Lasage sans cavité dans l’azote et gain laser sans inversion de population

La “laser d’air” bleu, ou plus spécifiquement l’émission laser à 391 nm de molecules d’azote ionisées et excitées à distance, a attiré beaucoup d’attention pendant la décennie passée. Alors que l’effet a été démontré beaucoup de fois expérimentalement, la physique en jeux reste controversée.

En 2019 le groupe F-ILM du LOA a proposé que le fort gain laser à 391 nm observé dans un plasma d’azote produit par une impulsion laser intense à 800 nm pouvait s’expliquer par un schéma en V à trois niveaux sans inversion de population [1]. Dans un article récemment publié dans Optics Letters le même groupe montre qu’un fort effet d’extinction de cette émission laser se produisait lorsqu’une seconde impulsion laser femtoseconde à 800 nm retardée était injecté dans le plasma [2]. Cet effet surprenant s’explique totalement par le schéma en V à 3 niveaux et vient étayer l’interprétation de l’effet de lasage sans inversion de population. Un scenario sans inversion de population électronique est particulièrement intéressant car en augmentant l’énergie des photons entre la pompe et l’émission, il devrait permettre d’amplifier dans le domaine des X et des rayons gammas, où l’inversion de population est difficile à réaliser.

(a) Représentation schématique des niveaux d’énergie de la molécule d’azote en fonction de la distance internucléaire Q. (b) Représentation du schéma à en V. (c) Signal de lasing dans l’azote : Impulsion pompe seule (en haut), impulsion de contrôle seule (au milieu) et pompe + contrôle avec un retard 3 ps (en bas).

[1] A. Mysyrowicz, R. Danylo, A. Houard, V. Tikhonchuk, X. Zhang, Z. Fan, Q. Liang, S. Zhuang, L. Yuan, Y. Liu, “Lasing without population inversion in N2+,” APL Photonics 4, 110807 (2019)

[2] R. Danylo, G. Lambert, Y. Liu, V. Tikhonchuk, A. Houard, and A. Mysyrowicz, “Quantum erasing of laser emission in N2+,” Opt. Lett. 45, 4670-4673 (2020)