Lasers organiques ultrabrefs – PULSE

Le projet PULSE vise à explorer de nouveaux régimes temporels dans les lasers organiques. Les lasers organiques ou « excitoniques » à base de films mince (colorants, semiconducteurs organiques, pérovskites ou boites quantiques colloïdales) sont des sources compactes, à bas coût, capables d’émettre un rayonnement accordable sur tout le spectre visible et qui sont compatibles avec toutes les plateformes technologiques existantes, y compris sur substrats flexibles ou biocompatible. Elles trouvent des applications dans la détection d’espèces chimiques ou biologiques, dans les communications par lumière visible, en spectroscopie, et ont potentiellement un rôle clé à jouer dans le développement de circuits photoniques intégrés tout-organique ou hybrides. Les lasers de ce type sont toutefois limités aujourd’hui à la production d’impulsions faiblement énergétiques dont la durée est de l’ordre de la nanoseconde, à faible cadence de répétition, et sous pompage optique. L’objectif de ce projet est de démontrer le fonctionnement laser dans des régimes temporels inédits, à savoir en régime d’impulsions ultracourtes à fort taux de répétition. On cherchera donc à réaliser le premier laser organique solide à modes bloqués en phase.
La stratégie globale consiste à implémenter des matériaux nouveaux récemment développés dans le domaine de l’optoélectronique organique et de la nanophotonique, couplés à des architectures laser innovantes. De manière plus précise, deux verrous technologiques seront en ligne en mire. Le premier concerne l’accumulation des états triplets, qui empêche à l’heure actuelle les lasers organiques de fonctionner en régime continu et donc de permettre un régime stable de modes bloqués en phase. Nous utiliserons pour cela des molécules innovantes, qui ont soit déjà fonctionné en régime quasi-continu et que nous adapterons à une géométrie laser différente, soit en investiguant un schéma original pour la désactivation sélective des états triplets. L’objectif global sera d’obtenir des impulsions assez longues (ms ou plus) pour assurer un fonctionnement optimal en régime de modes verrouillés en phase. C’est là qu’intervient le second verrou à lever, car si les lasers organiques solides n’ont pas été verrouillés en phase à ce jour, c’est principalement par manque d’absorbants saturables passifs suffisamment rapides fonctionnant dans le domaine visible. Nous proposons dans ce projet d’étudier un nouveau type d’absorbant saturable, qui a déjà fait ses preuves dans d’autres lasers aux propriétés comparables.
Le projet PULSE, qui réunit une équipe au LPL spécialiste des lasers organiques, et une équipe au LCF experte en développement de sources laser ultrarapides, a pour ambition de réaliser le premier laser plastique femtoseconde en s’appuyant sur les développements récents en termes de matériaux qui rendent aujourd’hui disponibles des solutions techniques qui ne l’étaient pas il y a encore quelques années.