Nouveau principe pour un laser à faible consommation d'énergie

Un nouveau laser à polaritons produit une lumière cohérente, non pas à l'aide d'électrons stimulés dans des semi-conducteurs, mais sur la base d'un processus issu de la physique quantique, pour une consommation d'énergie bien plus faible.

Aidés de partenaires internationaux, les physiciens de l'Université de Wurtzbourg sont parvenus à développer un laser électrique basé non pas sur des électrons mais sur des polaritons. Les polaritons sont des quasi-particules qui se génèrent avec une très haute qualité dans un puits quantique semi-conducteur, à l'intérieur d'un micro-résonateur. Si une tension est appliquée sur une structure de puits quantique, des paires se créent à partir des porteurs de charge opposés, paires qui peuvent être qualifiées d'excitons. La désintégration de ces paires entraîne la formation de photons qui se réfléchissent sur les miroirs de la microcavité puis produisent à leur tour des excitons dans le puits quantique, et ce dans un processus périodique.

Toutefois, si le micro-résonateur présente une qualité suffisamment élevée, les excitons peuvent absorber un autre photon avant leur désintégration et créer ainsi un polariton. La désintégration des polaritons dans le micro-résonateur génère un rayon laser cohérent, presque identique à un laser conventionnel. L'avantage d'un laser à polaritons réside dans le fait que la génération du faisceau ne nécessite aucune inversion de population des porteurs de charge. En outre, l'énergie laser ne dépend plus du volume de la couche semi-conductrice active. La quantité d'énergie utilisée pour le fonctionnement du laser peut ainsi être quasiment divisée par deux par rapport aux lasers à semi-conducteurs actuels.

Compte tenu du fait que la lumière du laser à polaritons présente des caractéristiques quasiment identiques à celles d'un laser conventionnel, la démonstration d'une génération de la lumière à l'aide des polaritons a nécessité beaucoup de ressources. Toutefois, un gros inconvénient subsiste : le composant ne fonctionne qu'à une température de −263 °C. Les scientifiques ont bon espoir que le processus permette à l'avenir de créer des composants capables d'être actifs à température ambiante, afin de générer des sources lumineuses à polaritons en dehors des laboratoires, par exemple dans le cadre du couplage optique de puces, ou bien pour le fonctionnement de lasers à faible consommation d'énergie pour des circuits d'optique fortement intégrée.

Source : www.photonik.de