertz, une nouvelle famille de lasers semi-conducteurs qui émettent à des fréquences de l'ordre du terahertz. Pourtant, s'ils sont aujourd'hui les seules sources compactes d'une dimension inférieure au millimètre, fonctionnant dans cette gamme de fréquences, il présente un inconvénient de taille : la forte divergence de leur faisceau qui s'avère rédhibitoire pour une utilisation généralisée.
Pour résoudre ce problème, des chercheurs français de l'Institut d'Electronique Fondamentale (CNRS/Université Paris-Sud 11) et du Laboratoire "Matériaux et Phénomènes Quantiques" (CNRS/Université Paris Diderot-Paris 7), pilotés par Raffaele Colombelli, en collaboration avec des équipes des universités de Cambridge et Leeds, ont utilisé de petites structures, les cristaux photoniques. Influençant les propriétés optiques du matériau, ceux-ci permettent alors de contrôler le trajet de la lumière. Ainsi, en les combinant avec les lasers terahertz, ces chercheurs sont parvenus à concevoir un dispositif original émettant des ondes terahertz, qui plus est permettant de contrôler très précisément le faisceau laser émis qui, dès lors, est très peu divergent.
Reste pour ces chercheurs à maximiser la puissance de sortie de ces lasers. En outre, une meilleure maîtrise de la technologie des cristaux photoniques devrait permettre la conception de nouveaux lasers terahertz de taille encore plus réduite. La solution développée est d'autant plus intéressante qu'elle peut être appliquée à d'autres lasers fonctionnant sur des gammes de longueurs d'ondes différentes. Soulignons que ces travaux ont pu être menés à terme grâce au prix EURYI obtenu en 2004 par Raffaele Colombelli. Lancé en 2002 à Athènes, celui-ci, coordonné par la Fondation Européenne de la Science, vise à promouvoir l'excellence de la recherche européenne dans toutes les disciplines. Raffaele Colombelli a pu ainsi créer sa propre équipe au sein de l'IEF où il supervise la thèse de doctorat de Yannick Chassagneux, premier auteur de la publication de ces travaux dans Nature daté du 8 janvier 2009.
