Avec la démonstration d'un oscillateur laser à disque mince sub-picoseconde délivrant une puissance de sortie moyenne record de 350 watts, Les physiciens de l'ETH Zurich établissent une nouvelle référence et ouvrent la voie à des lasers encore plus puissants.

Les sources laser ultrarapides sont au cœur d'un éventail toujours plus large d'études scientifiques fondamentales et d'applications industrielles, des expériences de physique à haut champ avec une résolution temporelle attoseconde à l'usinage de matériaux avec une précision micrométrique. Afin de pousser l'enveloppe encore plus loin, des taux de répétition de plusieurs mégahertz et des puissances de sortie moyennes de centaines de watts sont nécessaires. Une voie particulièrement intéressante pour réaliser de telles impulsions laser haute puissance consiste à les générer directement en augmentant la puissance de sortie des oscillateurs laser plutôt que de s'appuyer sur des systèmes d'amplification à plusieurs étages, qui ajoutent un degré élevé de complexité; la mise à l'échelle de la puissance conduit à des appareils robustes et potentiellement rentables. Reportage récemment en Optique Express , le groupe d'Ursula Keller de l'Institute of Quantum Electronics a maintenant porté l'approche de mise à l'échelle de la puissance à un nouveau niveau. Ils présentent une source qui combine la simplicité et les taux de répétition élevés des oscillateurs avec une puissance de sortie moyenne record de ce type de laser.

L'équipe de l'ETH a travaillé avec un oscillateur laser à disque mince, où le gain moyen, le matériau dans lequel se déroulent les processus quantiques conduisant au laser, a la forme d'un disque d'environ 100 micromètres d'épaisseur. Cette géométrie offre une surface relativement importante, qui à son tour aide au refroidissement. Toujours, les effets thermiques sont restés un goulot d'étranglement majeur, et depuis 2012, la puissance de sortie record s'élevait à 275 watts.

Maintenant, combinant plusieurs avancées de la technologie laser à disque mince développées par le groupe Keller, doctorat étudiant Francesco Saltarelli, le chercheur principal Christopher Phillips et ses collègues ont atteint une puissance de sortie moyenne de 350 watts, avec des impulsions qui ne durent que 940 femtosecondes, transportent une énergie de 39 microjoules et se répètent à une fréquence de 8,88 mégahertz, valeurs qui présentent un intérêt immédiat pour les applications scientifiques et industrielles.

Un aspect clé du travail est que les chercheurs ont trouvé un moyen de permettre plusieurs passages du faisceau de pompe à travers le milieu de gain sans infliger d'effets thermiques néfastes, et ainsi réduire les contraintes sur les composants concernés. La capacité de contrôler les effets dus au chauffage a ouvert la porte pour aller fermement au-delà du niveau de 275 W et pour établir la nouvelle référence. L'approche développée aujourd'hui peut être poussée encore plus loin, et les puissances de sortie au-delà de 500 watts semblent réalistes. Avec d'autres améliorations, les chercheurs de l'ETH estiment, le niveau de kilowatt pourrait apparaître.