Lasers à solides pour le domaine UV-visible

De plus en plus de revues et de conférences scientifiques ont émergé vers la fin des années 1990 et le début des années 2000, et de plus en plus d’articles sont consacrés chaque année à la découverte, au développement et aux applications de nouveaux systèmes laser. Parmi ceux-là, les lasers fonctionnant à partir de matériaux solides, qu’il s’agisse de matériaux diélectriques ou semi-conducteurs, de cristaux, verres ou céramiques transparentes se présentant sous la forme de blocs massifs, de couches minces plus ou moins épaisses ou de fibres plus ou moins grosses prennent de plus en plus d’importance. De fait, la plupart des conférences consacrées aujourd’hui aux sources laser et à leurs applications ne traitent quasi-exclusivement que de systèmes fonctionnant à partir de matériaux solides. Grâce à cet engouement et aux innovations qu’elles permettent d’envisager, les sources laser à solides ont ainsi envahi notre quotidien, parfois subrepticement, et dans tous les domaines.

Cela étant, on constate que certains types de sources fonctionnant dans des domaines de longueurs d’onde bien particuliers ont pris plus d’avance que dans d’autres, d’abord en raison des applications auxquelles elles conduisent mais aussi, très souvent, pour des raisons purement technologiques. C’est le cas par exemple des sources laser à solides fonctionnant dans le moyen infrarouge autour de 1,54 μm. En effet, ce domaine de longueur d’onde est celui qui a été choisi pour la transmission des informations par fibres optiques, d’abord parce qu’il correspondait à un minimum d’atténuation des fibres de silice utilisées pour cette application, mais aussi parce qu’il s’agissait d’un domaine dit à sécurité oculaire et qu’il permettait d’utiliser ce type de laser en espace libre. C’est le cas également des sources laser fonctionnant dans le proche infrarouge autour de 0,8 et 1,05 μm. Ces sources laser sont aujourd’hui à un tel degré de développement qu’elles permettent d’envisager d’ores et déjà, de par les énergies et les puissances crêtes qu’elles délivrent ou qu’elles délivreront bientôt, la construction d’accélérateurs de poche pour une thérapie plus sélective et une imagerie plus précise des tumeurs cancéreuses, voire même la fusion nucléaire ou le guidage de la foudre.

À l’inverse, les lasers à solides dans le domaine UV-visible (en particulier en dessous de 650 nm), bien que porteurs de nombreuses applications potentielles ou déjà en cours de développement, en sont encore à leurs balbutiements parce que les matériaux qui les constituent sont souvent à leurs limites d’utilisation ou n’ont pas encore été découverts.

Le présent article est plus particulièrement consacré aux sources laser à solides émettant dans le domaine UV-visible, aux possibilités déjà offertes comme à leurs limitations. Pour cela, la présentation sera faite en quatre temps. Une première partie sera d’abord consacrée à une description rapide des différents types de sources laser émettant dans l’UV et le visible et aux problématiques qui leur sont associées. On fera ensuite un état des lieux des sources laser à solides pour lesquels le matériau laser proprement dit émet directement dans le domaine UV-visible. Il sera question des diodes laser à semi-conducteurs dits à « grand gap », des lasers à ions de terres rares émettant un rayonnement accordable dans le proche UV et des lasers à ions de terres rares émettant à des longueurs d’onde fixes du bleu au rouge profond. La partie suivante regroupera toutes les sources laser UV-visible résultant d’une conversion de fréquence à l’aide de cristaux non linéaires. Il sera d’abord question des lasers à ions de terres rares les plus importants lorsqu’ils sont associés à des cristaux doubleurs, tripleurs, quadrupleurs, voire quintupleurs de fréquence, et au décalage Raman de certains d’entre eux. Il sera également question de lasers accordables à ions de transition et de lasers à semi-conducteurs pompés électriquement ou optiquement et doublés intracavité. On traitera enfin le cas des oscillateurs paramétriques optiques. La quatrième et dernière partie sera une introduction aux systèmes laser associés à des fibres dites à « gap photonique » pour la production de supercontinuum de lumière blanche.