Obtenir plus facilement des impulsions laser UV

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 -notamment celle des ultraviolets (UV) d''environ 300 nm- était assez complexe. Les impulsions UV devaient être générées grâce à des convertisseurs de fréquence basés sur des modèles de diffusion de la lumière ou des simulations numériques simples. Grâce à ce processus, les impulsions du proche infrarouge devenaient des impulsions UV en rassemblant l''énergie des photons 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 en examinant la puissance de sortie des UV et en essayant de l''optimiser», se souvient le Dr Michal Nejbauer, de la faculté de physique de l''Université 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 d''onde 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 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 du logiciel.

«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 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 quantitative entre ce que l''on obtient à l''écran et ce que l''on mesure ensuite en laboratoire est plutôt inhabituelle dans le domaine de l''optique 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 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 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 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.»

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