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Blanc - SIMI 9 - Sciences de l'Ingénierie, Matériaux, Procédés, Energie (Blanc SIMI 9)
Edition 2012


EDELVEIS


Lasers accordables pompés par LED (Excitation par Diodes Electroluminscentes de Lasers accordables dans le Visible Et les InfrarougeS)

EDELVEIS
Lasers accordables pompés par LED
(Excitation par Diodes Electroluminescentes de Lasers accordables dans le Visible Et les InfrarougeS)

Enjeux et objectifs
Depuis une vingtaine d’années, les diodes lasers de puissance s'imposent pour le pompage des lasers à solide. Développées principalement dans l'infrarouge proche, elles ont laissé sur le bord de la route certains lasers dont les sources de pompage sont dans le bleu ou le vert : les lasers organiques (pourtant les seuls à couvrir continûment toute la gamme du visible) et les lasers à saphir dopé au titane (accordables dans l'infrarouge proche et capables de générer les impulsions les plus courtes jamais produites par un oscillateur). Ces lasers accordables sont actuellement pompés par des sources complexes et coûteuses (lasers solides doublés en fréquence). Une solution simple serait de parvenir à pomper les lasers à solide avec des Diodes ElectroLuminescentes (LED), beaucoup moins chères que les diodes laser.
Cependant, avec une densité de puissance 3 à 4 ordres de grandeur plus faible que les diodes laser, le pompage par LED semblait jusqu'à aujourd'hui quasi-impossible, surtout pour des lasers à large bande spectrale dont les propriétés spectroscopiques sont bien plus médiocres que les lasers classiques (tels que le Nd:YAG, par exemple). Mais la donne est en train de changer : le colossal marché de l'éclairage tire les performances des LEDs vers le haut et leur coût massivement vers le bas. Le pompage par LED reste un challenge scientifique de taille, mais il n'est plus insurmontable, surtout quand on considère les solutions qui sont proposées dans ce projet EDELVEIS (Excitation par Diodes Electroluminescentes de Lasers accordables dans le Visible Et les InfrarougeS). En utilisant des systèmes de pompage non imageants innovants et un fonctionnement des LEDs en régime impulsionnel, l'objectif d'EDELVEIS est de développer des lasers solides pompées par LED : oscillateurs accordables dans le visible (lasers organiques) et modules amplificateurs d'impulsions femtosecondes (saphir dopé au titane).

Méthodes
Le projet EDELVEIS vise à des démonstrations expérimentales sur les lasers à colorant et les lasers à saphir dopé au titane. Des simulations seront menées en parallèle pour estimer les performances et choisir les bonnes architectures.

Résultats

Le projet a débuté en octobre 2012, les études sont en cours.

Perspectives

Le projet EDELVEIS pourrait apporter un changement de paradigme dans le monde des lasers solides. Avec les nouvelles performances des LEDs, l'émergence de lasers à très bas coût avec des rendements significatifs est à portée de main.

Productions scientifiques et brevets

Un brevet est en cours de préparation

Partenaires

EFFILUX EFFILUX

LCF Laboratoire Charles Fabry, Institut d'Optique

LPL Laboratoire de Physique des Lasers

LPL ( CNRS DR PV) Laboratoire de Physique des Lasers

Aide de l'ANR 468 228 euros
Début et durée du projet scientifique octobre 2012 - 48 mois

Résumé de soumission

Depuis une vingtaine d’années, les diodes lasers de puissance s'imposent pour le pompage des lasers à solide. Cependant, malgré leurs très bonnes performances en terme d'efficacité et de densité de puissance, ces diodes laser sont responsables du coût élevé des lasers à solides. Développées principalement dans l'infrarouge proche, elles ont, de plus, laissé sur le bord de la route certains lasers dont les sources de pompage doivent être dans le bleu ou dans le vert : les lasers organiques (pourtant les seuls à couvrir continûment toute la gamme du visible) et les lasers à saphir dopé au titane (accordables sur une très large plage de fréquence dans l'infrarouge proche et capables de générer les impulsions les plus courtes jamais produites par un oscillateur). Ces lasers sont actuellement pompés par des sources complexes et coûteuses (lasers solides doublés en fréquence). Une solution simple pour résoudre ce problème serait de parvenir à pomper les lasers à solide avec des Diodes ElectroLuminescentes (DEL), très peu chères et en plein essor.
Cependant, avec une densité de puissance 3 à 4 ordres de grandeur plus faible que les diodes laser, le pompage par LED semblait jusqu'à aujourd'hui quasi-impossible, surtout pour des lasers à large bande spectrale dont les propriétés spectroscopiques sont bien plus médiocres que les lasers classiques (tels que le Nd:YAG, par exemple). Mais la donne est en train de changer : le colossal marché de l'éclairage tire les performances des LEDs vers le haut de façon spectaculaire et leur coût massivement vers le bas: ainsi, le prix du watt optique fourni par une LED est seulement de quelques euros alors qu'il est 100 à 1000 fois plus élevé pour une diode laser. Le pompage par LED reste un challenge scientifique de taille, mais il n'est plus insurmontable, surtout quand on considère les solutions qui sont proposées dans ce projet EDELVEIS (Excitation par Diodes Electroluminescentes de Lasers accordables dans le Visible Et les InfrarougeS). En utilisant des systèmes de pompage non imageants innovants et un fonctionnement des LEDs en régime impulsionnel (dont le potentiel a été très peu exploré), ce projet montre qu'il est possible de passer largement le seuil d'oscillation pour les lasers organiques et pour les lasers à saphir dopé au titane.
L'objectif du projet EDELVEIS est de développer, en quatre ans, des lasers solides pompées par LED : oscillateurs accordables dans le visible (lasers organiques) et modules amplificateurs d'impulsions femtosecondes (saphir dopé au titane). Les lasers seront impulsionnels avec des cadences inférieures au kHz. Le projet EDELVEIS propose avec ce travail de recherche un véritable changement de paradigme en réalisant de nouveaux lasers à solide simples et compacts à des coûts 2 à 3 ordres de grandeur plus faibles que les lasers actuels. Deux laboratoires spécialistes des lasers organiques (Laboratoire de Physique des Lasers, LPL, Université Paris 13) et des lasers solides (Laboratoire Charles Fabry, LCF, Institut d’Optique) ainsi qu'une jeune société experte dans les systèmes d'éclairage à LEDs (EFFILUX) ont décidé d'associer leurs compétences pour cette opportunité de recherche qu'il faut saisir dès maintenant. En plus de retombées scientifiques évidentes (brevets et publications majeures, voire même première mondiale dans le cas du saphir dopé au titane pompé par LED), le projet a clairement un potentiel économique important. Les applications des lasers accordables dans le visible et des lasers femtosecondes concernent aussi bien le domaine de l'instrumentation scientifique et de la mesure que le domaine médical ou celui du traitement des matériaux. La stratégie d'EFFILUX est de faire du projet EDELVEIS une base pour le développement de ses activités. Grâce à lui, elle pourrait bénéficier d'une position de leader dans le domaine du pompage par LED et des lasers accordables dans le visible et le proche infrarouge et de modules amplificateurs pour chaine laser femtoseconde.

 

Programme ANR : Blanc - SIMI 9 - Sciences de l'Ingénierie, Matériaux, Procédés, Energie (Blanc SIMI 9) 2012

Référence projet : ANR-12-BS09-0012

Coordinateur du projet :
Monsieur FRANCOIS BALEMBOIS (Laboratoire Charles Fabry, Institut d'Optique)
francois.balembois@nullinstitutoptique.fr

 

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L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.