Pompage laser : les LEDs contre-attaquent

En réalisant un laser à solide pompé par des diodes électroluminescentes (LED) de puissance, des physicien-ne-s viennent de montrer que les LED redeviennent une alternative intéressante pour le pompage des lasers à solide grâce à leur meilleure fiabilité et leur moindre coût.

Aujourd’hui, dans la majorité des lasers à solide, l’amplificateur de lumière se trouvant au coeur des lasers reçoit son énergie d’une série de diodes laser de puissance. Bien plus puissantes que les LED, les diodes laser avaient pris l’avantage dans les années 1980. Les progrès récents sur les LED pourraient toutefois changer la donne, notamment dans le pompage par de la lumière visible, car dans ce domaine spectral, les diodes laser restent beaucoup plus chères et fragiles que les LED, qui sont elles de moins en moins coûteuses et plus puissantes. Dans ce contexte, des physiciens du Laboratoire Charles Fabry - LCF (CNRS/Institut d’Optique Graduate School), en collaboration avec une entreprise (Effilux) ont réalisé une preuve de concept en réalisant le premier laser Nd:YVO4 pompé par LED à température ambiante. Ce travail est publié dans la revue Optics Letters. Cette démonstration de principe ouvre la voie des lasers pompés par LED dans le visible avec un coût potentiellement très faible.

La difficulté majeure de ce travail consiste à concentrer une très forte densité de puissance dans le cristal laser. Pour cela, les chercheurs ont tout d’abord choisi d’utiliser des LED de puissance en régime impulsionnel, obtenant ainsi une densité de puissance cinq fois supérieure à celle du régime continu. Ensuite, l’une des difficultés majeures est de concentrer l’ensemble de la lumière émise, bien plus dispersée que pour une diode laser. Compte tenu de la géométrie d’émission des LED, les chercheurs ont placé les 36 LED utilisées perpendiculairement à l’axe optique de la cavité laser et ainsi disposé d’une puissance lumineuse crêtée de 72 W. Une première estimation à l’aide d’un logiciel de tracé de rayon de la répartition de cette puissance dans le cristal de Nd:YVO4 leur a alors permis de valider la faisabilité d’un effet laser. Cette répartition de puissance a ensuite été optimisée à l’aide de calculs réalisés selon le même principe. Après optimisation, le laser mis au point fournit 40 μJ à 1064 nm pour une énergie de pompe de 7,4 mJ. Deux types de pompage ont été étudiés avec succès, vers 830 nm et dans le visible, vers 590 nm.

Pour en savoir plus :

Revisiting of LED pumped bulk laser : first demonstration of Nd:YVO4 LED
pumped laser, A. Barbet1, F. Balembois1, A. Paul2, J.-P. Blanchot2, A.-L. Viotti2,
J. Sabater2, F. Druon1, et P. Georges1 Optics Letters (2014)
• Retrouvez l’article sur la base d’archives ouvertes HAL

Contact chercheur :

Adrien Barbet, doctorant Institut Optique Graduate School au Laboratoire
Charles Fabry (LCF)

Article original :  http://www.cnrs.fr/inp/spip.php?article3379