Sous certaines conditions bien spécifiques, un faisceau laser peut projeter une ombre, défiant ainsi notre conception classique de la lumière. Ce phénomène inhabituel, révélé par une équipe de chercheurs, ouvre la voie à des applications surprenantes dans la manipulation de la lumière par la lumière.
Une "ombre laser" visible sous forme d'une ligne sombre dans le fond bleu.
Crédit: R. A. Abrahao et al.
Les scientifiques se sont appuyés sur une propriété optique appelée absorption non linéaire pour démontrer cet effet. Dans leur expérience, un laser vert puissant traversait un cristal de rubis, modifiant localement la réponse de ce dernier à une lumière bleue latérale. Résultat: une région plus sombre visible, comme l'ombre d'un objet physique.
Traditionnellement, on considère que la lumière passe à travers une autre lumière sans interagir. Cette découverte, menée au Laboratoire national de Brookhaven, remet en question ce principe. Pour Raphael A. Abrahao, chef de l'équipe, cela illustre la richesse des interactions lumière-matière et incite à réévaluer la notion même d'ombre.
L'idée initiale est née lors d'une discussion informelle entre chercheurs. Inspirés par des modèles 3D suggérant des ombres de lasers, ils ont voulu tester cette possibilité en laboratoire. En modifiant les propriétés optiques du rubis, le laser vert a joué le rôle d'un objet physique, tandis que le laser bleu servait d'éclairage.
L'équipe a pu observer l'ombre laser avec des caractéristiques proches des ombres classiques: visible à l'œil nu, fidèle à la forme du faisceau et répondant aux lois géométriques. Cette expérience démontre que des lasers peuvent contrôler d'autres lasers, une perspective prometteuse pour des technologies avancées.
Un faisceau laser vert modifie l'absorption optique du laser bleu, produisant une région sombre observable.
Crédit: R. A. Abrahao et al.
Les chercheurs ont également modélisé le contraste de cette ombre en fonction de la puissance du faisceau laser. Ils ont obtenu un contraste maximal de 22 %, comparable à l'ombre d'un arbre par temps ensoleillé. Ces données expérimentales corroborent leur modèle théorique.
En plus de sa valeur scientifique, ce phénomène pourrait révolutionner des domaines comme les commutateurs optiques ou les systèmes à laser à haute puissance. L'équipe prévoit d'étudier d'autres matériaux et longueurs d'onde pour explorer des effets similaires.