LabCom pour l’étude de sources laser à fibre à aires modales extrêmes basées sur des matériaux avancés. Applications à la réalisation de sources laser UV de forte puissance pour l’industrie en électronique et micro-électronique. Laboratoire – AIMROD

Les sources laser UV impulsionnelles de forte puissance adressent de nombreux marchés industriels comme le perçage de cartes électroniques, la production de composants micro-électroniques, la fabrication de panneaux solaires ou encore la découpe d’électrodes pour les batteries électriques. Ces sources sont basées sur des lasers impulsionnels infrarouges (IR) convertis par des étages non-linéaires. La génération des impulsions IR est actuellement le point limitant la puissance de ces sources, et donc le sujet qui requière un effort de recherche pour dépasser l’état de l’art. Dans AIMROD, l’entreprise BLOOM Lasers et le laboratoire XLIM mèneront des travaux de recherche sur la montée en puissance de sources laser IR basées sur des fibres dites « spéciales » ayant le potentiel de dépasser les limitations actuelles. En effet, l’objectif est de réaliser des fibres amplificatrices de très grande aire modale, efficaces et courtes afin de limiter les effets non-linéaires néfastes à la montée en puissance crête tout en évitant l’écueil que représentent les instabilités modales transverses, phénomène à seuil en puissance moyenne, particulièrement délétère pour la qualité de faisceau. La littérature montre d’ailleurs que les lasers à fibre rigide « rod-type » peinent à dépasser 200 W de puissance moyenne pour le MW de puissance crête tandis que les fibres flexibles à large aire modale plafonnent au kW de puissance moyenne pour 100 kW de puissance crête. Le programme de travail d’AIMROD vise donc la levée de ces verrous en mettant en œuvre des sources laser basées sur des fibres rod-type (axe 1) et flexibles (axe 2) présentant des structures et schémas de pompage innovants. En plus de dépasser les limites actuelles des fibres utilisées en régime impulsionnel, leur fonctionnalisation (axe 3) améliorera grandement leur intégrabilité et leur fiabilité, leur offrant ainsi le potentiel de supplanter de nombreuses sources laser commerciales actuelles. Enfin, pour ultimement repousser ces limites, il est nécessaire d’allier l’optimisation structurelle des fibres à une véritable optimisation de la composition chimique des matériaux de cœur des fibres en réduisant le photo-noircissement et le coefficient thermo-optique (axe 4). En s’attaquant à la raison fondamentale de l’existence des instabilités modales, ces travaux permettent d’envisager une réelle rupture sur les puissances moyennes atteignables. Réaliser des sources laser monolithiques basées sur des fibres flexibles ou rod-type sub-50 cm, délivrant plus de 400 W de puissance moyenne dans l’IR, avec une excellente qualité de faisceau et un fort taux de polarisation, constitue l’objectif ambitieux d’AIMROD. Afin de produire des solutions aux coûts maîtrisés et réalistes vis-à-vis des attentes du marché, il s’agira de capitaliser sur l’expertise d’XLIM en matière de sources laser de puissance ainsi que sur tout l’éventail de technologies disponibles au laboratoire, à savoir la synthèse de matériaux par voie poudre dérivée du REPUSIL, la mise en forme de matériaux et l’assemblage-étirage en plusieurs étapes en association avec divers bancs de métrologie de pointe pour la caractérisation fine des matériaux. En comptant sur le savoir-faire et les compétences de BLOOM Lasers en matière d’oscillateurs-maîtres, d’étages amplificateurs dans tous les régimes temporels (ns, ps, fs), de conversion non-linéaire, de contrôle qualité et métrologie associée, un soin particulier sera apporté à la compacité et à l’intégrabilité des sources laser, idéalement monolithiques, qui permettront ainsi d’envisager des solutions à des TRL 7-8 protégées par des brevets communs nés du LabCom. Via l’accélération de la collaboration existante entre XLIM et BLOOM Lasers, les objectifs d’AIMROD sont de permettre à BLOOM Lasers de réussir sa stratégie de différenciation de ses produits et à XLIM de renforcer sa position d’acteur majeur dans l’innovation et la conception de fibres optiques et de sources laser de spécialité.