Cette technologie sacrée au prix Nobel a permis de créer des lasers à rayons X très puissants

Des lasers à rayon X ultra-puissants ouvriraient de nouvelles perspectives aux scientifiques. Ils pourraient par exemple aider à visualiser les détails atomiques des virus ou filmer en direct des réactions chimiques. Toutefois, pour repousser les limites actuelles des lasers à rayons X, les scientifiques doivent créer une nouvelle technologie. Parfois, il n’est pas nécessaire de réinventer la roue. Au lieu de concevoir un nouveau type de laser à rayon X, des chercheurs du SLAC ont plutôt cherché une nouvelle façon de les utiliser. Ils ont notamment mis au point une nouvelle technique d’impulsion laser optique moderne et très puissante.

Cet institut de recherche situé à Stanford abrite le plus puissant laser à rayon X de la planète, connu sous le nom de LCLS ou Linac Coherent Light Source. Au lieu d’inventer un nouvel appareil, l’équipe du SLAC a conçu un système capable de booster la puissance du laser existant. La méthode appelée amplification d’impulsions chirpées ou CPA lui a permis de repousser les limites du laser à électrons libres à rayons X du LCLS.

De ce fait, le centre est maintenant capable de produire des impulsions de rayons X dix fois plus puissantes qu’auparavant, sans modifier l’infrastructure du LCLS. L’équipe a publié ses résultats dans Physical Review Letters le 18 novembre dernier.

L’amplification d’impulsions chirpées a permis au LCLS de fonctionner à pleine puissance

Initialement, le LCLS fonctionne comme une caméra à résolution atomique. Il prend des instantanés des changements les plus infimes dans les molécules et les matériaux pendant une minuscule fraction de seconde. Les impulsions de rayons X ultrabrillants et ultrarapides qu’il produit présentent un grand intérêt pour de nombreuses applications et pour la recherche scientifique. Cependant, l’augmentation de sa puissance rend le timing des impulsions laser incohérent et crée une image déformée ou inexacte.

Pour corriger ce problème, les scientifiques ont dû considérablement réduire la puissance du laser, ce qui en a limité les possibilités. En raison de ces restrictions, la plupart des chercheurs ont utilisé la source de rayons X comme une lampe de poche ultrarapide et non comme un laser optique. Depuis la mise en place de l’amplification d’impulsions chirpées, le faisceau de rayons X peut remplir pleinement sa fonction de laser optique.

La technologie du CPA permet de créer des lasers ultra-puissants

Haoyuan Li, chercheur postdoctoral au SLAC et à l’université de Stanford, a affirmé que les impulsions laser actuelles de rayons X provenant de lasers à électrons libres n’ont qu’une puissance de crête d’environ 100 gigawatts. Or, avec l’amplification d’impulsions chirpées pour les rayons X, son équipe a pu obtenir à la fois des paramètres de faisceau très impactants et une puissance de crête supérieure à 1 térawatt. Ces impulsions ultra-puissantes se sont produites pendant environ 1 femtoseconde.

Le CPA fonctionne en étirant la durée d’une impulsion énergétique avant qu’elle ne passe par un amplificateur puis par un compresseur qui inverse l’étirement initial. Le résultat est une impulsion super intense, propre et ultracourte. Cette technologie a été inventée dans les années 1980 par les physiciens Donna Strickland et Gérard Mourou. Ces derniers ont d’ailleurs reçu un prix Nobel de physique en 2018 pour ces travaux. En perfectionnant cette méthode, les chercheurs espèrent à l’avenir pouvoir mettre au point des propulseurs à rayons X encore plus puissants que le LCLS.

SOURCE : PHYS