fr.wedoany.com Rapport : Une équipe de recherche russe a développé un modèle informatique qui illustre le mécanisme de fonctionnement d’un laser à fibre multicœur et révèle comment obtenir un spectre plus étroit et plus stable. Les calculs montrent que lorsque les guides d’ondes lumineuses sont disposés de manière serrée et que la lumière circule librement entre eux, plusieurs raies spectrales fusionnent en une seule, dont la largeur est près de dix fois inférieure à celle observée lorsque les guides sont séparés.
Un laser à fibre est constitué de fines fibres de verre dotées d’un cœur dans lequel la lumière se propage. Ces dispositifs sont couramment utilisés pour la découpe et le soudage des métaux, les dispositifs médicaux et les systèmes de transmission de données. Pour augmenter la puissance, il est généralement nécessaire d’accroître la puissance de pompage et d’élargir le cœur, mais cette approche peut entraîner des effets indésirables tels que le filamentation du faisceau et l’autofocalisation, voire endommager la fibre.
La fibre multicœur, composée de plusieurs guides d’ondes lumineuses, permet d’obtenir une puissance plus élevée. Chaque cœur est équipé d’un réseau de Bragg qui réfléchit la lumière à une longueur d’onde spécifique et en renforce l’intensité. Cependant, en raison de légères différences entre les réseaux, ces guides d’ondes ne fonctionnent pas de manière cohérente, ce qui élargit et déstabilise le spectre, rendant la focalisation difficile.
Auparavant, des chercheurs de l’Institut d’automatisation et d’électrométrie de la branche sibérienne de l’Académie des sciences de Russie (Institute of Automation and Electrometry SB RAS) et de l’Université d’État de Novossibirsk (Novosibirsk State University) avaient découvert un effet de « collapse » spectral : lorsque les cœurs sont disposés de manière serrée, la lumière commence à se transférer entre eux, et plusieurs raies spectrales se transforment en une seule raie étroite. Cependant, il manquait un modèle pour expliquer et contrôler ce processus.
Dans cette nouvelle étude, les scientifiques ont construit un modèle prenant en compte l’inhomogénéité de la fibre, le bruit, les effets non linéaires et les paramètres des réseaux de Bragg. Les chercheurs ont comparé deux configurations : dans la première, l’espacement entre les guides d’ondes était de 28 micromètres, avec un couplage faible et aucune transmission de lumière entre les cœurs ; dans la seconde, l’espacement était réduit à 17 micromètres, renforçant le couplage.
Dans la première configuration, le modèle a révélé sept raies spectrales distinctes, avec une largeur spectrale totale comprise entre 0,3 et 0,7 nanomètre. Dans la seconde configuration, les raies ont fusionné en une seule, d’une largeur d’environ 0,07 nanomètre. Ces données concordent avec les résultats expérimentaux. Cet effet est dû au libre transfert de la lumière lorsque les cœurs sont disposés de manière serrée, ce qui permet à tous les guides d’ondes d’émettre à la même longueur d’onde ; plus il y a de cœurs et plus le couplage est fort, plus le spectre est étroit et stable.
Le responsable du projet, docteur en physique et mathématiques, académicien de l’Académie des sciences de Russie et directeur de l’Institut d’automatisation et d’électrométrie, Sergueï Babine (Sergey Babin), a souligné que ces lasers peuvent être utilisés pour l’usinage de précision des matériaux, les communications par fibre optique, la médecine et la spectroscopie. Selon Sergueï Babine, l’augmentation du nombre de cœurs à 19 permettrait d’obtenir des raies encore plus étroites. Il a indiqué que de nouveaux calculs et expériences sont prévus, ainsi que des discussions avec des partenaires industriels sur les applications. Cette recherche a été soutenue par la Fondation russe pour la science (Russian Science Foundation), et les résultats ont été publiés dans la revue High Power Laser Science & Engineering.
