Réseaux de diffraction pour les lasers de haute intensité

Un réseau de diffraction est un composant optique obtenu en structurant périodiquement une interface séparant deux matériaux. Cette structuration entraîne une modulation de l’indice de réfraction suivant une ou deux directions du plan de l’interface. Cette modulation périodique de l’interface est à l’origine de la propriété optique la plus remarquable des réseaux de diffraction, que l’on peut résumer très simplement : un faisceau lumineux éclairant le réseau à une incidence donnée est diffracté en faisceaux secondaires réfléchis et/ou transmis suivant plusieurs angles précis. Chacun des faisceaux diffractés correspond à ce que l’on appelle un ordre de diffraction. Le nombre de faisceaux réfléchis et/ou transmis, ainsi que leurs angles associés, peuvent être prédits très simplement avec la loi des réseaux. Cette loi annonce les angles de diffraction en fonction de la période de la modulation, de l’angle d’incidence et de la longueur d’onde. Et c’est précisément cette dernière dépendance, celle de l’angle de diffraction en fonction de la longueur d’onde, qui est à l’origine des nombreuses applications des réseaux. Cette caractéristique entraîne en effet une dispersion des faisceaux diffractés. En particulier, un faisceau lumineux possédant un contenu spectral sera diffracté, pour chaque ordre de diffraction donné, avec des angles différents en fonction de la longueur d’onde. Il sera alors possible de mesurer l’intensité spectrale du faisceau. Cette propriété dispersive des réseaux de diffraction les amène à être couramment utilisés en spectroscopie pour des applications dans les domaines du spatial, des biosenseurs, ou des capteurs.

La période du réseau étant de l’ordre de la longueur d’onde, la fabrication de ces composants optiques requiert un contrôle sub-micrométrique de la gravure. Le premier réseau a été fabriqué au XVIII ^e  siècle et les techniques de fabrication n’ont depuis jamais cessé de progresser. Ces dernières ont notamment bénéficié dans les années 1960 de l’invention du laser. La mise en forme de faisceaux monochromatiques cohérents a en effet conduit au développement de la photolithographie. Cette technique interférométrique a permis un progrès considérable dans le contrôle de la période de gravure sur de grandes surfaces. Si l’avènement de la photolithographie par laser a marqué un tournant technologique pour les réseaux de diffraction, l’histoire montre que les réseaux de diffraction ont à leur tour révolutionné le domaine des lasers à partir des années 1980, plus précisément le domaine des lasers de haute intensité.

Ces lasers font appel à la technique d’amplification par dérive de fréquences, technique proposée en 1984 pour contourner le problème lié à l’endommagement des cristaux amplificateurs par...