Laser à gaz fibré portable et ultra-compact pour les applications de bio-défense – UVfactor

Ces dernières années, les recherches menées sur le développement de sources ultraviolettes performantes, compactes et à faible coût ont été des plus florissantes, poussées en particulier par l'intérêt de forts domaines applicatifs aussi bien militaires qu’académiques (détection de polluants et toxiques par effet LIDAR ou spectroscopie Raman pour en particulier les aspects bio-défense, la photobiologie ou encore l’industrie de la microélectronique). Jusqu’à présent, les sources UV utilisées dans ces domaines concernent les lasers excimères basés sur l’excitation électrique d’un mélange gazeux. Cependant ces derniers sont également connus pour leurs inconvénients intrinsèques les rendant inadaptés pour répondre à une tendance générale qui est d’aller vers la miniaturisation. Il apparaît donc indispensable de chercher d'autres solutions innovantes capables de répondre à ces futurs besoins. L’objectif ambitieux et novateur de cette proposition est donc de transposer pour la première fois les sources conventionnelles à gaz au monde des fibres optiques. En effet, ces dernières ont montré leur exceptionnel potentiel ces dernières années avec pour résultat le plus remarquable le développement de fibres à cœur creux guidant la lumière dans l’air ouvrant de nouvelles possibilités comme l'insertion d'un mélange gazeux. De telles fibres ont alors permis l’exacerbation sans précédent de l'interaction entre le gaz et la lumière grâce au micro-confinement du cœur de la fibre. De plus, Benabid et al. ont démontré qu'e cette famille de fibres peut être soudée puis enroulable sur un mandrin de 2cm de diamètre permettant ainsi la réalisation de la première cellule à gaz fibrée ultra-compacte (le volume de gaz mis en jeu étant de quelques µL par mètre de fibre). En parallèle, XLIM a observé le guidage de radiations hors norme dans ces fibres à cœur creux comme l’UV. Enfin, très récemment, des travaux menés par le LPGP et XLIM ont montré la première création d'un plasma de décharge stable et robuste dans des capillaires remplis de gaz avec des diamètres internes de moins de 100µm en utilisant un système original de décharge microonde. Ces trois remarquables percées scientifiques ouvrent la perspective à une nouvelle technologie innovante qui pourrait transformer radicalement le domaine des lasers UV en particulier et celui des lasers à gaz en général. Le but de cette proposition est donc de concevoir ce qui pourrait être la première source photonique UV fibrée à gaz basée sur un microplasma de décharge et caractérisée par sa compacité, son faible coût et des performances sans précédent. Il est à noter que le même principe pourra être étendu au domaine du Moyen-IR simplement en changeant la nature du gaz renfermé. Deux caractéristiques fondamentales et originales doivent être mentionnées. Premièrement, l'excitation microonde exploitée ici permettra d’obtenir un taux d’ionisation beaucoup plus important que l’excitation traditionnelle basée sur l’application d’un courant longitudinal entre deux électrodes (facteur 10 compte tenu du fait que la puissance microonde est bien mieux couplée dans le milieu plasma), en sachant que ceci est réalisé tout en laissant libre d’accès les extrémités de la fibre. Deuxièmement, les fibres à cœur creux peuvent agir comme un filtre fréquentiel (sélection de raies d'émission étroites et stables à partir du mélange gazeux excité remplissant le cœur creux) et comme un filtre spatial via un accord de phase entre l’onde plasma et le mode optique guidé. Cette proposition réunit deux partenaires à savoir XLIM qui a une connaissance solide et reconnue dans le développement de la photonique fibrée et des sources laser et le LPGP qui est l'un des leader dans le développement de dispositifs micro-ondes pour la création de plasma. Dans un contexte de forte compétition internationale, de telles avancées devraient permettre de positionner stratégiquement la DGA française.