Lasers à fibre dopée Néodyme pour une émission bleue/DUV de puissance – NEODUV

Le projet NEODUV a pour objectif de développer de nouvelles sources laser bleu/UV multi-watts basées sur des fibres dopées Nd avec des étages de conversion non-linéaires optimisés.
Les sources laser de forte puissance, compactes et robustes émettant dans le bleu et l’ultraviolet (DUV) sont d'un grand intérêt pour de multiples applications. Des sources laser bleues sont nécessaires pour le refroidissement d’atomes alcalino-terreux par laser ainsi que pour de nombreuses autres applications dans les domaines de la biomédecine, de la détection et des communications sous-marines. Les sources laser dans la gamme spectrale DUV, encore peu explorées, présentent un intérêt croissant pour les applications qui concernent le traitement et la micro-structuration de matériaux à large gap ou pour l'analyse des composés chimiques par les techniques LIBS ou LIF et la détection des protéines.
Pour relever le défi de générer de nouvelles longueurs d'onde laser dans les domaines bleu et DUV, les laboratoires CIMAP (Caen) et LP2N (Bordeaux) et leurs partenaires industriels iXblue Photonics (Lannion) et Oxxius (Lannion) proposent de développer des sources laser entièrement fibrées utilisant de nouvelles fibres dopées Néodyme et des étages de conversion de fréquence non-linéaire.
La première étape consistera à concevoir des fibres dopées au Nd quasi-monomodes pour une émission laser à 880-930 nm avec (1) un large cœur pour réduire les effets non-linéaires (diffusions Brillouin et Raman stimulées) en régimes mono-fréquence et pulsés et (2) une structure à maintien de polarisation (PM) pour générer un faisceau laser polarisé linéairement. De plus, la conception de la fibre devra permettre une configuration laser entièrement fibrée afin de répondre aux critères de robustesse et de stabilité de puissance nécessaires pour une industrialisation.
La réalisation de nouvelles fibres dopées Nd PM/LMA sera suivie du développement de deux systèmes lasers multi-Watt fibrés: un laser CW 2W mono-fréquence autour de 460 nm et un laser pulsé nanoseconde/picoseconde de 1W moyen dans le DUV autour de 225 nm. Ces systèmes laser à fibre seront basés sur une configuration laser maître-amplificateur de puissance (MOPA). La réalisation d’une structure de type MOPA CW ou impulsionnelle multi-watt totalement fibrée à 880-930 nm nécessitera le développement, le test et l'intégration de composants spécifiques à fibre PM. Un rayonnement bleu continu dans la fenêtre spectrale 455-465 nm sera généré en utilisant un doublage de fréquence en simple passage dans des cristaux périodiquement polarisés. La génération de seconde harmonique permettra d’obtenir un rayonnement bleu à 461 nm avec une puissance supérieure à 2W. La disponibilité d'un laser compact, puissant et fiable à cette longueur d'onde permettra des expériences de physique fondamentale avancées comme les interféromètres à atomes de strontium refroidis au laser. De plus cette source sera le point de départ pour le doublage vers l’UV à 230 nm par une cavité résonante monolithique. L'émission laser impulsionnelle DUV vers 225 nm sera basée sur un système laser à fibre dopée Nd fonctionnant en régime pulsé nanoseconde/picoseconde autour de 9O0 nm et deux étages de conversion non-linéaire utilisant des cristaux non linéaires massifs. Afin d'atteindre une puissance crête élevée (> 20 kW) nécessaire pour une génération efficace de quatrième harmonique, nous prévoyons de développer un laser à fibre dopée Nd déclenché activement avec une polarisation linéaire et émettant une puissance moyenne supérieure à 30 W autour de 900 nm à un taux de répétition proche de 50 kHz.
L'un des objectifs du projet est de réaliser des prototypes de lasers bleus et UV en régimes continu mono-fréquence ou impulsionnel nanoseconde prérequis pour une ultérieure industrialisation. L'étroite collaboration entre les partenaires universitaires et industriels mènera à l'exploration du potentiel commercial des systèmes laser développés.