Laser à fibre cristalline dopée ytterbium : le laser idéal pour la montée en puissance – IdeaLaser

Un nouveau milieu laser proche de l'idéal la fibre cristalline en Yb:LYSO. Nous proposons dans ce projet la mise au point d'un nouveau milieu laser pompé par diode porteur d'une rupture en terme de performances attendues : il sera capable de supporter les plus fortes puissances crêtes et les plus fortes puissances moyennes en combinant les avantages des cristaux laser et des fibres laser. Il s'agit d'une fibre d'un nouveau genre utilisant un milieu cristallin dopé à l'ytterbium gainé par le même milieu cristallin non dopé. C'est une fibre par sa géométrie : un coeur guidant le signal et une gaine guidant le faisceau de pompe. C'est un cristal par la matière utilisée : un silicate Lu2-xYx SiO5 (LYSO) bien connu dans le monde des scintillateurs. C'est un milieu proche de l'idéal car il répond à toutes les exigences des laseristes : faisceau laser polarisé, faible échauffement uniformément réparti dans le milieu, grande efficacité électrique-optique et très bonne qualité de faisceau. Le tout dans une gamme de fonctionnement inaccessible aux milieux laser actuels : des impulsions de très fortes puissances crête (entre la dizaine et la centaine de MW) avec une puissance moyenne très élevée (la centaine de W voire plus) à une longueur d'onde variable entre 1010 et 1100 nm (pompage à 980 nm). Des partenaires complémentaires : du matériau à la source laser, de l'amont à l'aval Le groupe de travail est constitué d'une jeune entreprise issue du monde de la recherche (Fibercryst) et de deux équipes de recherche. La première, le Laboratoire de Physico-chimie des Matériaux Luminescents (LPCML), est issue du monde des matériaux. La seconde, l'Equipe Lasers Solides et Applications du Laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'Optique (LCFIO) appartient au monde des lasers et de l'optique. La complémentarité entre les équipes vient du rapprochement de deux champs disciplinaires, les matériaux et les lasers. La forte implication de Fibercryst dans ce projet (croissance et élaboration des matériaux) permettra naturellement une valorisation des résultats obtenus sous la forme de brevets et d'une commercialisation des milieux lasers mis au point. Cette équipe existe depuis 2004 sous l'impulsion financière de la DGA. Elle a acquis l'expérience du fonctionnement en projet de recherche. Des expériences préliminaires donnant une avance significative au niveau international Fibercryst est actuellement la seule entreprise au monde à maîtriser l'élaboration de cristaux laser de très faible diamètre (jusqu'à 100µm) et de très grande longueur (jusqu'à 1 m) par une technique de croissance spécifique (micro-pulling down). En deux ans, elle a réussi à mettre au point le tirage du Nd:YAG, du LYSO dopé Cérium (pour les scintillateurs), et du LiNbO3 avec une très bonne qualité optique. Elle vient de réussir pour la première fois au monde l'élaboration d'une véritable fibre cristalline comportant un coeur dopé et une gaine non dopée (sur du Nd:YAG/YAG) à partir d'un système de creuset à double paroi. Fibercryst, le LPCML et le LCFIO ont déjà réalisé des fibres cristallines de Nd:YAG de qualité laser émettant jusqu'à 8W à 1064 nm en pompage par diode : il s'agit d'un record pour ce type de milieu amplificateur. Enfin, le LCFIO possède une grande expérience dans les matériaux dopés à l'ytterbium, en particulier sur des matrices proches du LYSO. Ces expériences préliminaires et le savoir-faire capitalisés par les membres du projet sont une très bonne base de départ pour réaliser un laser à fibre en Yb:LYSO proche de l'idéal. Une méthode de travail itérative qui a déjà prouvé son efficacité Fibercryst, le LPCML et Le LCFIO travaillent déjà ensemble pour la mise au point de fibres cristallines de Nd:YAG (contrat DGA en cours, fin prévue Avril 2007). La méthode choisie est itérative, avec un feedback très rapide entre les différents partenaires. La réactivité et l'efficacité des acteurs ont permis d'arriver à l'amélioration très rapide des échantillons, pass.