Le nouveau laser solide incorporant un diamant synthétique d'Element Six ouvre la voie à de nouvelles applications

ASCOT, Angleterre, October 14 /PRNewswire/ -- Des chercheurs de l'Institut de photonique (Institute of Photonics) de l'Université de Strathclyde ont commencé à travailler sur un projet de trois ans et demi afin de mettre au point un laser solide innovateur incorporant un diamant CVD (dépôt chimique en phase vapeur) fabriqué par Element Six Ltd. Element Six est le leader mondial dans le domaine de la synthèse de diamant CVD et de ses applications.

La mise au point d'un laser diamant Raman pourrait déboucher sur une multitude d'applications dans des domaines tels que l'ophtalmologie, les traitements anticancéreux et l'imagerie sous-marine, médicale et multi-spectrale. Le projet sera dirigé par le Dr. Alan Kemp à l'Institut de photonique de l'Université de Strathclyde, grâce à une bourse de plus de 600 000 livres sterling accordée par le Conseil de recherche en Technologie et les Sciences Physiques (EPSRC) du Royaume-Uni, organisme financé par le gouvernement.

L'emploi du diamant ouvre la voie à la création de lasers solides petits et compacts aux capacités de charge plus grandes et fonctionnant dans des longueurs d'onde inédites, ce qui permettra de créer de nouveaux domaines d'application. Le diamant présente une combinaison unique de propriétés optiques et thermiques convenant à merveille à cette application ; ces propriétés peuvent être exploitées par le biais du tout nouveau matériau de cristal CVD produit par Element Six. Les lasers Raman recourent déjà à des matériaux tels que le silicium et sont utilisés dans le domaine des télécommunications ; cependant l'emploi du diamant pourra améliorer leur puissance et leurs longueurs d'onde.

Comment fonctionnent les lasers Raman ?

Les lasers Raman s'appuient sur un phénomène connu sous le nom de diffusion Raman ou d'effet Raman découvert en 1922. Lorsque les photons entrent en contact avec une substance, une infime fraction de ceux-ci interagit entraînant la vibration des atomes de la substance. Dans ces collisions « inélastiques », les photons gagnent ou perdent des quantités spécifiques d'énergie, de sorte que la lumière diffusée ne présente pas la même longueur d'onde. Un laser Raman amplifie la lumière secondaire en l'oscillant et en déversant l'énergie dans le système afin d'émettre un rayon laser cohérent.

L'importance de ce genre de laser réside dans le fait qu'il peut modifier la longueur d'onde. Comme le fait remarquer le Dr. Kemp, la possibilité de modifier les longueurs d'onde « permet d'accéder à la région jaune-orange du spectre, riche en applications, mais pauvre en source. » « De nos jours, la plupart des lasers commerciaux fonctionnent dans la région proche infrarouge du spectre entre 0,8 micromètre et 1,1 micromètre avec une concentration particulière d'environ 1 micromètre (1,03 - 1,07 micromètre) où se déroule la plus grande partie du travail du laser à haute performance. « Le défi le plus important en ingénierie laser solide consiste peut-être à trouver des moyens de générer de nouvelles longueurs d'onde, tout en conservant au mieux les avantages et les performances des lasers actuels », souligne le Dr. Kemp.

Le potentiel du diamant synthétique

Par ailleurs, la puissance des générations actuelles de lasers Raman solides à ondes entretenues a été limitée à quelques watts en raison de problèmes thermiques. Le diamant offre une excellente conductivité thermique associée à un faible coefficient de dilatation thermique autorisant une capacité de charge supérieure. « La question la moins séduisante mais la plus présente en ingénierie laser, surtout si l'on recherche une haute performance dans un petit équipement, réside dans la manière de résoudre la complication de la chaleur », souligne le Dr. Kemp. « Ce point pose surtout problème dans les lasers Raman de haute puissance puisque les cristaux - qui sont de bons convertisseurs Raman - s'avèrent d'habitude de pauvres conducteurs de chaleur. C'est ici que le diamant fait son entrée. Avec une conductivité thermique de deux à trois fois supérieure à celle des cristaux actifs de Raman, il devrait s'avérer un excellent milieu Raman et permettre de générer une puissance de sortie beaucoup plus élevée. » En outre, le diamant modifie la longueur d'onde légèrement au-delà de ce que font les cristaux actifs Raman utilisés actuellement, ce qui peut élargir son potentiel d'application. « L'équipe de l'Institut de photonique a reconnu que le diamant présentait un coefficient de gain Raman élevé et un important déplacement Raman par rapport aux milieux Raman conventionnels », a ajouté Chris Wort, directeur technique d'Element Six.

L'une des propriétés essentielles du diamant d'Element Six est qu'il fait preuve d'une biréfringence négligeable. Lorsque la vitesse de la lumière dans un milieu varie si la polarisation de la lumière change, nous avons affaire au phénomène de biréfringence, propriété qu'il faut soigneusement surveiller dans une cavité laser pour que celui-ci puisse fonctionner parfaitement.

« Le diamant CVD monocristallin à biréfringence négligeable produit par E6 représente un véritable bond en avant pour toutes les applications photoniques de diamant et, en particulier, pour les applications laser. Il nous permet d'exploiter les propriétés exceptionnelles du diamant sans compromettre d'autres aspects de la performance du laser », indique le Dr Kemp.

Element Six fournira à l'équipe de recherche un diamant CVD monocristallin de haute qualité pour la durée du projet. L'Institut de photonique entretient de bonnes relations professionnelles avec Element Six. Ces organismes ont travaillé ensemble auparavant sur le projet MIDDI, soutenu par le gouvernement, qui a permis de mener à bien la gravure de précision de composants micro-optiques en diamant monocristallin, entre autres.

À propos d'Element Six

Element Six est le principal fournisseur au monde de supermatériaux de haute qualité utilisés dans l'industrie manufacturière pour une vaste gamme d'applications. Element Six est pionnier dans le développement de diamants synthétiques et de nouveaux matériaux d'ingénierie utilisés dans le cadre d'applications industrielles en plein essor, dans l'industrie optique, mécanique, thermique, électronique, médicale, automobile et des télécommunications, entre autres. Avec un chiffres d'affaires de plus de 500 millions USD et près de 4 000 employés, Element Six compte des usines de production et de traitement en Chine, en Allemagne, en Irlande, en Suède, en Afrique du Sud, en Ukraine et au Royaume-Uni soutenues par un réseau de distribution mondial.

À propos de l'Institut de photonique

Établi en 1995, l'Institut de photonique (Institute of Photonics ou IoP) est une unité de recherche commerciale de l'Université de Strathclyde. Son objectif principal est de combler l'écart entre la recherche académique, les applications industrielles et le développement dans le domaine de la photonique. Les recherches de l'Institut se concentrent sur les matériaux et les dispositifs à semi-conducteur, la photonique appliquée, tous les lasers à solide, les micro-DEL et une vaste gamme d'applications touchant particulièrement la biophotonique. L'Institut de photonique est sis sur le campus de l'Université de Strathclyde, au centre de Glasgow. L'IoP mène des recherches sous contrat et en collaboration avec l'industrie. Il offre également des services de conseil. L'IoP compte un grand nombre d'étudiants inscrits en doctorat et en doctorat en ingénierie, et octroie des licences de technologies aux sociétés.

©2008 - PR Newswire - Touts droits réservés