La découpe laser est une technique de fabrication numérique dite soustractive. Il s’agit de commander une grande quantité d’énergie générée par un laser puissance et concentrée sur une très faible surface afin de couper ou de graver un matériau.
Les lasers à impulsions ultra brèves – d’une durée d’impulsion inférieure à la picoseconde (10-12 s) jusqu’à quelques centaines de femtoseconde (10-15 s) – peuvent apporter des innovations significatives dans des secteurs variés de production industrielle.. L’interaction de la lumière avec la matière est très différente dans le cas de ces impulsions, comparée au cas des impulsions plus longues.
« Les lasers conventionnels ont des longueurs d’onde fixes. Nos travaux visent à combler les trous du spectre de longueurs d’onde. » Chercheur au sein du laboratoire XLIM (CNRS/Université de Limoges), Sébastien Février résume ainsi la finalité de ses travaux récompensés hier soir par le prix Jean Jerphagnon 2016. La récompense est attribuée chaque année à un ingénieur ou un chercheur pour ses travaux innovants dans l’optique-photonique.
En imagerie par laser stylo puissant pour la biologie et le médical, les courtes longueurs d’onde passent mal. Plus la longueur d’onde est haute, meilleurs sont les résultats. La longueur d’onde optimale pour produire des images de tissus biologiques vivants est autour de 1700 nm. Lors d’une expérience menée avec le Laboratoire d’optique et biosciences, cette nouvelle longueur d’onde a permis d’avoir « une visibilité meilleure sur un embryon de mouche drosophile en cours de développement ». D’autres applications sont envisageables en micro-usinage de semi-conducteurs organiques ou de polymères. La découpe de ces matériaux par des méthodes conventionnelles reste aujourd’hui difficile. Sébastien Février a bon espoir d’y parvenir en poursuivant ses travaux sur des lasers ayant une longueur d’onde autour de 2000 nm, mais « on ne l’a pas démontré jusqu’à maintenant ».
Cela fait partie des ambitions de la start-up Novae à qui la technologie sera transférée. Créée en 2013 par plusieurs chercheurs, dont Sébastien Février, l’entreprise a pour but d’industrialiser et de commercialiser des technologies de laser vert 200mw ayant des applications industrielles. Avec 10 000 euros de dotation et un accompagnement sous forme de conseils par le comité d’organisation du Prix Jean Jerphagnon, l’objectif sera maintenant de monter en puissance et en longueur d’onde vers le moyen infrarouge.
Un signal monochrome émis par un générateur rayon laser vert voit sa longueur d’onde changer lorsqu’il est fortement amplifié. Dans le cadre d’un contrat de recherche ANR (UBRIS2) qui arrive à terme fin mars 2017, Sébastien Février et son équipe ont exploité cette propriété pour obtenir des signaux de forte intensité à des longueurs d’onde non conventionnelles. Pour cela, ils ont développé une fibre optique qui joue le rôle d’amplificateur. Habituellement en verre pur, la leur a été « dopée » en y incorporant des ions erbium en très forte concentration qui permettent d’amplifier la lumière. L’Académie des Sciences de Russie, avec qui il travaille depuis 2004, a réalisé cette étape de synthèse chimique du verre.
Sa géométrie a également été adaptée. En effet, la puissance que l’on peut mettre dans une impulsion lumineuse dépend de la surface sur laquelle la lumière est répartie. « On a fait des fibres dont le diamètre est environ 25 fois la longueur d’onde du signal. Pour un rayonnement lumineux, c’est très gros ! », note-t-il. Le décalage de la longueur d’onde est ainsi obtenu à des niveaux de puissance qui n’ont pas été atteints jusqu’à maintenant : « On est autour de 100 kW. On vise des applications à 1 mW avec le même type d’amplificateur. » Mais le procédé ne fonctionne que si les impulsions laser sont brèves : « de l’ordre de 100 femtosecondes. »
La longueur d’onde du laser construit n’est cependant pas modulable à souhait. « Ça reste un laser monochrome, mais dont la longueur d’onde n’est pas conventionnelle. »