Institut Chinois de Recherche sur la Combinaison de Faisceaux Laser Mi-Infrarouges

Des chercheurs de l'Institut d'Optique et de Mécanique Fine de Shanghai (SIOM), affilié à l'Académie chinoise des sciences, ont annoncé des avancées dans la combinaison spectrale de faisceaux laser continus mi-infrarouges de haute puissance. Leurs travaux, publiés dans Optics Letters, introduisent une architecture novatrice qui surmonte les limitations antérieures dans l'obtention d'une puissance de sortie élevée.

Les lasers mi-infrarouges sont essentiels pour des applications allant de la détection de gaz et de la communication en espace libre à l'imagerie biomédicale et à la sécurité nationale. La combinaison spectrale de faisceaux est une technique clé pour augmenter la puissance laser et étendre sa plage spectrale sans dégrader la qualité du faisceau. Cependant, les méthodes traditionnelles s'appuyant sur de grands réseaux uniques rencontrent d'importantes difficultés de fabrication, en particulier dans les longueurs d'onde mi-infrarouges, ce qui entrave le développement de systèmes multicanaux de haute puissance.

L'équipe du SIOM a proposé une architecture de combinaison spectrale de faisceaux appelée 'Jigsaw-grating'. Cette conception utilise plusieurs sous-réseaux plus petits, distribués dans un espace équivalent de grande ouverture, pour combiner efficacement plusieurs faisceaux laser mi-infrarouges. Cette approche évite le besoin de réseaux uniques de très grande taille, réduisant la complexité de fabrication et améliorant la scalabilité des systèmes multicanaux.

Lors de leur validation expérimentale, l'équipe a utilisé des réseaux mi-infrarouges auto-développés, à haut rendement et revêtus d'or. Ils ont construit un système à quatre canaux combinant des lasers OPO (oscillateur paramétrique optique) dont les longueurs d'onde centrales sont accordables de 3,1 à 3,7 µm. Le système a atteint une puissance de sortie combinée de 50,8 W avec une efficacité de combinaison de réseau de 92,1 %, tout en conservant une bonne qualité de faisceau (Mx²=1,76, My²=1,46). Cette puissance de sortie est rapportée comme étant à un niveau élevé pour les résultats actuels de combinaison spectrale de lasers mi-infrarouges dans la bande 3-5 µm.

Cette recherche fournit une nouvelle voie technique pour l'augmentation des systèmes de combinaison spectrale de faisceaux laser multicanaux mi-infrarouges, passant de dizaines à des centaines de watts. Elle offre également une référence pour la construction de plateformes laser de haute puissance dans diverses bandes spectrales, du visible aux térahertz.