L’équipe OML possède une expertise approfondie dans le développement, la caractérisation et le développement de guides d'ondes laser à base de matériaux cristallins dopés aux terres rares, qu'ils soient oxydes ou fluorures. Ces microstructures photoniques présentent plusieurs avantages : une taille réduite (dispositifs de quelques centimètres), de faibles surfaces de mode conduisant à de fortes intensités lumineuses et à un seuil laser bas, de faibles pertes de propagation (jusqu'à 0,1 dB/cm) permettant d’atteindre de très bons rendements laser, ainsi que la possibilité de fonctionnaliser la surface par couplage par onde évanescente. Ces lasers à base de guide d'ondes cristallins peuvent fournir des puissances de sortie de l’ordre du Watt tout en maintenant un fonctionnement monomode transverse et une polarisation linéaire.

Techniques de fabrication / micro-structuration :

• Croissance par épitaxie en phase liquide de guides d’ondes plans à faibles pertes dans le système RE1,RE2:LiYF4 | LiYF4, où RE1 est un ion laser, RE2 un ion “tampon” optiquement passif introduit pour modifier l’indice de réfraction.
  Ions utilisés: lasers visibles (Pr³⁺, Sm³⁺), lasers infrarouges (Tm³⁺, Ho³⁺, Ho³⁺).
• Microstructuration des couches planes épitaxiées et des cristaux massifs par découpe de précision à la scie diamantée (collaboration avec FEMTO-ST, Besançon, France) : fabrication de guides d’ondes de type canal de surface (ridge) avec un profil transversal bien défini, et de guides profondément découpés avec une géométrie quasi inverse.
• Inscription directe par laser femtoseconde de microstructures photoniques 3D dans des cristaux d’oxyde et de fluorure massifs (collaboration avec l’Université de Salamanque, Espagne) : fabrication de guides d’ondes avec différence d’indice maitrisée, avec diverses géométries (droites, courbes, effilées, diviseurs en Y, interféromètres), grâce à une modification localisée et thermiquement stable des matériaux sous irradiation par impulsions laser femtoseconde.

Thématiques de recherche

• Fonctionnement impulsionnel des lasers à guide d’ondes, en régime Q-switch (génération d’impulsions nanoseconde), en utilisant des absorbants saturables traditionnels à base d’ions de métaux de transition (Cr²⁺, Fe²⁺), ainsi que des structures à base de carbone – nanotubes de carbone monocouche et graphène.
• Régime en verrouillage de mode (mode-locking) visant des taux de répétition d’impulsions dans la gamme du GHz.

Figure : Laser Q-switch à guide d'ondes à 2 µm sur plateforme de fluorure [1]. Vue de la face de sortie du guide d'onde cristallin obtenu par découpe de précision à la scie diamantée ; caractérisation Raman de l'absorbant saturable à nanotubes de carbone ; schéma du laser à guide d'ondes.