Un groupe de chercheurs de la Faculté de physique de l'Université de Varsovie vient de publier un rapport sur leur développement d'un dispositif tripleur miniature pour générer des impulsions laser femtosecondes dans le spectre UV. L'appareil a une efficacité trois fois plus élevée que les configurations précédemment utilisées, et tient sur le bout d'un doigt, grâce à un progiciel unique développé à Varsovie lors de la phase de conception.

Avec les nouvelles technologies, les lasers couvrent un spectre croissant, mais certaines longueurs d'onde ne sont toujours pas facilement accessibles. Cela inclut la bande ultraviolette (UV) autour de 300 nm, surtout si de courtes durées d'impulsion et/ou des intensités élevées sont nécessaires. Souvent, Les impulsions UV sont générées via des processus non linéaires tels que la génération de deuxième harmonique ou la génération de fréquence somme, dans lequel de nouveaux photons avec une énergie plus élevée et une nouvelle couleur sont formés en additionnant l'énergie des photons d'impulsion fondamentaux. L'efficacité de ces procédés est faible, toutefois.

Pendant de nombreuses années, des modèles analytiques de propagation de la lumière ou de simples simulations numériques ont été utilisés pour concevoir des convertisseurs de fréquence. Ils ont permis aux scientifiques de modifier les paramètres de l'appareil, généralement un à la fois. Cette approche a entraîné la stagnation des rendements de conversion des lasers femtosecondes infrarouges non amplifiés vers le troisième harmonique UV à environ 10 %.

"C'était comme venir au labo, en ajustant un bouton ici, un bouton là, tout en regardant la puissance de sortie UV et en essayant de la maximiser. Et 10 %, c'est aussi bon que l'on peut obtenir avec cette approche, " dit Michal Nejbauer, de l'équipe de chercheurs basée à la Faculté de Physique de l'Université de Varsovie, Pologne.

Mais l'augmentation de la puissance de calcul combinée à des astuces de programmation intelligentes a permis pour la première fois d'optimiser globalement le processus de conversion de fréquence de l'infrarouge vers l'UV.

"Notre nouvellement développé, package de simulation open source, appelé Hussard, permet même à un utilisateur inexpérimenté de construire un complexe, tridimensionnel, simulations précises de la propagation et de l'interaction d'impulsions multiples à l'aide de blocs simples :paramètres d'impulsion d'entrée, les propriétés matérielles des médias et les processus impliqués, " explique Tomasz Kardas, qui a développé le logiciel. "Une fois que nous avons défini les paramètres d'impulsion d'entrée, comme l'énergie, durée et profil spatial du faisceau, nous commençons essentiellement à rechercher le meilleur design sur un large espace de paramètres :les épaisseurs cristallines non linéaires, la taille du faisceau, la position de la taille du faisceau, etc. Et, à notre surprise, une fois ces valeurs optimales trouvées, construit l'appareil et mesuré ses performances, les impulsions UV de sortie étaient exactement comme simulées. Ce genre d'accord quantitatif entre ce que l'on obtient à l'écran et ce que l'on mesure ensuite en laboratoire est plutôt rare en optique non linéaire."

Mais en multipliant par trois l'efficacité du processus, à plus de 30 %, n'était que la première étape. Les chercheurs visaient également la miniaturisation. Plutôt que d'utiliser plusieurs composants montés sur la table de laboratoire, leur générateur de troisième harmonique (tripler) n'est qu'un petit bloc de cristaux empilés ensemble.

"En réalité, le support en métal d'un pouce qui maintient tous les éléments ensemble est la plus grande partie de l'ensemble de l'installation, " explique Pawel Wnuk, qui a joué un rôle de premier plan dans les expériences de caractérisation du dispositif. Par conséquent, le prototype tripler a un volume global environ 1000 fois plus petit que les conceptions traditionnelles.