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Les lasers à femtoseconde permettent, depuis les années 90, le traitement des matériaux à nano- et microéchelle avec une grande précision, mais leur production est lente et coûteuse. Enquêteurs Groupe de l’optique (GROC) de l’Université Jaume I de Castelló ont développé une nouvelle technique de traitement en parallèle qui permet de multiplier pour cent la capacité de production de ces lasers, en améliorant les performances, en réduisant le temps et les coûts de fabrication et en optimisant l’utilisation de l’énergie du laser. L’importance de l’avancement a conduit à la couverture de Optics & Photonics News, le magazine de référence de vulgarisation dans son domaine édité par l’Optical Society of America.

La technologie laser permet de traiter les matériaux, c’est-à-dire de modifier localement leurs propriétés avec précision micrométrique (un centième de la taille d’un cheveu) ou même nanométrique. C’est le cas, par exemple, des micropuces ou des estents qui sont implantés dans le système sanguin et qui sont fabriqués à l’aide de la technologie laser, en raison des exigences de précision exigeantes pour qu’ils fonctionnent correctement. Jesús Lancis, directeur du Groupe d’Optica GROC, souligne que l’avancement réalisé améliorera considérablement les performances de cette technologie en permettant le traitement simultané du matériel dans plusieurs endroits et, en outre, sans perte de précision. Ces deux faits sont essentiels pour augmenter le taux de production de la technologie laser, réduisant ainsi les coûts de fabrication et permettant leur introduction progressive dans divers secteurs utilisant jusqu'à présent des mécanismes de production plus traditionnels.

La technique de traitement en parallèle développée par l’UJI permet de diviser le faisceau en une série de faisceau multiples à travers ce qu’on appelle un " « » modulaire à dispersion compensée < " < l> " , ayant démontré son efficacité pour produire simultanément 52 trous aveugles de moins de 5 microns de diamètre sur un échantillon d’acier inoxydable. Cette recherche montre que, sans perdre de qualité, nous pouvons augmenter la vitesse de fabrication par un facteur de 52, voire de 100, avec le changement de paramètres du système <'i>', explique la chercheuse de GROC Gladys Minguez-Vega.

Le programme Horizon 2020, qui reprend les principaux défis auxquels la science doit faire face en Europe dans les années à venir, souligne le rôle clé que la technologie laser doit jouer dans l’amélioration de certains processus de production industrielle, en particulier dans ceux où la qualité et la finition de la pièce sont essentielles. Le traitement des matériaux avec lumière permet un degré élevé d’automatisation et de flexibilité dans les processus industriels, ainsi que la fabrication de composants et de produits d’une qualité exceptionnelle et d’une manière beaucoup plus durable par rapport à d’autres technologies de traitement. La technologie laser est une technologie propre en ce sens qu’elle minimise le nombre de déchets dans les procédés de fabrication, mais pas seulement dans les procédés industriels: la photonique fait également des progrès dans de nombreux domaines tels que la santé, l’éclairage et la durabilité. « On dit que la photonique permettra de modifier notre mode de vie au XXIe siècle, comme l’a fait l’électronique au XXe siècle » , note Lancis, en soulignant les potentialités de cette science.

Une technologie avec d’innombrables possibilités

La technologie laser s’est développée dans les années 80 du siècle dernier, mais à ses origines il s’agissait de lasers à ondes continues qui ne permettaient pas de travailler avec des matériaux à microéchelle ni d’atteindre un niveau élevé de qualité. C’est à partir des années 90 que le laser à pulsation de femtoseconde est apparu, un laser qui fonctionne avec des impulsions programmées dans des espaces extrêmement courts, permettant d’accumuler la lumière de sorte que la charge énergétique qui se déclenche à la libération du faisceau est beaucoup plus puissante. Cette technologie a permis d’obtenir une plus grande précision et une meilleure qualité, comme l’explique Mínguez-Vega: « Ce sont les lasers qui sont utilisés, par exemple, dans certaines opérations chirurgicales pour obtenir des coupures moins invasives, plus localisées et précises, ou pour le développement de microdactylisés dans tous les types de matériaux, y compris les biodégradables. En tant que temps d’exposition aussi courts et avec une charge énergétique si élevée, les lasers à femto-secondes empêchent également la chaleur de s’étendre au-delà du point auquel elle se dirige, ce qui permet même de les utiliser pour couper des explosifs.

Le fait que l’énergie soit si concentrée provoque qu’il faut même l’atténuer. Si vous la dépensez tout, vous déposez tellement d’énergie que vous finiriez par causer des dommages au matériel. Pour éviter cela, on utilise des filtres qui éliminent la lumière jusqu'à ce qu’elle soit réduite à l’énergie appropriée. La matrice développée par l’UJI permet de diviser le faisceau, en multipliant les points de lumière tout en réduisant l’énergie de chacun d’eux. Aujourd'hui, pour microdactyliser une pièce avec un laser de femtoseconde, le laser ou le matériau doit être déplacé pour le scanner, de sorte que la production doit être réalisée point à point. La matrice développée sur le campus castellonense divise les fisc en maintenant leur efficacité, ce qui permet de micromécaniser à la fois des dizaines de pièces différentes, en multipliant jusqu'à 100% la vitesse du système avec la réduction des coûts qui en résulte.

Le magazine édité par l’Optical Society of America, la société d’optique la plus importante à l’échelle internationale, consacre dans son numéro de mai l’image de couverture au système optique développé dans l’UJI pour les lasers de femtoseconde. Grâce à un reportage complet sur les derniers développements dans les lasers à ultra-rapide, il rend compte des progrès réalisés par le Groupe d’optique GROC de l’UJI, publiés précédemment dans la revue scientifique. Optics Express.

Références biblographiques

- S. Torres-Peiró, J. González-Ausejo, O. Mendoza-Yero, G. Mínguez-Vega, P. Andrés, and J. Lancis (December 2013). "Parallel laser micromachining based on diffractive optical elements with dispersion compensated femtosecond pulses”. Optics Express, vol. 21, non. 26. 

-"Ultrafast and Ultrashort: Some Recent Advances in Pulsed Lasers." Optics & Photonics News. May 2014. 

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Service de communication | Universitat Jaume I

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