Révolution de la précision : le minuscule laser Ti:saphir intégré sur puce

ParisDes chercheurs de l'université de Stanford ont mis au point une nouvelle version du laser Titane-saphir qui est plus petite et plus abordable. Ces lasers sont réputés pour leurs performances exceptionnelles et sont essentiels dans de nombreux domaines, mais leur grande taille et leur coût élevé en ont restreint l'utilisation. Ce nouveau laser à l'échelle d'une puce résout ces problèmes en étant plus compact, moins cher et plus efficient.

Les lasers traditionnels Ti:saphir présentent plusieurs inconvénients :

• Ils sont volumineux et occupent des pieds cubes d'espace.
• Ils sont onéreux, coûtant des centaines de milliers de dollars.
• Ils nécessitent d'autres lasers puissants coûtant environ 30 000 $ chacun pour fonctionner.

Stanford a mis au point un laser ultra-compact qui est bien plus petit et moins cher que tous les anciens lasers Ti:saphir. Ce nouveau laser est 10 000 fois plus petit et 1 000 fois moins coûteux. Jelena Vuckovic, l'auteur principal d'une étude parue dans Nature, indique qu'il s'agit d'une approche entièrement nouvelle. Les laboratoires pourraient placer des centaines de ces lasers économiques sur une seule puce.

Joshua Yang, doctorant et co-auteur, a expliqué pourquoi les lasers Ti:saphir sont essentiels. Ces lasers peuvent produire une large gamme de couleurs grâce à leur large bande passante de gain. Ils génèrent également des impulsions lumineuses extrêmement rapides, de l'ordre de la quadrillionième de seconde. Cependant, même les laboratoires les plus avancés n'en possèdent que quelques-uns en raison de leur coût élevé.

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Les chercheurs ont mis au point une méthode permettant de produire de nombreux lasers sur une seule plaquette. Des milliers de lasers Ti:sapphire peuvent être intégrés sur un petit disque, augmentant ainsi leur efficacité. Yang a souligné les avantages : une puce légère, portable, économique, efficace et facile à produire en grandes quantités. Cette avancée rend les lasers Ti:sapphire plus accessibles pour diverses applications.

Les chercheurs ont développé ce nouveau laser en commençant par une couche de titane-saphir sur une base de dioxyde de silicium, le tout sur un cristal de saphir. Ils ont rendu la couche de Ti:saphir très fine grâce à un processus de broyage, de gravure et de polissage. Ensuite, ils ont ajouté de petites rainures pour créer un guide d'ondes qui dirige et amplifie la lumière. Un minuscule chauffe-eau ajuste la couleur de la lumière, permettant de la faire varier de 700 à 1 000 nanomètres.

Le nouveau laser pourrait révolutionner plusieurs domaines. En physique quantique, il permet de créer des ordinateurs quantiques plus compacts. En neurosciences, des lasers miniatures peuvent être utilisés pour mieux contrôler les neurones grâce à des outils minuscules. En ophtalmologie, il peut améliorer la chirurgie laser et offrir des méthodes moins coûteuses pour surveiller la santé des yeux.

L'équipe travaille actuellement à améliorer leur petit laser Ti:saphir et à déterminer comment le produire en grandes quantités. Yang, qui obtiendra bientôt son doctorat grâce à cette recherche, souhaite commercialiser cette technologie. Ils prévoient d'intégrer des milliers de lasers sur une seule plaque de 4 pouces, ce qui réduira considérablement le coût par laser.