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Femtoseconde : comment-font ils ?



  1. #1
    Pierre de Québec

    Femtoseconde : comment-font ils ?


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    FS rapporte dans l'une de ses capsules scientifiques l'expérience qui a permis de "visualiser" les orbitales en 3D les orbitales moléculaires de l'azote. Ce qui m'étonne c'est que tout ce déroule en quelques femtosecondes (10-15). Il est entre autre écrit que "Les images étant enregistrées en environ 30 femtoseconds seulement ...".

    Comment est-ce possible ? Ou plutôt, où en sont rendus les technologies électroniques de pointes en termes de rapidité ?

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    Aux limites du monde des faits, le philosophe a trouvé celui des idées. (Karl Jasper)

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  3. #2
    Max

    Re : Femtoseconde : comment-font ils ?

    Salut,

    Pour te repondre j'utiliserais l'analogie de l'appareil photo avec flash. Comment est-t'il possible de prendre une photo avec une resolution temporelle de -disons- 1 microseconde quand l'obturateur de l'appareil ne peut etre plus rapide que 1/1000 de secondes?
    La reponse est dans le flash. Il suffit de laisser l'obturateur ouvert, et d'impresionner le film avec un flash lumineux de 1 microseconde. Ce qui est - en passant - totalement possible avec les technologies de flash electronique.

    La relation avec la resolution de 30 femtosecondes des images enregistrees, est en fait que le flash employe est un laser femtoseconde. Dans le montage decrit, la resolution temporelle est limitee par la source excitatrice (le laser) et non la "camera" ou l'instrument qui permet la collection des photons X. Ceci est du au fait que l'instrument vraisemblablement collecte les photons X sur une periode d'integration ou des milliers voir millions d'impulsions lasers ont ete envoyes sur les molecules. Cette technique, tres employee en comptage de photons, permet d'accroitre le rapport signal sur bruit de la mesure, et relegue la resolution temporelle au laser seul.

    Maintenant, comment genere-t'on de telles impulsion laser? Il existe plusieurs techniques dont la plus courant a ma connaissance est le blocage des modes longitudinaux du laser, et l'utilisation de systemes de compression d'impulsions a element dispersifs.
    En ce qui concerne le couplage des modes, il faut savoir que dans un laser normalement constitue, le milieu amplificateur est dans un interferometre (ou cavite resonnante) de Fabry-Perot. Il existent donc plusieurs frequences de resonnances possible, dont l'ecart en frequence entre ces modes est inversement proportionnel a la longueur de la cavite.
    Ces ecarts sont dans bon nombres de cas inferieurs a la largeur chromatique de la bande de gain du milieu amplificateur. La consequence est que la majorite des lasers ne sont pas purement monochromatique, mais oscillent sur plusieurs longueur d'ondes tres proches, dont l'intensite suit approximativement le profil chromatique du gain du milieu amplificateur. Plus ce profil est large, et plus il est possible d'obtenir differentes longueur d'ondes d'oscillation.
    C'est sur ce dernier point que s'articule le fonctionnement des lasers femtosecondes. Imaginons un milieu a gain chromatiquement tres large, comme le Ti:Sapphire qui s'etend quasiment de 800 a 1100nm. Si la cavite resonnante est longue, on pourra alors avoir des dixaines de milliers de modes (longueur d'ondes) possible, que l'on peut faire osciller simultanement. Le blocage des modes consiste a fixer la phase entre chacun de ces modes, phase qui est normalement aleatoire en fonctionnement normal. Quand ce blocage est realise, l'interference de ces differents modes entre eux genere un train continu d'impulsions (de l'ordre de 100MHz a quelques GHz) qui sont d'autant plus breves qu'il y a de modes en jeux.

    Maintenant, il existent d'autres techniques qui permettent de compresser les impulsions emises par le laser en jouant soit sur l'intensite lumineuses, ou l'etalement (dispersion) chromatique de ces implusions.

    En terme de performances, on arrive maintenant a la centaine de femtoseconde pour les systemes commerciaux, et de l'ordre de la femtoseconde (voir moins, puisque l'idee de l'attoseconde traine dans l'air) est realisable en labo.

    A++

    Max

  4. #3
    Pierre de Québec

    Re : Femtoseconde : comment-font ils ?

    Merci pour les explications.

    Citation Envoyé par Max
    Ceci est du au fait que l'instrument vraisemblablement collecte les photons X sur une periode d'integration ou des milliers voir millions d'impulsions lasers ont ete envoyes sur les molecules. Cette technique, tres employee en comptage de photons, permet d'accroitre le rapport signal sur bruit de la mesure, et relegue la resolution temporelle au laser seul.
    Ok, dans ma compréhension de l'article, j'ai bêtement réduit le phénomène à une seule impulsion "femtomatique" alors qu'en réalité il y en a eue probablement des millions, en tout cas suffisament pour "impressionner" l'appareil charger de capter les photons.

    La consequence est que la majorite des lasers ne sont pas purement monochromatique, mais oscillent sur plusieurs longueur d'ondes tres proches, dont l'intensite suit approximativement le profil chromatique du gain du milieu amplificateur. Plus ce profil est large, et plus il est possible d'obtenir differentes longueur d'ondes d'oscillation.
    Dans l'article, il est question d'harmonique. J'imagine que le phénomène que tu décris correspond aux harmoniques.
    Aux limites du monde des faits, le philosophe a trouvé celui des idées. (Karl Jasper)

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