pétahertz

Un pétahertz (PHz) représente 1015 hertz, soit un quadrillion de cycles par seconde. Cette bande de fréquences se situe dans le domaine de la lumière visible et ultraviolette, où le rayonnement électromagnétique se comporte davantage comme des ondes que comme des signaux radio. La plupart des métrologues n'ont jamais besoin de parler de pétahertz dans leur travail quotidien, mais le terme est important lors de l'étalonnage d'instruments optiques, de la discussion des longueurs d'onde laser ou de la spécification de capteurs qui doivent résoudre des détails spectraux très fins.

Le spectre visible s'étend d'environ 430 à 770 térahertz (THz), de sorte que la lumière rouge se situe autour de 430 PHz et le violet autour de 770 PHz lorsqu'elle est exprimée en fréquence plutôt qu'en longueur d'onde. En allant vers l'ultraviolet, les fréquences montent dans la gamme des bas pétahertz. À ces échelles, la longueur d'onde devient l'unité la plus pratique, car une onde pétahertz a une longueur d'onde d'environ 200 nanomètres dans le vide. La spécification d'optiques par fréquence plutôt que par longueur d'onde est rare, sauf dans les travaux théoriques ou lorsqu'il s'agit de lasers stabilisés en fréquence.

Où le pétahertz est important en pratique

Les peignes de fréquences optiques, qui sont devenus essentiels pour la spectroscopie de précision et la métrologie du temps, fonctionnent à des échelles de pétahertz. Un peigne de fréquences génère un réseau de lignes optiques nettes espacées d'un intervalle connu (souvent quelques gigahertz), permettant aux chercheurs de mesurer des fréquences optiques inconnues avec une précision sans précédent. Ces instruments ancrent les horloges atomiques modernes et permettent la mesure absolue des fréquences optiques sans dépendre d'un étalon de longueur d'onde mécanique.

Le travail de stabilisation laser implique couramment le verrouillage de la fréquence d'un laser sur une cavité optique ou une transition atomique. La précision exigée nécessite de décrire la fréquence du laser et sa stabilité en termes absolus, c'est là que la notation pétahertz apparaît dans les spécifications techniques. Un laser hélium-néon, par exemple, émet à environ 474 PHz; un laser à fibre dopée à l'erbium utilisé dans les télécommunications se situe près de 375 PHz. Lorsqu'un laboratoire de métrologie doit certifier qu'un laser maintient sa fréquence à quelques parties par billion près, le pétahertz est l'unité naturelle pour cette spécification.

Le système de préfixes hertz monte du kilohertz (radio), en passant par le mégahertz (micro-ondes), le gigahertz (ondes millimétriques), le térahertz (spectroscopie émergente), et jusqu'au pétahertz (optique). En dessous du pétahertz se trouvent l'exahertz et le zettahertz, mais ces régimes sont largement théoriques pour l'instant. Le saut de la radio à l'optique est abrupt: un signal pétahertz ne peut pas être généré ou détecté directement à l'aide de circuits électroniques; au lieu de cela, la détection optique repose sur des photodiodes, des spectromètres et des méthodes interférométriques qui détectent le champ lumineux lui-même plutôt que de compter ses oscillations.