Les grains des lasers

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Israël | Science de la matière : matériaux, physique, chimie, optique
21 décembre 2018

Les lasers sont omniprésents dans la quasi-totalité des domaines technologiques d’aujourd’hui. Il est malheureusement difficile d’avoir une image nette d’un objet en utilisant un laser comme source de lumière car on voit alors l’apparition de grains de lumière qui polluent la qualité de l’image. Utiliser des lasers comme sources lumineuses a néanmoins de nombreux avantages car les lasers sont des sources lumineuses intenses et très directionnelles. Une collaboration scientifique franco-israélienne propose ainsi une nouvelle méthode permettant de gommer les défauts de l’imagerie par laser.

Image. [gauche] (a) Image d’une cible en mouvement prise avec un laser comme source lumineuse. Les grains de « speckle » sont visibles et brouillent l’image. (b) Image de la même cible statique prise en utilisant une source de lumière classique. © Image de la cible en mouvement prise avec un laser comme source lumineuse en utilisant la nouvelle méthode d’imagerie. [droite] Grains de « speckle » observés sur un faisceau laser (crédits : Ronen Chriki et Simon Mahler)

Les domaines d’application des lasers n’ont vraisemblablement pas de limites : illuminer la Lune, refroidir des atomes, déplacer des bactéries ou des cellules, étudier les propriétés statistiques d’un réseau, obtenir des images d’un objet à travers du brouillard ou même de la peau, couper des plaques de béton, lire et écrire sur des CDs ou DVDs, scanner des codes-barres… On pourrait continuer longtemps. Il est certain que vous ayez croisé d’une manière ou d’une autre un laser dans votre vie. Très récemment, le prix Nobel de physique 2018 a été attribué à deux chercheurs pour leurs travaux en 1986 sur les lasers, et plus précisément sur l’étude des lasers à haute puissance qui ont, entre autres, servi en ophtalmologie pour la correction de la myopie.

Les tavelures optiques introduites par les lasers, plus communément appelées « speckle » en anglais, représentent l’ensemble des petits grains apparaissant dans un faisceau laser. Cela confère à un faisceau laser un aspect granuleux (voir image [droite]). Cette granularité est souvent problématique lorsque l’on veut prendre la photo d’un objet en utilisant un laser comme source de lumière car cela brouille et parasite l’image formée (voir image (a)). De nombreux efforts ont été fournis ces dernières années afin de réduire le « speckle » dans les lasers, mais la grande majorité des méthodes proposées ne fonctionnent que si l’objet dont on souhaite obtenir l’image est statique ou bien se meut lentement.

En 2018, une collaboration franco-israélienne composée de chercheurs de l’Université Paris-Sud (Université Paris-Saclay) et de l’Institut Weizmann a conduit à la mise au point d’une méthode permettant de réduire et supprimer les tavelures optiques introduites par les lasers. Cette technique permet d’imager très nettement un objet se déplaçant à très grande vitesse (plus de 15 mètres par seconde). Les applications de cette nouvelle méthode sont vastes et vont de l’imagerie en slow-motion à l’identification et au suivi de projectiles se déplaçant à grande vitesse.

Source : https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.98.023812

Rédacteur : Arnaud Courvoisier, doctorant à l’Institut Weizmann