Une nouvelle source de lumière infrarouge grâce à des cascades de fibres optiques

Publié par Adrien le 12/05/2020 à 09:00
Source: CNRS INSIS
De nombreuses méthodes d'analyse utilisent des lasers, dont la longueur d'onde impacte profondément les performances. Une équipe de l'institut FEMTO-ST, de l'université McGill (Canada) et des sociétés SelenOptics, Le Verre Fluoré et LEUKOS a conçu une source de 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 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement...) couvrant toute la gamme 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...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de...) de l'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 celle des micro-ondes.) moyen: de 2 à 10 µm. Elle fonctionne grâce à la disposition en cascade de fibres (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous forme de faisceaux.) optiques en trois matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) différents, formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur perçue est haute et inversement. Chaque voyelle se caractérise par son timbre...) ce que l'on appelle un supercontinuum. Ces travaux, publiés dans la revue Laser and Photonics Reviews, ouvrent des applications en spectrométrie et en imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La...).


Simulation numérique de l'évolution du spectre de la source laser couvrant la gamme de longueur d'onde de 2 à 10 µm dans l'infrarouge moyen.
© Thibaut Sylvestre, Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le...) FEMTO-ST

Les sources lumineuses supercontinuum (SC) sont générées en propageant des impulsions laser courtes, mais de hautes puissances, dans des milieux non linéaires qui sont le plus souvent des fibres optiques. Popularisées au cours de la dernière décennie (Une décennie est égale à dix ans. Le terme dérive des mots latins de decem « dix » et annus « année.), ces sources ont trouvé des applications dans des domaines tels que la tomographie optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) cohérente, le traitement des matériaux, la détection chimique, la surveillance des gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre...), l'imagerie et la spectroscopie d'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition entre deux niveaux d'énergie...). Cependant, la bande passante (La bande passante (angl. bandwidth) est un intervalle de fréquences pour lesquelles la réponse d'un appareil est supérieure à un minimum. Elle est...) des sources SC actuelles est limitée entre 400 nm et 2 µm, à cause de la structure des fibres optiques classiques en verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus...) de silice (La silice est constituée de dioxyde de silicium, un composé chimique qui entre dans la composition de nombreux minéraux ; sa formule est SiO2.). Une restriction qui empêche par exemple la détection de nombreuses espèces chimiques et biologiques, dont les signatures se retrouvent vers l'infrarouge moyen et au-delà: entre 2 à 20 µm. Des chercheurs de l'institut FEMTO-ST (CNRS/UFC/UTBM/ENSMM), de l'université McGill (L’Université McGill, située à Montréal au Québec, est une des universités les plus anciennes au Canada.) de Montréal (Montréal est à la fois région administrative et métropole du Québec[2]. Cette grande agglomération canadienne constitue un centre majeur du commerce, de l'industrie, de la culture, de la finance et...) et des entreprises SelenOptics, Le Verre Fluoré et Leukos sont parvenus à atteindre les 10 µm, avec des solutions transposables aux applications actuelles.

Les scientifiques ont pour cela développé un système de fibres en cascade qui génère un supercontinuum couvrant tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) l'infrarouge moyen (2-10 µm). Des travaux d'autres équipes poussent jusqu'à 16 µm, mais seulement à l'aide d'installations bien trop coûteuses et volumineuses pour que la méthode soit applicable de façon concrète (La concrète est une pâte plus ou moins dure obtenue après extraction d’une matière première fraîche d’origine végétale (fleurs, feuille) par solvants volatils (non aqueux). Le...). Ici, un laser impulsionnel compact passe par une série de trois fibres de verre de silice, de fluorure et de chalcogénure. Son spectre est alors progressivement élargi et décalé vers l'infrarouge moyen. Les chercheurs décrivent en outre un modèle numérique entièrement réaliste pour simuler la propagation d'impulsions lasers à travers la série de fibres, qu'ils utilisent pour optimiser le processus. Cette technique, prête à être commercialisée, ouvre la voie à des sources moyen-infrarouges, compactes et robustes, pour la détection, la spectroscopie et l'imagerie biomédicale.

Ces travaux sont le résultat d'un projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et...) européen H2020 Marie-Curie.

Référence:
2-10 µm Mid-Infrared Supercontinuum Generation in Cascaded Optical Fibers: Experiment and Simulation,
S. Venck, F. St-Hilaire, L. Brilland, A. N. Ghosh, R. Chahal1, J. Troles, M. Meneghetti, F. Joulain, S. Cozic, S. Poulain, G. Huss, M. Rochette, J. Dudley and T. Sylvestre.
Laser and Photonics Reviews (mai 2020), 2000011.
DOI:10.1002/lpor.202000011
Cet article vous a plus ? Vous souhaitez nous soutenir ? Partagez-le sur les réseaux sociaux avec vos amis et/ou commentez-le, ceci nous encouragera à publier davantage de sujets similaires !
Page générée en 0.423 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique