ASTRID - Accompagnement spécifique des travaux de recherches et d’innovation défense

CERamiques à gradient de dopage pour Absorbants saturables de Lasers InfraRouges – CERALIR

Résumé de soumission

L’objectif de ce projet est de développer des composants optiques à base de céramiques transparentes pour lasers émettant dans le proche infra-rouge (1,064 µm). Ces matériaux se basent sur le grenat d’yttrium et d’aluminium (Y3Al5O12 ou YAG) à gradient de dopage en ions optiquement actifs. Les composants développés seront constitués de YAG dopé au chrome IV (YAG:Cr4+) connu pour ses propriétés d’absorbant saturable passif. Ces nouveaux matériaux d’architecture complexe, appelés « composites », doivent permettre de mieux contrôler le mode laser et de limiter les effets parasites rencontrés à forte puissance comme la focalisation thermique, conduisant à une amélioration des performances et à une augmentation de la puissance laser délivrée.

Les céramiques polycristallines transparentes présentent de nombreux avantages par rapport aux monocristaux actuellement employés dans les cavités lasers, notamment parce qu’elles peuvent être élaborées avec des formes et des architectures plus complexes et à moindre coût grâce à la grande flexibilité des procédés céramiques. Ces milieux amplificateurs de nouvelle génération sont caractérisés par l’association dans une même pièce de milieux dopés et non dopés par des ions luminescents, avec ou non des gradients de concentration.

Dans ce projet, nous proposons de :
- Développer un procédé de synthèse de poudres de YAG:Cr ;
- Fabriquer des céramiques transparentes de YAG:Cr4+ dont la proportion de chrome de valence +IV est maîtrisée ;
- Développer de nouveaux composants pour laser sous la forme d’absorbants saturables à base de YAG à gradient de dopage en chrome ;
- Intégrer ces composants dans une cavité laser pour étudier leurs propriétés et évaluer leurs performances lasers.

L’originalité de ce projet réside principalement en l’élaboration de milieux optiquement actifs à base de céramiques de YAG:Cr4+ d’architectures inédites, récemment protégées par un brevet, qui permettraient d’extraire de manière plus efficace la puissance laser du système. Il s’agit d’une rupture technologique qui peut comporter des retombées étendues aussi bien civiles que militaires. Les verrous scientifiques et technologiques de ce projet relèvent principalement du contrôle de la valence du chrome dans les céramiques de YAG et de la maîtrise de la répartition spatiale de ce dopant dans les pièces.

Le consortium est composé de deux laboratoires académiques, deux industriels et un organisme public de recherche reconnus dans leurs domaines d’expertises avec un historique de collaborations fructueuses. Ces collaborations ont notamment conduit en 2013 en Europe à la synthèse des premières céramiques transparentes composites pour applications lasers à base de YAG:Nd.

Coordinateur du projet

Laboratoire Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface (Laboratoire public)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

CERLASE
CILAS
COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES
Institut Lumière Matière
Laboratoire Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface

Aide de l'ANR 299 028 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2015 - 36 Mois

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