Le premier objectif est de développer de nouvelles céramiques polycristallines transparentes dédiés aux sources infrarouges et aux amplificateurs à 1 μm et au-delà. Concernant le développement de nouvelles céramiques polycristallines transparentes, l’accent est mis sur l’étude des différentes étapes du procédé de fabrication (synthèse des poudres, mise en forme et frittage) de nouvelles compositions, essentiellement la famille des grenats A3B5O12 (A = Y, Gd, Lu, etc. et B = Al, Sc, Ga, etc.) et des sesquioxydes dopés avec des métaux de transition ou des ions de terres rares (TR), et sur l’utilisation de nouveaux procédés de mise en forme (par exemple la fabrication additive 3D) pour la fabrication d’architectures complexes et/ou optimisées. En particulier, les matrices céramiques à haute résistance aux chocs thermiques et à bonne efficacité laser comme TR:Lu2O3, TR:YAG présentent un grand intérêt pour les lasers à haute puissance/énergie de crête (classe 10-100 mJ) dans l’opération IR moyen (ions luminescents appropriés : Tm, Ho, Er).

Le deuxième objectif de ce défi se focalise sur l’élaboration de nouvelles compositions vitreuses et vitrocéramiques d’oxydes et d’oxyfluorures de métaux lourds (matériaux tellurites – à base de TeO2). Cette famille de matériaux présente en effet des propriétés optiques non linéaires remarquables (applications tournées principalement vers les conversions de fréquence). En outre, la fabrication de nouvelles céramiques transparentes tellurites par cristallisation congruente et totale à partir du verre parent, et de nouvelles céramiques transparentes tellurates (structures dérivant de TeO3), correspond à des activités émergentes au sein de ce flagship. Enfin, les aspects de recherche plus fondamentale, combinant expérience et simulation à l’échelle atomique, sont abordés et se concentrent en particulier sur l’analyse fine de la structure des verres d’oxydes de métaux lourds, afin de mieux comprendre et maîtriser les propriétés optiques particulières de ces matériaux.

Le contrôle simultané des matériaux photoniques et des guides devrait faire émerger les futures percées technologiques (amplification de puissance, génération de longueur d’onde infrarouge mono-/polychromatique, fonctionnalisation des fibres optiques). La demande de sources laser à fibre de puissance supérieure fonctionnant dans le domaine des multi-kW et l’utilisation de procédés verts à haut rendement constituent des défis énormes pour l’industrie 4.0 (pour l’usinage ou la fabrication additive, la médecine, la détection de polluants ou de matériaux dangereux).

Dans le même temps, la diversification des longueurs d’onde d’émission reste un problème majeur, notamment vers l’UVX ou l’infrarouge moyen. Dans ce contexte, la réalisation de fibres à noyau céramique/vitrocéramique est donc une voie prometteuse.

Les fibres optiques en verres d’oxydes de métaux lourds (par exemple les tellurites) ont déjà été produites par des procédés en poudre et peuvent également constituer de très bonnes bases pour de tels objectifs. Enfin, l’utilisation de revêtements vitreux ou céramiques spécifiques en surface ou au sein de fibres micro-structurées conduit à l’exaltation de certaines propriétés (renforcement de la résistance mécanique, amélioration des propriétés de guidage…).