Fabriquer un laser femtoseconde en verre

  • Des scientifiques de l'EPFL ont réussi à fabriquer un laser femtoseconde en verre grâce à l'utilisation d'un laser femtoseconde commercial et de rainures spéciales gravées dans le verre.
  • Le processus d'alignement des composants optiques a été amélioré en utilisant la dilatation/rétrécissement localisé du verre pour ajuster l'alignement des miroirs.
  • Cette nouvelle technologie sera développée par une société spin-off dirigée par Antoine Delgoffe du Galatée Lab.

Est-il probable de fabriquer un laser femtoseconde entièrement en verre ? C’est le terrier dans lequel Yves Bellouard, directeur du Laboratoire Galatée de l’EPFL, s’est rendu après des années passées à aligner des lasers femtosecondes pour des expériences en laboratoire.

Le laboratoire Galatée est à la croisée de l’optique, de la mécanique et de la science des matériaux, et les lasers femtoseconde constituent un élément critical des travaux de Bellouard. Les lasers femtoseconde produisent des éclats de lumière laser extrêmement courts et réguliers et ont de nombreuses applications telles que la chirurgie oculaire au laser, la microscopie non linéaire, la spectroscopie, le traitement des matériaux au laser et, récemment, le stockage resilient de données. Les lasers femtosecondes commerciaux sont fabriqués en plaçant des composants optiques et leurs supports sur un substrat, généralement des planches à pain optiques, ce qui nécessite un alignement fastidieux des optiques.

“Nous utilisons des lasers femtoseconde pour nos recherches sur les propriétés non linéaires des matériaux et sur la façon dont les matériaux peuvent être modifiés dans leur quantity”, explique Bellouard. « Faire l’exercice d’alignements optiques complexes et douloureux vous fait rêver de moyens additionally simples et as well as fiables pour aligner des optiques complexes.

pas furthermore grand que la taille d’une carte de crédit et avec moins de problèmes d’alignement. Les résultats sont publiés dans la revue Optica.

Comment fabriquer un laser femtoseconde en verre

Pour fabriquer un laser femtoseconde à partir d’un substrat de verre, les scientifiques partent d’une feuille de verre. “Nous voulons fabriquer des lasers stables, c’est pourquoi nous utilisons du verre automobile il a une dilatation thermique moreover faible que les substrats classiques, c’est un matériau stable et transparent pour la lumière laser que nous utilisons”, explique Bellouard.

À l’aide d’un laser femtoseconde commercial, les scientifiques gravent des rainures spéciales dans le verre qui permettent de placer avec précision les composants essentiels de leur laser. Même dans une fabrication de précision au micron, les rainures et les composants ne sont pas suffisamment précis par eux-mêmes pour atteindre un alignement de qualité laser. Autrement dit, les miroirs ne sont pas encore parfaitement alignés, donc à ce stade, leur dispositif en verre n’est pas encore fonctionnel comme un laser.

Les scientifiques savent également, grâce à des recherches antérieures, qu’ils peuvent faire dilater ou rétrécir le verre localement. Pourquoi ne pas utiliser cette procedure pour ajuster l’alignement des miroirs ?

La gravure initiale est donc conçue de telle sorte qu’un miroir repose dans une rainure avec des flexions micromécaniques conçues pour remuer localement le miroir lorsqu’il est exposé à la lumière laser femtoseconde. De cette manière, le laser femtoseconde industrial est utilisé une seconde fois, cette fois pour aligner les miroirs et finalement créer un laser femtoseconde steady à petite échelle.

“Cette approche visant à aligner de manière permanente les composants optiques en espace libre grâce à l’interaction laser-matière peut être étendue à une grande variété de circuits optiques, avec des résolutions d’alignement extrêmes, jusqu’aux subnanomètres”, explique Bellouard.

Purposes et au-delà

Les programmes de recherche en cours au Galatea Lab exploreront l’utilisation de cette technologie dans le contexte de l’assemblage de systèmes optiques quantiques, repoussant ainsi les limites de la miniaturisation et de la précision d’alignement actuellement réalisables.

Le processus d’alignement est toujours supervisé par un opérateur humain et, avec de la pratique, il peut prendre quelques heures. Malgré sa petite taille, le laser est able d’atteindre environ un kiloWatt de puissance crête et d’émettre des impulsions de moins de 200 femtosecondes, soit à peine le temps nécessaire à la lumière pour traverser un cheveu humain.

Cette nouvelle technologie laser femtoseconde sera spin-off par Cassio-P, une société qui sera dirigée par Antoine Delgoffe du Galatea Lab, qui a rejoint le projet à une étape décisive avec pour mission de finaliser la preuve de notion dans un futur appareil business.

“Un laser femtoseconde se répliquant, est-ce qu’on get there peut-être au position d’autoclonage d’appareils manufacturés ?” conclut Bellouard.

Financement

La recherche a été financée par le Conseil européen de la recherche dans le cadre d’une subvention ERC PoC, projet GigamFemto, visant à la démonstration d’un laser gigahertzfemtoseconde sur une seule puce de verre. Les activités dérivées ont été soutenues par les programmes Bridge Proof-of-Principle et Ignition de l’EPFL.