Docteur Tao et ses lasers

Tao Zhu devant le Musée canadien de l’histoire à Ottawa, en hiver.

« Si je devais comparer à un petit arbre mes réalisations liées au laser à fibre optique à largeur spectrale étroite, je dirais que mon expérience à l’Université d’Ottawa en a été la graine. »

— Tao Zhu

Par Mike Foster

Que ce soit l’ultime arme de destruction du Dr Terreur ou encore les tirs rougeoyants sortant des armes des troupes de choc dans Star Wars, les lasers évoquent toujours des images spectaculaires.

Bien entendu, la réalité est beaucoup moins rocambolesque. On retrouve les lasers sous de nombreuses formes, et leur utilisation est très répandue dans le matériel audiovisuel, les imprimantes, les instruments chirurgicaux, les réseaux de communications et les scanneurs de code-barres.

L’année dernière, Tao Zhu et son équipe de recherche à l’Université de Chongqing ont fait les manchettes pour avoir découvert une nouvelle façon de compresser la largeur spectrale de lasers à des centaines d’hertz.

La méthode tire parti de ce qu’on appelle larétrodiffusion de Rayleigh – une diffusion « quasi élastique » de lumière dans les fibres optiques plus étroite que la lumière incidente – pour provoquer une rétroaction en boucle. Selon l’article de Tao Zhu intitulé « Rayleigh backscattering: A method to highly compress laser linewidth » (Rétrodiffusion de Rayleigh : une méthode pour compresser considérablement la largeur spectrale d’un laser) publié en ligne dans leChinese Science Bulletin en septembre dernier, le mouvement de boucle et l’amplification de la lumière issue de la rétrodiffusion de Rayleigh par rétroaction auto-injectée produit un laser à fibre optique d’une largeur spectrale ultra étroite.

Ce travail découle de quatre ans de recherche minutieuse qui remonte à l’époque où M. Zhu était boursier postdoctoral à l’Université d’Ottawa, d’avril 2010 à mai 2011. Il était encadré par la professeure Xiaoyi Bao de la Faculté des sciences, titulaire de la Chaire de recherche du Canada sur la fibre optique et photonique (niveau 1) au sein du groupe sur la fibre optique du Département de physique.

« Si je devais comparer à un petit arbre mes réalisations liées au laser à fibre optique à largeur spectrale étroite, je dirais que mon expérience à l’Université d’Ottawa en a été la graine », raconte M. Zhu.

« Le mécanisme s’apparente à une "porte de fréquences" dont l’ouverture se referme de plus en plus », explique-t-il.

« Cette recherche nous permet de promouvoir le développement de sources laser ultra-étroites de haute qualité pour la mesure optique, la tomographie de cohérence, la détection à fibre optique et le domaine des communications, explique M. Zhu dans un courriel en provenance de la Chine. Grâce à ce mécanisme, on pourrait développer de nombreux types de laser à largeur spectrale étroite et synthétiser des signaux optiques plus complexes, voire des signaux en fréquences THz (térahertz, soit un billion d’hertz) et des signaux micro-ondes. Il permet aussi d’offrir un soutien technique pour la spectroscopie laser haute résolution, les horloges atomiques optiques, la détection d’ondes gravitationnelles et la génération de signaux micro-ondes à faible bruit. »

Né en 1976 dans la province du Sichuan, en Chine, M. Zhu avait déjà une maîtrise en sciences (2003) et un doctorat (2008) en génie optique de l’Université de Chongqing, en plus d’enseigner dans cet établissement, quand il est arrivé à l’Université d’Ottawa en 2010.

Cette année-là, ses études portaient sur la détection des signaux optiques dans les fibres optiques. C’est alors qu’il a remarqué la largeur spectrale plus étroite de la lumière issue de la rétrodiffusion de Rayleigh émise par différentes fibres. Dans les années subséquentes, il a poussé ses recherches avec son équipe en utilisant différentes fibres et puissances de pompage pour réduire la distorsion. En 2004, il présentait son modèle de compression de la largeur spectrale par rétrodiffusion de Rayleigh.

Équipement laser au groupe de laser optique du Département de physique.

Équipement laser au groupe de laser optique du Département de physique. Photo : Peter Thornton

Selon la professeure Bao, « le travail de notre groupe avec la diffusion de Rayleigh dans des fibres a mené à la découverte de ce nouveau mécanisme qui exploite la fibre optique à rétroaction distribuée aléatoire pour réinjecter de la lumière dans la configuration principale de la fibre et ainsi obtenir un laser monomode. En tant que boursier postdoctoral dans mon groupe, M. Zhu a mené l’expérience qui a permis de découvrir pour la première fois la diffusion de Rayleigh stimulée dans la fibre. Il a élaboré quelques configurations en se fondant sur ce principe et publié des articles en association avec l’Université d’Ottawa. De retour à Chongqing, il a poursuivi son travail, et nous continuons de collaborer avec lui sur deux publications conjointes entre l’Université d’Ottawa et l’Université de Chongqing ».

Aujourd’hui âgé de 38 ans, M. Zhu se réjouit à l’idée de voir les travaux progresser dans le domaine des lasers à largeur spectrale étroite.

« C’est un plaisir et tout un défi pour moi de poursuivre une recherche scientifique fondamentale, explique-t-il. Certains autres groupes internationaux peuvent aussi fabriquer des lasers à fibre optique à largeur spectrale d’environ 100 Hz en utilisant ce mécanisme. Nous devons encore approfondir nos recherches, notamment en appliquant le mécanisme à un laser à semiconducteur dans des gammes d’ondes courtes et longues. »

M. Zhu est des très reconnaissant envers Mme Xiaoyi Bao et le professeur agrégé Liang Chen pour la confiance intégrale qu’ils lui ont accordée et pour avoir instauré ce qu’il appelle un « climat favorable à la quête insatiable de connaissances » à l’Université d’Ottawa.

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Photo principale :
Tao Zhu a pris le temps de s’informer sur l’histoire du Canada durant ses études sur les lasers à l’Université d’Ottawa en 2010 à titre de boursier postdoctoral.

La professeur Xiaoyi Bao de la Faculté des sciences devant de l’équipement de laboratoire.

La professeure Xiaoyi Bao de la Faculté des sciences, qui a reçu un doctorat honorifique de l’Université de Lethbridge le mois dernier, a travaillé avec Tao Zhu quand il était boursier postdoctoral à l’Université d’Ottawa. Photo : Peter Thornton

 

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