Résonateurs optiques : des photons aux travaux forcés

Résumé :

On sait maintenant piéger des photons pendant des centaines de milliers de passages dans un résonateur optique. Un résonateur étant essentiellement un laser vidé de son milieu amplificateur, la réalisation de cavités optiques aux propriétés exceptionnelles a bénéficié des miroirs à haute réflectivité et faibles pertes mis au point pour les lasers.

Cela a permis l’exploitation massive des photons, en les faisant travailler longtemps avant leur disparition viaabsorption ou transmission par l’un des miroirs, mais aussi en profitant de accumulation dans un espace exigu. Heureusement, cela ne contre pas la nature grégaire des bosons qui autorise à entasser beaucoup de photons entre deux miroirs. Et pour surprenant qu’il puisse paraître, cela est réalisable avec des miroirs qui ne laissent entrer que quelques photons par million. L’exploitation des photos est, heureusement également, toute relative : chaque photon dans un résonateur aura souvent plus de chances de disparaître de mort naturelle qu’en se tuant à la tâche, tout en bénéficiant d’une espérance de vie bien supérieure à celle de ses semblables utilisés pour d’autres expériences de laboratoire.

Je discuterai donc des moyens d’injecter les photons issus d’une source laser dans un résonateur et de remonter à ce qui se passe à l’intérieur en interrogeant les quelques chanceux qui arrivent à s’en échapper. Cela permet d’obtenir des mesures très sensibles pour les processus d’interaction lumière-matière, avec des applications multiples, qui vont de la spectroscopie de molécules en phase gaz (notamment pour la simulation de l’effet de serre) à la détection de traces de composés présents dans l’atmosphère ou d’autres mélanges gazeux (sorties de cheminées d’usine, gaz piégé dans de la glace ancienne, souffle d’un organisme vivant...).