UV-CHALLENGE — Nouveaux cristaux optiques non linéaires pour l'UV: saut des verrous pour des dispositifs Lasers solides fiables.

Le projet « UV-CHALLENGE » est un projet de 36 mois constitué par un consortium de trois partenaires académiques - Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris à l’Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris (LCMCP-ENSCP), Laboratoire de Matériaux Optique, Photonique et Système (LMOPS, Université de Lorraine) et Laboratoire Charles Fabry de l’Institut d’Optique (LCF à Palaiseau) - et trois partenaires industriels - EOLITE Systems à Bordeaux, CRISTAL LASER à Messein, FEE à Idar Oberstein (Allemagne) -, le partenaire industriel Allemand (FEE) ne sollicitant aucun financement de l'ANR dans ce projet. Le principal objet de ce projet est de démontrer les capacités de nouveaux cristaux non linéaires pour la génération de radiation UV par conversion de fréquences laser initialement situées dans le proche infrarouge. La mise au point de lasers solides émettant dans l’UV est fortement dépendante de la qualité et des caractéristiques de cristaux non linéaires. A ce jour un certain nombre de matériaux ont été développés et utilisés. Cependant, très peu de ces matériaux permettent d’opérer une conversion de fréquence en dessous de 270 nm. Le champ d’investigation de ce type de matériaux non linéaires reste donc ouvert au vu des nombreuses applications nécessitant des sources laser fiables émettant dans l’UV. Ainsi, notre consortium à déjà identifié, dans un précédent projet ANR nommé « UV-Borates » (2006-2010), deux familles de matériaux non linéaires pour l’UV: YAl3(BO3)4 (YAB) et Ca5(BO3)3F (CBF), qui sont plus largement les chefs de file de deux familles de matériaux. Ces matériaux présentent de réelles potentialités qu’il serait intéressant d’amener à maturité pour concurrencer les cristaux commerciaux aujourd’hui utilisés dans les systèmes laser solides : LiB3O5 (LBO) pour la Génération de Troisième Harmonique (GTH à 343 – 355 nm) et ß-BaB2O4 (ß – BBO) ou CsLiB6O10 (CLBO) pour la Génération de Quatrième Harmonique (GQH à 237 – 266 nm). Ces cristaux commerciaux présentent de sérieuses limitations dues à leur hygroscopie et leurs durées de vie limitées se manifestant par un endommagement de surface dans les systèmes laser solides. Les cristaux de la famille du YAB et du CBF sont proposés dans le cadre de ce projet comme solution qui permettrait d’opérer une rupture technologique tout en menant des études visant à mieux comprendre et à résoudre les problèmes de vieillissement de cristaux existant comme le LBO ou le BBO UV-CHALLENGE est un projet multidisciplinaire où physico-chimistes des matériaux et physiciens de l’optique et des lasers, réunis au sein d’un même creuset, mettent en commun leurs compétences pour apporter des solutions à la conception de systèmes laser solides fiables émettant dans l’UV en vu d’applications. Ce projet fait intervenir de nombreux aspects réunissant la croissance cristalline, la mise en forme de cristaux, l’optique linéaire et non linéaire, la conversion de fréquence dans l’UV ainsi que le vieillissement des cristaux durant leur utilisation laser. Le premier objectif est d’optimiser les conditions de croissance cristalline des matériaux pour une nette amélioration de leur qualité cristalline afin de minimiser les dommages photochromiques et photo réfractifs sous flux laser. Le deuxième objectif est de déterminer de façon précise et fiable les propriétés optiques de ces nouveaux cristaux non linéaires. Enfin le dernier objectif est de mesurer les efficacités de conversion de fréquence dans l’UV de ces nouveaux cristaux tout en étudiant les phénomènes de vieillissement dans un cadre élargi aux cristaux commerciaux actuels comme le LBO.