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Un laser quantique miniature pour les picoprojecteurs

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Par Jean-Luc Goudet, Futura

Un nouveau type de laser, dit à boîte quantique, va être présenté dans quelques jours au Japon. Minuscule et peu gourmand en électricité, il sort tout juste du laboratoire.

Un laser si petit qu'il tient sur le bout d'un doigt, au petit appétit, se contentant de 2 volts et reposant sur des phénomènes quantiques. © Nikkei Electronics

Une boîte quantique, ou point quantique (quantum dot en anglais), est une structure cristalline si petite - quelques nanomètres - que de remarquables propriétés apparaissent. Avec de telles dimensions, l'ensemble des électrons ne peut prendre que certains niveaux d'énergie et une telle boîte se comporte un peu comme un atome isolé. On parle d'ailleurs de structure « à zéro dimension » et certains qualifient ces structures « d'atomes artificiels ».

Lorsqu'ils sont réalisés en matériaux semi-conducteurs, ces nanocristaux ouvrent aux boîtes quantiques des applications potentielles très intéressantes en électronique mais aussi dans bien d'autres domaines, en biologie, en médecine, en télécommunications, voire pour réaliser des panneaux solaires ou un ordinateur quantique.

L'une des voies intensivement explorées est la réalisation de lasers miniatures. Jusqu'au début de l'année 2009, cette idée restait confinée au laboratoire mais une entreprise promet le passage à l'échelle industrielle dans quelques mois seulement. Baptisée QD Laser (QD pour quantum dot bien sûr), et filiale de Fujitsu, elle s'apprête en effet à présenter un modèle réel au prochain Ceatec, du 6 au 10 octobre.

Au sein d'un sandwich de semi-conducteurs (arséniure de gallium et d'aluminium), les nanocristaux, semi-conducteurs eux aussi (InAs, arséniure d'indium), forment une couche de boîtes quantiques (Quantum-dot Active Layer) qui émet une lumière laser (Optical Signal). A droite, deux images des nanocristaux en microscopie électronique, en coupe (Cross Section) et vus de dessus (Plane View). (Cliquer sur l'image pour l'agrandir.) © Quantum Dot Inc.

Un rayon vert venu du monde quantique

L'appareil, minuscule n'est long que d'environ trois centimètres pour 5,6 millimètres de diamètre extérieur (ce qui correspond à un standard industriel) et produit une lumière verte. QD Laser le destine aux picoprojecteurs, un accessoire en vogue sur les engins portables, les téléphones notamment. Ce petit laser, qui consomme peu d'électricité, fonctionne sous une tension de 2 volts.

La boîte quantique interne émet une lumière laser à 1.064 nm (nanomètres) de longueur d'onde, c'est-à-dire dans l'infrarouge. Elle est ramenée à 532 nm, donc dans le vert, par un dispositif dit de génération de seconde harmonique (ou SHG, Second Harmonic Generation), qui double la fréquence (donc divise par deux la longueur d'onde) sans modifier la phase des photons (le faisceau sortant est donc toujours un laser).

Il peut être utilisé avec une fréquence d'allumage très rapide (ce qui est intéressant sur un projecteur), de 500 MHz ou plus. Il est de plus tolérant à la chaleur et Quantum Dot garantit son fonctionnement à 60°C.

Les applications de ces lasers d'un nouveau genre pourraient déborder rapidement du domaine restreint des picoprojecteurs.