Lasers solides et amplificateurs à impulsions courtes au-delà de 2 µm – SPLENDID2

Le projet SPLENDID2 répond à des défis d’actualité en proposant des solutions laser innovantes dans le moyen infrarouge, nécessaires à la généralisation des procédés de traitement des matériaux mous dans l’industrie ainsi que l’ablation et la découpe des tissus en chirurgie. Ces développements sont également très attendus pour des applications scientifiques notamment pour l’étude de la matière sous des champs forts. Ce projet collaboratif de 36 mois, associe les contributions originales et complémentaires de quatre partenaires académiques CIMAP, IRCP, LCF et CORIA. Les partenaires travaillent sur le développement de sources laser ultrarapides et d’amplificateurs solides efficaces avec des performances sans précédent en termes d’énergie et de haute cadence, opérant en régime femtoseconde dans le MIR au-delà de 2 µm, en particulier autour de 2,3 µm et 2,8 µm. A ce jour, il n’existe pas de sources laser, ni d’amplificateurs de ce type et ce projet s’avère être un soutien essentiel pour permettre au consortium de devenir pionnier en la matière. Les oscillateurs et amplificateurs laser étudiés au cours de ce projet seront basés sur des monocristaux de CaF2, YLF et CALGO, ainsi que sur des céramiques transparentes de Y2O3 dopés Er ou Tm, qui seront conçus et fabriqués au sein du consortium. Le succès d’un tel projet s’illustrerait à travers le développement de nouveaux outils expérimentaux pour la recherche fondamentale et à moyen terme d’équipements scientifiques et médicaux novateurs.
Pour construire des lasers de fortes énergies émettant dans la gamme 2 — 3 µm, nous proposons d’explorer deux gammes de longueurs très prometteuses. Le premier volet du projet repose sur l’exploitation de la transition laser à 2,3 µm de l’ion Tm qui présente une alternative plus intéressante que la transition standard centrée à 1,9 µm qui coïncide avec la bande d’absorption de la vapeur d’eau. Le développement de cette source bénéficiera des savoir-faire du CIMAP et l’IRCP sur les matériaux laser à base de fluorures et d’oxydes. La génération d’impulsions sub-ps approchant le mJ d’énergie est attendue à cette longueur d’onde en exploitant des architectures laser adaptées qui s’appuieront sur les expertises du LCF et du CORIA. Le développement d’architectures hybrides combinant des injecteurs à fibres optiques avec des amplificateurs à cristaux massifs seront privilégiées. Le deuxième volet vise à développer des sources lasers à verrouillage de modes et des amplificateurs de puissance émettant autours de 2,8 µm en exploitant des matrices cristallines dopées erbium. Nos efforts scientifiques et technologiques seront axés sur l'exploration de différentes architectures laser notamment les guides d’ondes qui sont très adaptées pour la production de trains d’impulsions à très hautes cadences. Ceci passera par la définition et la formalisation de différentes stratégies pour la gestion de la dispersion et le mécanisme de verrouillage de modes dans ces oscillateurs. En cas de succès de ces solutions, les résultats constitueront une percée remarquable dans le domaine en ouvrant la voie vers la construction de lasers ultrarapides fortement intégrés et à base d’une technologie de croissance originale.
Notre approche basée sur la maitrise de toute la chaine de fabrication allant de la croissance cristalline à l’assemblage et la qualification de sources laser originales dans le Moyen IR recèle un large potentiel de valorisation. Nous porterons une attention particulière à la protection intellectuelle de manière à assurer l'exploitation industrielle de nos innovations.