Des scientifiques de l'Institut japonais des sciences moléculaires ont multiplié par 1 000 la génération de lumière blanche à l'intérieur de l'eau en utilisant une excitation laser femtoseconde bicolore non harmonique. Cette approche jusqu'alors inexplorée dans les liquides ouvre de nouvelles voies optiques non linéaires, permettant une accélération spectaculaire de la génération de supercontinuum. Cette avancée jette les bases de la bioimagerie de nouvelle génération, de la spectroscopie en phase aqueuse et de la science attoseconde dans l'eau.
Cette œuvre apparaît dans Lettres d'optique.
Des chercheurs de l'Institut des sciences moléculaires (NINS, Japon) et de SOKENDAI ont découvert un nouveau principe optique qui permet une génération de lumière considérablement plus forte dans l'eau, permettant d'obtenir une production de lumière blanche à large bande multipliée par 1 000 par rapport aux méthodes conventionnelles.
L’équipe a utilisé une excitation laser femtoseconde bicolore non harmonique, dans laquelle les deux longueurs d’onde laser ne partagent pas un rapport de fréquence entier. Alors que les combinaisons harmoniques (telles que la lumière fondamentale et la lumière de deuxième harmonique) sont largement utilisées en optique non linéaire, il s'agit de la première démonstration que l'excitation non harmonique dans l'eau peut débloquer un puissant régime d'interaction lumière-matière.
En focalisant deux impulsions ultracourtes – 1 036 nm et une longueur d'onde de graine non liée à un nombre entier (par exemple, 1 300 nm) – dans l'eau, les chercheurs ont considérablement amplifié les effets optiques non linéaires, notamment la compression des solitons, l'émission d'ondes dispersives, le mélange à quatre ondes et la modulation en phase croisée.
Ces effets coopératifs produisent un supercontinuum exceptionnellement brillant, une source de lumière blanche semblable à un arc-en-ciel, cruciale pour la spectroscopie et l'imagerie ultrarapides. Les expériences de contrôle dans l'eau lourde (D₂O) n'ont montré aucune amélioration comparable, révélant que l'effet est dû aux conditions de dispersion et de résonance spécifiques à l'eau.
« En brisant délibérément les conditions harmoniques habituelles du laser, nous avons découvert une nouvelle façon d'amplifier la lumière à l'intérieur de l'eau », explique le Dr Tsuneto Kanai, chercheur principal. « Cela ouvre une toute nouvelle direction pour l'optique ultrarapide dans les liquides. »
Le professeur agrégé Toshiki Sugimoto, chercheur principal du projet, note que « nos découvertes offrent une approche puissante pour découvrir des phénomènes d'importance scientifique et technologique fondamentale ». Les résultats pourraient accélérer les avancées dans :
- biophotonique des tissus profonds
- spectroscopie en phase aqueuse et interfaciale
- études de dynamique électronique attoseconde dans l'eau
- technologies de détection optique et photonique non linéaire
Cette étude établit une nouvelle frontière dans le domaine de la photonique liquide, en utilisant le milieu le plus universel au monde, l'eau, comme plate-forme pour la science optique ultrarapide de nouvelle génération.
L'étude a été menée par l'Institut des sciences moléculaires et SOKENDAI, Japon.
