Là où aucune autre longueur d'onde n'est allée

Les propriétés d’absorption uniques des lasers 2 µm leur permettent de réaliser des incisions petites et précises.

Zone de dommage thermique minimale pour les applications médicales grâce à l’absorption dans l’eau

Idéals pour le traitement des matériaux tels que les polymères

Les récents développements dans le domaine des lasers 2 µm ont permis d’améliorer leur efficacité, leur maniabilité et leur stabilité

Les tissus biologiques, les polymères et bien d’autres matériaux disposent de propriétés d’absorption uniques pour les longueurs d’ondes autour de 2 µm, ce qui permet aux lasers situés dans ce spectre lumineux, tels que les lasers thulium (2080 nm) et holmium (2100 nm), de chauffer des zones de très petite taille en infligeant des dommages minimaux sur les surfaces environnantes. Ainsi, les lasers 2 µm sont parfaitement indiqués dans de nombreux domaines d'application, dont le traitement des matériaux et la chirurgie laser. Bien qu’ils existent depuis des dizaines d’années, les récents progrès ayant permis d'améliorer la conception des lasers 2 µm les ont rendus notablement plus accessibles, efficaces et stables. Les lasers UV et lasers 1 µm disposent de caractéristiques d’absorption différentes non adaptées à ce type de traitement des matériaux et aux applications médicales spécifiques.

Amélioration des lasers 2 µm : une petite taille mais une grande puissance

Les premiers lasers 2 µm étaient extrêmement encombrants, onéreux et disposaient de systèmes de refroidissement à l’azote liquide qui ne permettaient pas d’en populariser l’usage. Cependant, les progrès réalisés dans la technologie des lasers 2 µm permettent de diminuer leur coût et leur taille tout en améliorant leurs performances. Les lasers à diode 2 µm actuels peuvent atteindre une taille de 30 mm seulement, tandis que les lasers à fibre peuvent présenter des dimensions encore plus restreintes. Dans certains cas, les chercheurs développent des composants à partir de fibres optiques, ce qui peut permettre de diminuer considérablement les coûts. Les lasers 2 µm remplacent progressivement les autres sources lumineuses en raison de leur coût intéressant, leur facilité d’utilisation et la variété des modes de transmission de l'énergie, par exemple une émission pulsée ou en régime continu.

Traitement des matériaux

Les lasers d’une longueur d’onde de sortie comprise entre 1 et 1,5 µm ont été utilisés durant des années pour le traitement des matériaux. Cependant, les lasers 2 µm présentent de nombreux avantages, dont la capacité d’effectuer des coupes précises avec des effets thermiques minimaux. De nombreux polymères tels que les matières plastiques affichent des propriétés de transmission élevées pour des longueurs d’onde autour d'un micron, car les lasers 1 µm traversent les matériaux au lieu d’être absorbés. Le recours à des additifs dans le polymère permet d’augmenter les propriétés d’absorption à 1 µm, mais rend le processus de fabrication plus complexe. Par ailleurs, de nombreuses matières plastiques présentent une forte absorption autour de 10 µm, ce qui permet certes de chauffer efficacement la surface, mais pas de manière localisée, alors que c'est nécessaire pour les opérations de précision.

Heureusement, de nombreux matériaux de ce type absorbent mieux les longueurs d’onde autour 2 µm. Ainsi, une radiation à 2 µm pénètre les matériaux plastiques à une distance optimale, et peut être finement ajustée pour garantir une chauffe localisée du matériau et réaliser des découpes et soudures mesurant entre 0,1 et 0,5 mm (schéma 1). Les lasers 2 µm dédiés à la soudure de polymères sont principalement utilisés pour l’assemblage de matériel médical tel que les implants, les dispositifs microfluidiques, le tubage et les cathéters.

Figure 1 : Soudure linéaire de matières plastiques à l’aide d'un laser 2 µm

Lasers médicaux

Grâce à leurs importantes propriétés d’absorption des radiations de 2 µm par les molécules d’eau, l'un des composants principaux du tissu humain, les lasers 2 µm sont parfaitement adaptés pour les opérations chirurgicales de grande précision. Ces caractéristiques d’absorption élevées sont dues aux vibrations en torsion et en flexion des liaisons O-H dans les molécules d’eau, dont la fréquence de vibration correspond à une radiation de 2 µm. La figure 2 représente le spectre d’absorption de l’eau ainsi que la profondeur de pénétration dans les tissus selon différents types de lasers usuels. On remarque un pic d'absorption élevé et une profondeur de pénétration sur une zone de faible taille et à précision optimale à 2 µm, en opposition au pic survenant à 3 µm n’offrant pas une profondeur de pénétration suffisante pour une application chirurgicale.

L’absorption élevée des lasers 2 µm rend l’ablation ou le prélèvement de tissus possibles avec une zone de dommage extrêmement réduite d’environ 0,5 mm. De plus, la coagulation, c’est-à-dire le processus de transformation du sang d'un état liquide à semi-liquide permettant la formation de caillots sanguins, se forme lors de l'exposition à des radiations de 2 µm. Cela permet d’éviter les saignements pendant les procédures chirurgicales et de rendre les opérations plus propres, plus aisées et plus efficaces.

Figure 2: Absorption dans l’eau et pénétration dans les tissus selon différentes longueurs d’onde

Les optiques lasers de 2 µm d’Edmund Optics^®

Expanseurs de faisceau DA à bande large et fixe
Les expanseurs de faisceau DA (divergence ajustable) à bande large et fixes TECHSPEC^® compacts sont indiqués pour des applications complexes faisant appel à des lasers de 2 µm et à des sources lasers réglables. Le barillet fileté leur permet de compenser toute divergence du faisceau entrant tout en maintenant une erreur de front d’onde transmis à λ/10 et une transmission élevée entre 1900 et 2100 nm. Ils sont disponibles avec un substrat de silice fondue 7979 ou 7980.
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Les expanseurs de faisceau monolithiques réfléchissants (Mark I) à bande large et achromatiques TECHSPEC^® comprennent différents éléments pour une intégration facile, dont des plans réfléchissants ainsi que des trous filetés et traversants, et permettent d'aligner, de monter, et d’intégrer ces expanseurs plus facilement dans tout appareil laser. La forme monolithique garantit d’excellentes performances et une bonne stabilité même en cas de variations de températures. En Savoir Plus
Fenêtres en silice fondue λ/10
Les fenêtres en silice fondue λ/10 UV TECHSPEC^® limitent la distorsion du front d’onde transmis à moins de λ/10 tout en offrant un parallélisme et une qualité de surface prévues pour des applications laser. Des versions pour 2 µm disposant d’un traitement antireflets (AR) sont également disponibles pour réduire au minimum la réflectivité lors de l’utilisation de lasers 2 µm. Elles se distinguent par leurs excellentes propriétés thermales, leur valeur de transmission élevée et leur tolérance de fabrication strictement contrôlée.
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Objectifs ReflX™
Les objectifs réfléchissants ReflX™ disposent d'une bande spectrale large en restant proche de la limite de diffraction, ce qui permet d’obtenir une qualité d'image supérieure. Grâce à l’utilisation de miroirs réfléchissants plutôt que d'optiques transmissibles, ces objectifs ne sont soumis ni à l’absorption par les matériaux, ni aux aberrations chromatiques propres aux objectifs de microscope standards. Différents types de traitements sont disponibles pour des applications de 2 µm.
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Objectifs ReflX^™ haute performance
Les objectifs ReflX^™ haute performance de TECHSPEC^® présentent la même bande spectrale ultra large que nos objectifs ReflX™ standards, avec une erreur de front d'onde transmis de λ/4 P-V (peak to valley) et une conception mécanique améliorée permettant leur utilisation avec des angles d'incidence de 45 degrés maximum. Différents traitements sont disponibles pour des applications de 2 µm.
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Miroirs raie laser 2 µm TECHSPEC^®
Les miroirs raie laser 2 µm TECHSPEC^® sont tout indiqués pour les lasers dopés au thulium (1940 nm) et à l’holmium (2100 nm) dans le domaine médical, industriel, et métrologique. À 2 µm, leur réflectivité est supérieure à 99 % et leur seuil de dommage est garanti à plus de 10 J/cm^².
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FAQ's

Les lasers 2 µm n’étant pas une invention récente, pourquoi sont-ils en vogue dans l’industrie optique ?

Le recours accru aux lasers 2 µm ces derniers temps s’explique par l’amélioration de leurs performances et la diminution de leur taille et de leur prix.

Faut-il plutôt utiliser un laser 2 µm à émission continue ou bien un faisceau pulsé pour le traitement des matériaux ?

Les lasers 2 µm à émission continue (CW) créent des zones de chauffe sur la partie supérieure et inférieure des matériaux pendant le traitement, rendant ainsi l’opération moins précise. D'un autre côté, les lasers 2 µm à faisceau pulsé permettent de réduire ces zones affectées thermiquement et ainsi de minimiser les dommages sur les surfaces, et de travailler avec une meilleure précision.

Pourquoi les lasers 1 µm ne sont-ils pas aussi efficaces que les lasers 2 µm dans le domaine médical ?

La radiation des lasers 1 µm présente des propriétés d’absorption moins importantes que celle des lasers 2 µm et pénètre plus profondément dans les tissus, ce qui augmente de manière inutile la taille des zones de dommages et la quantité de tissus morts. La chirurgie nécessitant une grande précision, la profondeur des incisions doit être strictement contrôlée afin de réduire l'endommagement des tissus sous-cutanés. Les lasers 2 µm garantissent cette précision et sont à privilégier pour les applications chirurgicales.

Quels sont les matériaux optiques compatibles avec les lasers 2 µm ?

Les matériaux les plus utilisés dans la région spectrale autour de 2 µm sont la silice fondue, le séléniure de zinc, le fluorure de calcium (CaF²), le germanium et le saphir. Retrouvez de plus amples informations sur les matériaux optiques compatibles et leurs propriétés dans notre note d’application relative aux caractéristiques des lasers 2 µm.

Ressources Techniques

Notes d'Application

Notes d'Applications

Informations techniques et exemples d’applications comprenant des explications théoriques, des équations, des illustrations graphiques, etc.

Characteristics of 2µm Lasers
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UV vs. IR Grade Fused Silica
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Lasers 2µm

Novembre 2018 | Consultez toutes les Tendances en Optique