61 % d’efficacité sur des guides d’onde céramiques imprimés en 3D, mais le laser de Livermore plafonne encore à quelques centaines de milliwatts

Des chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory publient des guides d’onde céramiques imprimés en 3D, affichant une efficacité de pente de 61 % pour des lasers à 1 030 nm. Le dispositif reste limité à quelques centaines de milliwatts, mais ouvre la voie à des lasers de puissance supérieure pour l’usinage et les systèmes de défense.

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Une architecture Yb:YGAG/YGAG imprimée en 3D par Ross Osborne

L’équipe dirigée par Ross Osborne au Lawrence Livermore National Laboratory décrit dans Optics Letters un guide d’onde dont le cœur est en grenat d’yttrium et d’aluminium dopé à l’ytterbium (Yb:YGAG) et la gaine en YGAG non dopé. La fabrication utilise une impression 3D céramique permettant des géométries canal de 100 × 60 µm sur 1,4 cm de longueur.

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Le système émet à 1 030 nm et est pompé par un laser titane à 940 nm. Les chercheurs insistent sur la résistance thermique supérieure de la céramique par rapport au verre ou au polymère, qualité cruciale pour les lasers de forte puissance.

Performances mesurées : 61 % d’efficacité et 12,4 % de pertes aller-retour

Le meilleur échantillon présente une efficacité de pente de 61 % et des pertes totales de 12,4 % sur un aller-retour. La diffusion dans la gaine reste sous 1,3 %/cm à 1,3 µm, un indicateur de bonne qualité optique.

Ces chiffres se traduisent par une extraction efficace de l’énergie optique à l’échelle du prototype, mais la puissance absolue reste faible : le dispositif fonctionne aujourd’hui à quelques centaines de milliwatts, loin de l’objectif du kilowatt.

Comparaison avec les travaux antérieurs : progrès nets par rapport à 2021

Un travail de 2021 sur des guides plans en ytterbium imprimés par jet d’encre n’avait atteint que 23,6 % d’efficacité de pente. Le saut à 61 % marque une amélioration notable des performances optiques et de l’architecture.

Malgré ce progrès, les auteurs notent la nécessité d’améliorer le procédé pour augmenter la longueur utile, réduire les pertes et valider la tenue à des charges thermiques bien supérieures à celles testées.

Applications ciblées : usinage, anti-drones et défense antimissile

Les usages visés incluent l’usinage laser de forte puissance et des applications de sécurité nationale, comme la lutte anti-drones et la défense antimissile. Ces domaines exigent des sources compactes, robustes et capables de tens d’octets de puissance.

Un guide céramique pourrait offrir un meilleur rendement thermique et une densité de puissance accrue par rapport aux fibres en verre, avantage déterminant pour des systèmes montés sur véhicules ou plateformes tactiques.

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Verrous restants avant l’échelle kilowatt

Les chercheurs reconnaissent ne pas avoir démontré l’augmentation de puissance envisagée et identifient deux verrous principaux : l’optimisation du procédé de fabrication et la stabilité optique sous charge thermique élevée. La tenue mécanique et l’interface pompe-guide nécessitent des améliorations.

Des tests de vieillissement thermique, des mesures de déformations thermo-optiques et des essais à plusieurs watts puis dizaines de watts sont indispensables pour valider l’aptitude à atteindre le kilowatt. Les auteurs préconisent des cycles de raffinement du procédé d’impression et un contrôle plus fin des défauts de surface.