Le futur de la technologie laser est-il dans la fibre ?

Des scientifiques ont su mettre au point le premier laser à fibre capable de générer des impulsions femtosecondes dans le spectre électromagnétique visible. Le potentiel d’un tel dispositif est impressionnant, allant des applications biomédicales à la transformation de matériaux, avec un niveau d’efficacité, de fiabilité et de robustesse inégalé.

Jusqu’à présent, les impulsions femtosecondes visibles étaient obtenues via des configurations complexes et intrinsèquement peu efficaces. Les lasers à fibre, malgré leurs nombreuses qualités, n’étaient pas en mesure de produire directement de telles impulsions. Cette problématique est désormais résolue, ouvrant la voie à une nouvelle génération de lasers ultra-rapides.

« Notre démonstration d’un laser à fibre femtoseconde opérant dans le spectre visible ouvre la voie à une nouvelle classe de lasers ultra-rapides, fiables, efficaces et compacts, » a déclaré Réal Vallée, responsable de l’équipe de recherche de l’Université Laval au Canada.

Le premier laser à fibre de sa catégorie

Présenté dans la revue Optics Letters de l’Optica Publishing Group, le nouveau laser est basé sur une fibre de fluorure dopée au lanthanide. Il émet une lumière rouge à 635 nm, atteint des impulsions comprimées d’une durée de 168 fs, une puissance de crête de 0,73 kW et une fréquence de répétition de 137 MHz. L’utilisation d’une diode laser bleue commerciale en tant que source d’énergie optique a rendu le design global robuste, compact et économique.

« Si des énergies et des puissances supérieures peuvent être atteintes dans un proche avenir, de nombreuses applications pourraient bénéficier de ce type de laser« , a déclaré Marie-Pier Lord, doctorante impliquée dans le projet.

Parmi les applications potentielles, on peut citer l’ablation de haute précision, de haute qualité des tissus biologiques et la microscopie à deux photons. Les impulsions laser femtosecondes permettent également une ablation froide pendant le traitement des matériaux, un processus qui peut réaliser des coupes beaucoup plus propres car il ne produit pas d’effets thermiques.

Étendre le spectre des lasers à fibre

Dans un laser à fibre, une fibre optique dopée avec des éléments de terres rares agit comme le milieu lasing. Le groupe de Vallée a travaillé pour étendre la gamme spectrale de ces sources laser en utilisant des fibres faites de fluorure plutôt que de silice.

Après avoir démontré des lasers à fibre émettant des longueurs d’onde visibles en continu, les chercheurs voulaient étendre l’avancée à des sources pulsées ultra-rapides. Grâce à l’affinement du processus de fabrication des fibres de fluorure, il est désormais possible d’obtenir des fibres dopées au lanthanide avec des propriétés essentielles pour le développement de lasers à fibre visibles efficaces.

L’avenir du laser à fibre

Ensuite, les chercheurs aimeraient améliorer la technologie en rendant la configuration entièrement monolithique, ce qui signifie que les composants optiques individuels à fibres seraient tous directement liés les uns aux autres. Cela réduirait les pertes optiques de la configuration, améliorerait l’efficacité et rendrait le laser plus fiable, compact et robuste. Ils étudient également différentes voies pour améliorer l’énergie d’impulsion du laser, la durée d’impulsion et la puissance moyenne.

En synthèse

Les lasers à fibre offrent de nombreux avantages par rapport aux autres types de lasers, tels que leur robustesse, leur efficacité et leur coût inférieur. Toutefois, leur application a été limitée par leur incapacité à produire des impulsions femtosecondes dans le spectre visible. L’avancée réalisée par l’équipe de l’Université Laval au Canada élimine cette barrière et ouvre la voie à de nombreuses applications potentielles, notamment dans le domaine biomédical et la transformation de matériaux.

Pour une meilleure compréhension

1. Qu’est-ce qu’un laser à fibre ? Un laser à fibre est un type de laser où la cavité du laser est constituée d’une fibre optique.

2. Qu’est-ce qu’une impulsion femtoseconde ? Une impulsion femtoseconde est une impulsion laser extrêmement courte, durant seulement un millionième de milliardième de seconde (10^-15 secondes).

3. Quelles sont les applications potentielles de ce nouveau type de laser ? Les applications potentielles incluent l’ablation de haute précision, de haute qualité des tissus biologiques, la microscopie à deux photons et le traitement des matériaux.

Légende illustration principale : Légende : Des chercheurs ont mis au point le premier laser à fibre capable de produire des impulsions femtosecondes dans le domaine visible du spectre électromagnétique. Crédit: Jérôme Lapointe

Article : M.-P. Lord, M. Olivier, M. Bernier, R. Vallée, « Visible femtosecond fiber laser », Opt. Lett. 48, 14 (2023). DOI: https://doi.org/10.1364/OL.492671.