Dans un laboratoire de l'Université de Rochester, les chercheurs utilisent des lasers pour modifier la surface des métaux de manière incroyable, comme les rendre super hydrofuges sans utiliser de revêtements spéciaux, des peintures, ou des solvants.

Les applications commerciales de la technologie vont du dégivrage des avions commerciaux et des gros camions, à la prévention de la rouille et de la corrosion des surfaces métalliques exposées, au nettoyeur, surfaces antimicrobiennes pour les installations chirurgicales et médicales.

Mais pour rendre la technologie commercialement viable, les lasers doivent devenir beaucoup plus puissants.

Une entreprise technologique financée par du capital-risque, FemtoRoc Corp., entreprend un projet de recherche conjoint avec John Marciante, professeur agrégé d'optique, et l'Institut d'optique de l'Université pour développer ces lasers plus puissants. Le projet, devrait durer six ans, dispose d'un budget de recherche estimé à 10 millions de dollars.

"Ce dont ils [FemtoRoc] ont besoin, c'est d'un ultra-rapide, système laser de classe femtoseconde avec une puissance moyenne mesurée en kilowatts, plutôt que les dizaines de watts maintenant disponibles dans le commerce, " dit Marciante. " Alors, nous devons augmenter d'un facteur 10."

« C'est une entreprise très ambitieuse.

Le propriétaire, la technologie super-hydrophobe utilise des lasers pour créer un motif complexe de structures micro et nanométriques, donnant aux surfaces métalliques traitées un nouvel ensemble de propriétés physiques.

En 2015, Chunlei Guo, professeur d'optique, et Anatoliy Vorobyev, chercheur principal à l'Institut d'optique, décrit l'extrêmement puissant, mais les impulsions laser ultra-courtes qu'ils utilisaient pour modifier de façon permanente la surface des métaux.

Guo et Vorobyev ont utilisé avec succès cette technique pour créer non seulement des surfaces métalliques extrêmement hydrofuges, mais aussi ceux qui attirent l'eau. Le laboratoire de Guo a également créé un procédé pour traiter les surfaces métalliques afin d'absorber pratiquement toutes les longueurs d'onde de la lumière ambiante et qui a un large éventail d'applications commerciales, y compris mince, cellules solaires ultra-efficaces.

Cependant, il faut environ une heure au laboratoire de Guo pour modéliser un échantillon de métal de 1 pouce par 1 pouce en utilisant des produits disponibles dans le commerce, lasers de faible puissance. Plus puissant, des impulsions laser femtosecondes ultra-rapides sont nécessaires pour accélérer le processus et rendre la technologie commercialement viable.

Pour développer les lasers, le laboratoire de Marciante, qui se spécialise dans le développement avancé, haute puissance, lasers à fibre, devra relever deux défis principaux.

L'une est que les faisceaux laser sont généralement confinés dans des fibres optiques de conception conventionnelle, qui ont tendance à être de très petit diamètre de noyau. En augmentant la puissance du laser, trop de lumière se concentre dans le coeur de la fibre, et les propriétés non linéaires prolifèrent, provoquant l'élargissement ou la modulation du faisceau laser.

« Lorsque vous essayez de comprimer le faisceau en une courte impulsion, il y a beaucoup d'énergie qui ne rentre pas dans ce pouls, " explique Marciante. " La puissance utilisable s'étale, ou ne se concentre pas là où vous le souhaitez."

Le deuxième défi est la surchauffe. "Vous pompez le faisceau laser à un niveau d'énergie, d'un bout, puis l'extraire à un niveau d'énergie inférieur, à l'autre extrémité, et aucun procédé n'est thermiquement efficace à 100 pour cent. Ainsi, cette énergie supplémentaire se retrouve dans la fibre. La fibre peut devenir très chaude, jusqu'à fondre, " dit Marciane.

En plus des recherches effectuées par sa propre équipe, Marciante tirera parti d'un réseau de chercheurs chevronnés aux États-Unis et à l'étranger et fera appel à des fournisseurs tiers dotés de capacités éprouvées de conception et de fabrication de fibres.

Les recherches de Marciante ont déjà donné les résultats suivants :

• une fibre optique exclusive à cœur plus large avec des qualités de faisceau laser supérieures qui est compatible avec les lasers à fibre femtoseconde ultra-rapides de haute puissance
• un moyen de réduire considérablement les effets des non-linéarités dans le cœur de la fibre propriétaire. « En principe, si vous coupez la longueur de fibre en deux, vous pouvez aller à deux fois plus d'énergie, " dit Marciante. " Le compromis est, vous déversez également la chaleur dans la moitié de l'espace. "

"C'est un défi très excitant, " dit Marciane.

"Personne au monde n'a été capable de faire ce type spécifique de traitement laser femtoseconde des surfaces métalliques, " ajoute-t-il. " Lancer des produits commerciaux utilisant cette technologie changera vraiment la donne. C'est une opportunité unique de créer une nouvelle science."