Un système laser révolutionnaire
Les lasers actuels à haute puissance fournissent un petawatt (un million de milliards de watts) avec une impulsion par seconde. Cependant, pour les utiliser dans la physique des hautes énergies, il faut augmenter la fréquence des impulsions (le taux de répétition) ainsi que le rendement. Les scientifiques envisagent un fonctionnement à 10kHz, ce qui implique une puissance laser moyenne de 100kW. Les lasers à fibre optique conviennent bien pour un fonctionnement à moyenne puissance, mais les versions ultra rapides ne produisent que des impulsions de très faible puissance à cause de non-linéarités de l'optique. Des scientifiques ont donc lancé le projet ICAN («International coherent amplification network»), financé par l'UE, afin de tirer parti du rendement, de la contrôlabilité et de la puissance des lasers à fibres optiques pour réaliser des sources à haute puissance et à fréquence élevée. Le projet a organisé un ensemble d'ateliers et de conférences pour étudier la possibilité d'ajouter les impulsions de milliers de lasers à fibres optiques, tout en préservant la cohérence. Un tel système apporterait la puissance et le rendement nécessaires pour générer de manière économique un flux important de protons relativistes sur quelques millimètres. Un tel système laser nécessite des milliers de fibres optiques pour générer la puissance requise, chacune n'en transportant qu'une petite quantité. Il présente l'avantage d'utiliser des éléments bien testés dans le domaine des télécommunications. En outre, le pompage des diodes laser aboutit à un excellent rendement. Pour étudier plus avant ce concept, les scientifiques se sont intéressés à divers aspects, allant des limitations fondamentales de la physique à la fabrication du laser. Ils ont notamment examiné le rendement des systèmes lasers combinés ultra rapides, ainsi que leurs limites de puissance, crête et moyenne. Ils ont aussi étudié la recombinaison spatiale et temporelle d'un grand nombre d'amplificateurs à fibre optique, ainsi que la qualité spatiale et temporelle du faisceau. Ils ont cherché à réduire la durée des impulsions et à contrôler leur forme. Le projet s'est traduit par une feuille de route d'implémentation soulignant les obstacles techniques, les solutions proposées et les méthodes de fabrication, afin de renforcer la sensibilisation et les partenariats au niveau international. Le système d'ICAN pourrait aussi trouver d'importantes applications dans la transmutation nucléaire, les faisceaux gamma à niveau d'énergie donnée pour l'identification des isotopes, la pharmacologie nucléaire et la thérapie par protons.
Mots‑clés
Laser à fibre optique, accélérateur de particules, physique des hautes énergies, taux de répétition, puissance moyenne, diode laser, amplificateur
