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Posté par Redbran le Vendredi 17/03/2017 à 00:00
Obtenir plus facilement des impulsions laser UV
Pour le secteur de la photonique, accéder efficacement à une plus large gamme de régions spectrales laser constitue un atout. Un tripleur de fréquence miniature mis au point par le projet MINIMODS devrait permettre de faire passer le rendement de conversion de 10 % à plus de 30 %.


Illustration: projet MINIMODS
Ce "problème des 10 %" que l'équipe MINIMODS s'est fixé pour objectif de surmonter en 2013 handicapait le secteur depuis longtemps. Jusqu'à présent, l'accès à des régions spectrales laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser...) -notamment celle des ultraviolets (UV) d'environ 300 nm- était assez complexe. Les impulsions UV devaient être générées grâce à des convertisseurs de fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi...) basés sur des modèles de diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un produit, d'une information), voire de...) de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de...) ou des simulations numériques simples. Grâce à ce processus, les impulsions du proche infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que...) devenaient des impulsions UV en rassemblant l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) des photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées...) d'impulsions fondamentales.

La principale lacune de cette approche était que le rendement de conversion stagnait à environ 10 %. "C'était comme venir au laboratoire, régler un bouton ci et là, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en examinant la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) de sortie des UV et en essayant de l'optimiser", se souvient le Dr Michal Nejbauer, de la faculté de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans...) de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa...) de Varsovie. "10 % est le meilleur résultat obtenu à l'aide de cette approche."

La solution du tripleur

La solution du tripleur MINIMODS n'est pas seulement trois fois plus efficace, elle tient également sur le bout d'un doigt. Elle met en "sandwich" des cristaux non-linéaires et biréfringents pour convertir en lumière ultraviolette des impulsions de 190 femtosecondes de longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de l’objet complètement...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie...) de 1040 nm à partir d'un laser ytterbium-cristal. Elle s'adapte directement à la tête de laser, peut se fermer hermétiquement, et est accompagnée d'un package de simulation open-source nommé Hussar.

"Hussar permet même à un utilisateur inexpérimenté de procéder à des simulations complexes, tridimensionnelles et précises de propagation et d'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) d'impulsions multiples à l'aide de blocs simples: paramètres d'impulsions en entrée, propriétés matérielles du support et processus impliqués", explique Tomasz Kardas, développeur (En informatique, un développeur (ou programmeur) est un informaticien qui réalise des logiciels en créant des algorithmes et en les mettant en œuvre dans un langage de programmation.) du logiciel (En informatique, un logiciel est un ensemble d'informations relatives à des traitements effectués automatiquement par un appareil informatique. Y sont...).

"Une fois les paramètres des impulsions en entrée définis, comme l'énergie, la durée et le profil du faisceau spatial, nous commençons notamment à rechercher la meilleure conception d'après un vaste espace de paramètres: l'épaisseur du cristal (Cristal est un terme usuel pour désigner un solide aux formes régulières, bien que cet usage diffère quelque peu de la définition scientifique de ce mot. Selon l'Union...) non-linéaire, la taille du faisceau, la position du col du faisceau, etc. Et, à notre grande surprise, une fois que nous avons trouvé ces valeurs optimales, mis en place le dispositif et mesuré sa performance, les impulsions d'UV en sortie étaient parfaitement conformes aux simulations. Cette correspondance (La correspondance est un échange de courrier généralement prolongé sur une longue période. Le terme désigne des échanges de courrier personnels plutôt...) quantitative entre ce que l'on obtient à l'écran (Un moniteur est un périphérique de sortie usuel d'un ordinateur. C'est l'écran où s'affichent les informations saisies ou demandées par l'utilisateur et générées...) et ce que l'on mesure ensuite en laboratoire est plutôt inhabituelle dans le domaine de l'optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) non-linéaire."

Un développement approfondi

Le composant de tripleur sera intégré à la gamme de lasers à impulsions ultra-courtes de la société. Parallèlement, l'équipe améliore son logiciel afin qu'il puisse être utilisé dans des applications liées davantage au design (Le design (la stylique en français) est un domaine visant à la création d'objets, d'environnements ou d'œuvres graphiques, à la fois fonctionnels, esthétiques et conformes aux impératifs d'une production...) optique. Le logiciel est disponible en accès libre pour une utilisation non-commerciale et peut également être acheté par des sociétés souhaitant l'utiliser comme produit.

"Je pense que la nouvelle génération du logiciel de propagation d'impulsions 3D peut en effet représenter un grand pas en avant en matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de l'espace et...) de design de nombreux appareils basés sur la propagation d'impulsion à large bande non-linéaire, par exemple les amplificateurs paramétriques", affirme Piotr Wasylczyk, auteur principal du document (Dans son acception courante un document est généralement défini comme le support physique d'une information.) publié dans la revue Nature. "J'ai désormais l'impression que la plupart des gens utilisent une modélisation simplifiée et ne vont pas plus loin avec cette approche."


Pour plus d'informations voir: projet MINIMODS

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Source: CORDIS-Europa