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Fluorure de calcium dopé ytterbium : un laser – guide d’onde ultra-compact

par CIMAP - publié le

Fluorure de calcium dopé ytterbium : un laser – guide d’onde ultra-compact

​Des chercheurs de l’Iramis (Cimap) ont conçu et construit le premier laser dont le milieu amplificateur de lumière est un guide d’onde planaire en fluorure de calcium dopé ytterbium. Les performances obtenues sont très prometteuses pour l’utilisation de ces couches minces dans des sources ou des amplificateurs laser intégrés, à haute cadence, en régime femtoseconde (10-15 s).

Parfaitement transparent sur tout le spectre visible et bon conducteur thermique, le fluorure de calcium (CaF2) est utilisé en optique pour les lasers de puissance. Dopé avec des ions de terres rares comme l’ytterbium (CaF2 :Yb), il possède des propriétés spectroscopiques remarquables qui le qualifient comme un milieu amplificateur à gain élevé pour lasers.

Après avoir réalisé des cristaux de CaF2:Yb pour des lasers de très haute puissance, l’équipe du Cimap a conçu et réalisé un laser dont le résonateur optique est un guide d’onde planaire en CaF2:Yb. Chaque guide d’onde monocristallin est formé d’une couche mince de CaF2:Yb d’épaisseur 27 µm, déposée sur un substrat de CaF2 pur (20 x 12 mm2, pour une épaisseur de 2 mm).

Pour un guide d’onde de deux centimètres de longueur, une puissance laser de 114 mW a été obtenue dans le proche infrarouge (1037 nm) avec une efficacité de 12,9 %. Cette structure est donc bien adaptée à la réalisation de lasers ultra-compacts, émettant des impulsions femtoseconde (10-15 s) à haute cadence.

L’équipe « Matériaux et instrumentation laser » du Cimap (Centre de recherche sur les ions, les matériaux et la photonique), à Caen, a été pionnière sur le matériau CaF2:Yb qui est aujourd’hui utilisé dans les chaînes laser pétawatt européennes comme Polaris (Petawatt Optical Laser Amplifier for Radi-ation Intensive experiments) à Jena ou Penelop (Petawatt, Energy-Efficient Laser for Optical Plasma Experiments) à Dresde (Allemagne), ainsi que sur les premiers étages du laser Apollon (Saclay) ou encore dans des lasers commerciaux.

Voir en ligne : Erratum to : CW and tunable laser operation of Yb3+ doped CaF2