Un condensé de puissance lumineuse

Rayonnement stimulé

L'explication du principe de fonctionnement du laser est contenue dans son nom, l'acronyme de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement). Autrement dit, la lumière est amplifiée et concentrée dans le laser par un apport d'énergie et des astuces optiques. C'est ainsi qu'est généré ce faisceau, petit mais puissant, capable de lire des CD et des codes à barres, de traiter des ulcères cancéreux ou de souder du métal. Les astuces optiques nécessitent, entre autres, des prismes, des filtres et des miroirs pour fractionner le faisceau, le concentrer sur des longueurs d'ondes définies et l'amplifier en le faisant aller et venir de nombreuses fois entre deux miroirs. Tandis que le faisceau constant d'un pointeur laser, par exemple, est relativement faible, la manipulation des fréquences et le retardement du trajet lumineux permettent de comprimer fortement l'énergie en petits paquets dans les lasers à impulsions.

Difficile de faire plus petit

Dans la recherche, on utilise déjà des lasers à impulsions de l'ordre de l'attoseconde (0,000 000 000 000 000 001 seconde = 10-18 sec). Leurs impulsions ultra-brèves permettent même d’observer les phénomènes dynamiques extrêmement rapides qui ont lieu au coeur des atomes. Pour un emploi industriel ou médical, ces impulsions ne doivent pas durer plus qu'une infime fraction de seconde. Une femtoseconde (10-15 sec) correspond à un billiardième de seconde. Pendant cette fraction de seconde, la lumière parcourt 0,3 micromètres, soit une distance environ deux cents fois inférieure à l'épaisseur d'un cheveu humain. Les lasers femtoseconde sont actuellement à la pointe de la technologie et sont employés dans de nombreux secteurs. Ils sont notamment mis à contribution dans la microscopie multiphotonique, la microchirurgie, le traitement des structures les plus fines impliquées, par exemple, dans la technique médicale, l'analyse chimique ou le micro-marquage infalsifiable.
Le laser femtoseconde peut générer jusqu'à cent millions d'impulsions laser par seconde. À l'emplacement visé par ces impulsions, la matière n'a pas le temps de fondre, elle passe directement à l'état gazeux et peut être ainsi tout simplement aspirée. Cela permet d'enlever les couches les plus fines sur quelques millionièmes de millimètre (nanomètres) avec une grande précision sans produire de bavures de résidus fondus ni pratiquement chauffer le matériau avoisinant. Les propriétés du matériau, son homogénéité, sa capacité d'absorption, sa température d'évaporation ou sa dureté, ne jouent quasiment aucun rôle ; avec le laser, on peut faire feu sur presque tout.

Variantes d'entraînement

Ce traitement « à froid » ne produit aucun résidu et n'altère pas la qualité de l'objet. Pour obtenir les résultats souhaités, il suffit de choisir correctement la durée d'impulsion, l'énergie d'impulsion, la fréquence d'horloge et la focalisation. C'est ici que les actionneurs d'ISP System entrent en jeu. En effet, c'est eux qui, à l'intérieur du laser, mettent en mouvement les prismes, filtres et miroirs qui confèrent à l'impulsion lumineuse la qualité définie avec précision. Trois types d'entraînements peuvent être mis en oeuvre : électromagnétiques, piézoélectriques ou mécaniques. « Si les deux premiers types d'entraînements peuvent faire valoir leurs atouts particuliers dans certains domaines d'exploitation, notamment dans la recherche, les actionneurs à entraînement mécanique présentent toutefois divers avantages nettement plus intéressants dans le contexte industriel », explique Sébastien Theis d'ISP System, qui souligne cependant : « pourvu que les dispositifs soient d'une qualité adéquate et les moteurs utilisés de premier choix. En effet, ces derniers doivent travailler avec une très grande précision sans que leur commande ne soit trop complexe. »