Un faisceau qui voit à travers le brouillard express
La lumière infrarouge d'une longueur d'onde d'environ trois micromètres est la plage de travail pour l'identification des molécules : chaque molécule absorbe la lumière à ses fréquences caractéristiques, laissant des « empreintes digitales ». Mais jusqu'à présent, les instruments pour cette plage ne pouvaient pas offrir simultanément une large couverture en fréquences, une puissance suffisante et une précision liée aux étalons atomiques.
Le nouveau système utilise deux lasers proche infrarouge dont les fréquences sont suivies avec précision par des horloges atomiques. Leurs faisceaux sont mélangés dans un cristal spécial, produisant une lumière moyen infrarouge accordable de 3 à 3,7 micromètres. La puissance dépasse 45 milliwatts, et la précision absolue en fréquence est de 7,2 mégahertz, ce qui est comparable à la largeur de raie spectrale d'un gaz.
Cette précision a permis de résoudre un problème de longue date dans les puces photoniques : l'absorption de la lumière causée par les atomes d'hydrogène piégés dans le nitrure de silicium. Les pertes ont pu être réduites de 88 fois. Il est également apparu que la limite fondamentale pour le moyen infrarouge en photonique intégrée est fixée par l'absorption due aux vibrations des atomes dans le verre de silice de la gaine.
La deuxième démonstration est un lidar qui non seulement mesure la distance à la cible, mais détermine aussi sa composition chimique, même à travers un brouillard optiquement dense. Cela ouvre la voie à des systèmes de vision artificielle qui « voient » non seulement la forme, mais aussi la matière de l'objet dans des conditions météorologiques difficiles.
Le moyen infrarouge est appelé « région des empreintes digitales » car c'est là que se trouvent les raies d'absorption les plus fortes et les plus caractéristiques de la plupart des molécules.