L'Institut Ferdinand-Braun présente plusieurs nouveautés lors de Laser Optics Berlin

L'Institut Ferdinand-Braun présente plusieurs nouveautés lors de Laser Optics Berlin

Les lasers à semi-conducteurs s'imposent de plus en plus dans de nombreuses applications laser en raison de leur fiabilité, de leur miniaturisation, de leurs hautes performances et de leur efficacité élevée. Le point de rencontre et d'exposition de l'industrie est le Laser Optics Berlin, qui se tiendra du 22 au 24 mars 2010 sous la tour radio. Le congrès accompagnant représente l'étroite synergie entre la science et l'application dans le secteur de la laser-Optique. Sur son stand d'exposition (Hall 18, Stand 404) ainsi que lors du congrès, l'Institut Ferdinand-Braun, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH), présentera diverses innovations :

Systèmes laser compacts pour affichages

Dans la voie du téléviseur laser ou vers des écrans laser nettement plus petits pour les planétariums et simulateurs de vol, les chercheurs du FBH ont réalisé de grands progrès : le concept de construction d'un système hybride a été démontré avec succès à 488 nanomètres (nm), une longueur d'onde établie pour diverses applications spectroscopiques mais aussi pour les écrans. Par doublement de fréquence, la lumière laser infrarouge à 976 nm est convertie en lumière bleue via un cristal non linéaire – la longueur d'onde est ainsi divisée par deux à 488 nm. Jusqu'à présent, ce concept nécessitait environ un mètre carré d'espace de laboratoire, mais il a été miniaturisé à la taille d'une boîte d'allumettes. Le module fonctionne de manière stable en température et en longueur d'onde et constitue un démonstrateur pouvant être adapté à toutes les longueurs d'onde nécessaires.

Lors de la miniaturisation de l'ensemble de laboratoire – le module ne mesure que environ 25x10x50 mm – la puissance de sortie d'un watt est maintenue constante – l'expert parle d'une puissance continue à faible bruit. De tels systèmes laser à diode hybrides sont constitués de différents modules, où le montage de micro-optique de haute précision représente un défi particulier. Les lentilles, de la taille d'une noix, doivent être ajustées avec une précision meilleure qu'un micromètre (µm). Cela exige une précision extrême dans des dimensions « fines », car 1 µm correspond à environ un cinquantième du diamètre d’un cheveu humain. Un second point critique est la gestion thermique de l'ensemble. Le cristal, nécessaire pour la doublement de fréquence et la conversion du faisceau laser en lumière visible, fonctionne à 50°C, tandis que le laser lui-même doit rester à température ambiante. Les deux températures doivent être strictement séparées : le laser ne doit pas chauffer et la température du cristal doit être réglée à 0,1°C près, car même de petites déviations entraîneraient une perte de performance de plus de 50 %.

L'étape suivante consiste à transférer ce concept vers des lasers émettant de la lumière bleue à une longueur d'onde de 460 nm et de la lumière verte à 530 nm – ce sont les longueurs d'onde optimales pour la technologie d'affichage. Les lasers de pompage nécessaires à cette construction, avec des longueurs d'onde de 920 nm pour le bleu et 1060 nm pour le vert, ont déjà été développés.

Distributeur de pulses pour impulsions lumineuses ultracourtes

Une autre innovation du FBH est le distributeur de pulses, un concept novateur permettant de « prélever » des impulsions individuelles dans les séquences d'impulsions à haute fréquence d’un laser à impulsions courtes. Les systèmes laser équipés de distributeurs de pulses peuvent être utilisés, par exemple, dans le traitement des matériaux par laser, en techniques d’investigation biomédicale basées sur la spectroscopie de fluorescence, ou dans la mesure de distance laser. Avec le distributeur de pulses, un module compact basé entièrement sur la technologie des semi-conducteurs est disponible, capable de fournir des impulsions lumineuses ultracourtes de moins de dix picosecondes avec des fréquences de répétition presque arbitraires, allant du kilohertz au domaine des centaines de mégahertz. Le concept utilise à la fois une conception sur mesure pour la guidage de la lumière, dérivée de la technologie des lasers à diodes haute puissance, et des composants HF (haute fréquence) optimisés de l’électronique à nitrure de gallium. Le distributeur de pulses combine ainsi de manière idéale la technologie HF et l’électronique avec le développement de lasers à diodes haute puissance, deux compétences clés de l’Institut Ferdinand-Braun.

Lasers à diode à haute efficacité avec un spectre extrêmement étroit

Le FBH présente également lors de Laser Optics Berlin des lasers à diode à haute efficacité et puissance. Ainsi, des lasers à diode à large bande DFB ont été développés, dont la puissance optique a été plus que doublée par rapport aux lasers DFB les plus puissants disponibles jusqu’à présent. Pour la première fois dans le monde, des performances de plus de 10 watts ont été obtenues à partir d’une bande laser de 100 µm de large dans un domaine spectral nettement inférieur à un nanomètre. Ces lasers possèdent également une efficacité de conversion élevée : la proportion d’énergie électrique transformée en lumière atteint jusqu’à 58 %, ce qui est légèrement inférieur à celle des lasers à diodes haute puissance conventionnels, qui ont généralement une largeur spectrale de 2 à 3 nm. Ces nouveaux lasers à diode constituent une option économique pour des sources laser à haute puissance optique et spectre étroit. Ils ouvrent des possibilités d’application pour de nouveaux systèmes laser haute puissance utilisant le multiplexage de longueur d’onde pour améliorer la qualité du faisceau – différentes longueurs d’onde peuvent ainsi être superposées plus efficacement en utilisant un élément de sélection de longueur d’onde, rendant les systèmes plus puissants. Une autre possibilité d’application concerne des pompes laser particulièrement efficaces avec une largeur spectrale étroite. Les lasers de pompage sont nécessaires comme lasers d’excitation pour les lasers à fibre et à solide, notamment dans le traitement des matériaux.

Image : Module laser compact pour la technologie d’affichage (C)FBH