Une innovation technologique majeure vient d’être réalisée par des chercheurs de l’Université Stanford en Californie. Un laser Ti:saphir miniaturisé sur puce a été conçu et fabriqué, élargissant le champ des possibles dans divers domaines scientifiques.
Le prototype développé par l’équipe de Stanford se distingue par ses dimensions considérablement réduites. Il est 10 000 fois plus petit que les lasers Ti:saphir conventionnels. De plus, son coût de production est mille fois inférieur à celui des modèles existants.
Jelena Vučković, professeure d’ingénierie électrique à Stanford et auteure principale de l’étude publiée dans Nature, précise l’aspect novateur de cette approche : «Il s’agit d’un changement radical par rapport à l’ancien modèle. Au lieu d’un seul laser volumineux et coûteux, n’importe quel laboratoire pourrait bientôt disposer de centaines de ces lasers précieux sur une seule puce. Et il est possible de l’alimenter avec un simple pointeur laser vert.»
Les lasers Ti:saphir sont particulièrement prisés pour leur large bande passante. Joshua Yang, doctorant dans le laboratoire de Vučković et co-premier auteur de l’étude, explique : «La bande passante se traduit par une gamme plus large de longueurs d’onde que le laser peut produire par rapport à d’autres lasers. Il est également ultrarapide, émettant des impulsions lumineuses toutes les quadrillionièmes de seconde.»
La miniaturisation de ce laser ouvre de nouvelles perspectives dans divers domaines scientifiques. En physique quantique, il offre une solution abordable et pratique qui pourrait considérablement réduire la taille des ordinateurs quantiques de pointe. En neurosciences, des applications immédiates sont envisagées dans le domaine de l’optogénétique, permettant aux scientifiques de contrôler les neurones avec de la lumière guidée à l’intérieur du cerveau.
Un processus de fabrication innovant
Pour créer ce nouveau laser, les chercheurs ont utilisé une approche novatrice. Ils ont commencé par une couche massive de titane-saphir sur une plateforme de dioxyde de silicium (SiO2), elle-même posée sur un véritable cristal de saphir. Cette couche est ensuite meulée, gravée et polie jusqu’à atteindre une épaisseur de quelques centaines de nanomètres seulement. Un guide d’ondes est ensuite gravé dans cette fine couche.
Yang explique l’avantage de cette miniaturisation : «Mathématiquement parlant, l’intensité est la puissance divisée par la surface. Donc, si l’on maintient la même puissance que le laser à grande échelle, mais que l’on réduit la surface sur laquelle elle est concentrée, l’intensité augmente considérablement. La petite taille de notre laser nous aide en réalité à le rendre plus efficace.»
L’équipe de Stanford travaille actuellement à perfectionner leur laser Ti:saphir sur puce et à développer des méthodes de production en masse. Yang, qui obtiendra son doctorat cet été sur la base de ces recherches, s’efforce de commercialiser cette technologie. Il affirme : «Nous pourrions placer des milliers de lasers sur une seule plaquette de quatre pouces. C’est à ce moment-là que le coût par laser commence à devenir presque nul. C’est vraiment passionnant.»
Cette avancée technologique pourrait transformer radicalement la recherche scientifique en rendant les lasers Ti:saphir plus accessibles et plus abordables pour un large éventail de laboratoires et d’applications.
Légende illustration – Le nouveau laser est adossé à un bloc de titane-saphir. À l’échelle, les deux sont placés sur une pièce de vingt-cinq cents. Crédit : Yang et al, Nature.
