Université de Franche-Comté

Nouvelle source infrarouge, large spectre d’applications

Produite grâce à des cascades de fibres optiques, une nouvelle source de lumière infrarouge vient d’être mise au point dans une recherche partenariale impliquant scientifiques et industriels. Sur le point d’être commercialisée, cette source ouvre des perspectives inédites pour l’analyse biologique et chimique à l’échelle moléculaire.

Simulation numérique de l’évolution du spectre de la source laser couvrant la gamme de longueur d’onde de 2 à 10 µm dans l’infrarouge moyen. © Thibaut Sylvestre, Institut Femto-ST/CNRS

Un supercontinuum est une source lumineuse créée à partir d’impul­sions laser très courtes et très puissantes dans un matériau non li­néaire. Le plus souvent généré dans des fibres optiques, ce phénomène lumineux couvre une part impor­tante du spectre électromagnétique, offrant de formidables possibili­tés dans de nombreux domaines. Cependant les bandes passantes actuellement créées par un super­continuum ne peuvent dépasser la barre des 2 μm de longueur d’onde : c’est la limite imposée par le verre de silice constituant la fibre optique dans laquelle se propage la lumière. Or la détection de nombreuses espèces chimiques et biologiques n’est possible qu’au-delà de 2 μm, dans l’infrarouge moyen.

C’est à cette portion du spectre électromagnétique que s’est atta­quée une équipe de scientifiques pour répondre aux besoins de l’industrie, notamment biomédi­cale, avec la création d’une nouvelle source supercontinuum couvrant l’infrarouge moyen entre 2 et 10 μm. Directeur de recherche au CNRS, Thibaut Sylvestre est, pour la partie académique, porteur d’un projet européen à l’origine de cette expé­rience sans précédent.

Fibres optiques en cascade

« Le résultat est rendu possible par l’exploitation de fibres optiques composées de matériaux différents, explique le chercheur. Le laser traverse un assemblage successif de fibres en verres de silice, de fluorure et de chalcogénure dont les propriétés s’additionnent, permet­tant ainsi de couvrir un spectre de 2 à 10 μm de longueur d’onde et d’ouvrir de larges bandes passantes dans l’infrarouge. Seul le rayonne­ment Synchroton offre une bande passante plus large ».

Les verres ont été mis au point par les chimistes de l’Institut des sciences chimiques de Rennes (ISCR), les entreprises SelenOptics et Le Verre Fluoré1, qui sont des spécialistes de ces matériaux et ont cherché à élaborer les compositions idéales pour atteindre l’objectif. L’agencement du dispositif a néces­sité de faire appel à différentes technologies pour rendre les fibres compatibles entre elles et contrô­ler la propagation de la lumière en leur coeur. « Un modèle numérique simule la propagation des impulsions laser à travers la série de fibres et ces résultats sont utilisés pour optimi­ser les processus physiques sous-jacents », explique Thibaut Sylvestre.

Le système mis au point est compact, robuste et facile à transporter pour pouvoir répondre aux besoins sur le terrain. La détection d’espèces chimiques et biologiques à une échelle aussi fine que la molécule trouve des applications princi­palement en spectroscopie et en imagerie, dans le domaine médical, l’environnement ou encore l’agroalimentaire. La production et la commercialisation de la source infrarouge sont en bonne voie chez les industriels partenaires de ce pro­jet européen, projet dont la clôture est prévue fin 2020 après 5 années de recherches.

1 Membres académiques du consortium: Institut FEMTO-ST (France) ; Université de Rennes 1 (France) ; Université McGill (Canada) ; membres industriels : SelenOptics (France) ; LEUKOS (France) ; Le Verre Fluoré (France).
Contact(s) :
Département d’optique
Institut FEMTO-ST
UFC / ENSMM / UTBM / CNRS
Thibaut Sylvestre
Tél. : +33 (0)6 76 35 31 56
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