des scientifiques créent un laser femtoseconde entièrement en verre

Est-il possible de créer un laser femtoseconde entièrement en verre ? C’est le terrier dans lequel Yves Bellouard, directeur du Laboratoire Galatée de l’EPFL, s’est rendu après des années passées à aligner des lasers femtosecondes pour des expériences en laboratoire.

Le laboratoire Galatée se situe à l’intersection de l’optique, de la mécanique et de la science des matériaux, les lasers femtosecondes étant un élément clé des travaux de Bellouard. Ces lasers émettent des éclats de lumière extrêmement courts et cohérents et ont des applications dans divers domaines tels que la chirurgie oculaire au laser, la microscopie non linéaire, la spectroscopie et le stockage durable de données. Généralement, les lasers femtosecondes commerciaux sont construits en montant des composants optiques sur un substrat, comme des planches à pain optiques, ce qui nécessite un alignement méticuleux.

«Nous utilisons des lasers femtoseconde pour nos recherches sur les propriétés non linéaires des matériaux et sur la manière dont les matériaux peuvent être modifiés dans leur volume», explique Bellouard. « Faire l’exercice d’alignements optiques complexes et douloureux vous fait rêver de moyens plus simples et plus fiables pour aligner des optiques complexes. »

La solution de Bellouard et de son équipe ? Utilisez un laser femtoseconde commercial pour fabriquer un laser femtoseconde en verre, pas plus grand que la taille d’une carte de crédit et avec moins de problèmes d’alignement. Les résultats sont publiés dans la revue Optique.

Comment fabriquer un laser femtoseconde en verre

Pour fabriquer un laser femtoseconde à partir d’un substrat de verre, les scientifiques partent d’une feuille de verre. « Nous voulons fabriquer des lasers stables, c’est pourquoi nous utilisons du verre car il a une dilatation thermique plus faible que les substrats classiques, c’est un matériau stable et transparent pour la lumière laser que nous utilisons », explique Bellouard.

À l’aide d’un laser femtoseconde commercial, les scientifiques gravent des rainures spéciales dans le verre qui permettent de placer avec précision les composants essentiels de leur laser. Même dans le cadre d’une fabrication de précision au micron, les rainures et les composants ne sont pas suffisamment précis par eux-mêmes pour atteindre un alignement de qualité laser. Autrement dit, les miroirs ne sont pas encore parfaitement alignés, donc à ce stade, leur dispositif en verre n’est pas encore fonctionnel comme un laser.

Les scientifiques savent également, grâce à des recherches antérieures, qu’ils peuvent faire dilater ou rétrécir le verre localement. Pourquoi ne pas utiliser cette technique pour ajuster l’alignement des miroirs ?

La gravure initiale est donc conçue de telle sorte qu’un miroir repose dans une rainure avec des flexions micromécaniques conçues pour remuer localement le miroir lorsqu’il est exposé à la lumière laser femtoseconde. De cette manière, le laser femtoseconde commercial est utilisé une seconde fois, cette fois pour aligner les miroirs et finalement créer un laser femtoseconde stable à petite échelle.

« Cette approche visant à aligner de manière permanente les composants optiques en espace libre grâce à l’interaction laser-matière peut être étendue à une grande variété de circuits optiques, avec des résolutions d’alignement extrêmes, jusqu’aux subnanomètres », explique Bellouard.

Applications et au-delà

Les programmes de recherche en cours au Galatea Lab exploreront l’utilisation de cette technologie dans le contexte de l’assemblage de systèmes optiques quantiques, repoussant ainsi les limites de la miniaturisation et de l’alignement actuellement réalisables. précision.

Le processus d’alignement est toujours supervisé par un opérateur humain et, avec de la pratique, il peut prendre quelques heures. Malgré sa petite taille, le laser est capable d’atteindre environ un kilowatt de puissance maximale et d’émettre des impulsions de moins de 200 femtosecondes, soit à peine le temps nécessaire à la lumière pour traverser un cheveu humain.

Cette nouvelle technologie de laser femtoseconde sera spin-off par Cassio-P, une société dirigée par Antoine Delgoffe du Galatea Lab, qui a rejoint le projet à une étape décisive avec pour mission de finaliser la preuve de concept dans un futur commercial. appareil.

« Un laser femtoseconde se répliquant, est-ce qu’on arrive peut-être au point d’autoclonage d’appareils manufacturés ? conclut Bellouard.

La recherche a été financée par le Conseil européen de la recherche dans le cadre d’une subvention ERC PoC, projet GigamFemto, visant à la démonstration d’un laser gigahertzfemtoseconde sur une seule puce de verre. Les activités dérivées ont été soutenues par les programmes Bridge Proof-of-Concept et Ignition de l’EPFL.