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Je ne saurais à ce sujet que conseiller la passionnante lecture du livre « Plastic Fantastic: How the Biggest Fraud in

Physics Shook the Scientific World », par E.S. Reich, qui relate par le menu cette histoire.

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Pour un tour d’horizons plus complet de tous les phénomènes limitants, voir par exemple le chapitre correspondant dans

notre livre [OUV 1] ou l’article de revue reproduit à la fin de ce mémoire [ACL 10].

Lasers based on ORganic materials). Ce projet a véritablement lancé notre équipe vers l’autonomie. Bien que

le titre du projet mentionne le pompage électrique (de façon un peu publicitaire, il faut l’avouer

), son cœur

était de proposer une nouvelle architecture laser en pompage optique. L’idée était d’adapter une architecture

bien connue de lasers à semi-conducteurs inorganiques, le VECSEL (Vertical External Cavity Surface-Emitting

Laser) aux matériaux organiques. Cette idée, apparemment simple, n’avait jamais été mise en œuvre : il faut

peut-être y voir là la faible représentation d’opticiens et/ou de laséristes dans la communauté de la physique

des semi-conducteurs organiques. Cette géometrie, que nous avons baptisée VECSOL (avec le O de organique),

permet de gagner considérablement par rapport aux architectures ultra-majoritaires du domaine que sont les

lasers planaires à rétroaction distribuée (DFB) sur trois points : la puissance, l’efficacité et la qualité de

faisceau.

Le VECSOL [ACL 15] a été développé dans le cadre de la thèse d’Hadi Rabbani-Haghighi (2008-2011), et ses

succès (en particulier un record d’efficacité optique-optique à plus de 60% et une très grande luminance) nous

ont orientés fortement et pour plusieurs années vers le développement de sources lasers organiques pompés

optiquement efficaces, éventuellement tournées vers les applications, au détriment de nos études sur les lasers

pompés électriquement. Ce choix a été motivé par les difficultés considérables (et qui nous semblent hors de

portée) à relever pour réaliser une diode laser organique d’une part, et par la conviction que les lasers

organiques pompés optiquement ont un potentiel encore inexploité.

Parmi les avantages du VECSOL, le fait de disposer d’une cavité externe n’est pas le moindre : cela permet

d’insérer dans la cavité différent type d’éléments comme un cristal non-linéaire, donnant ainsi accès à un laser

accordable dans l’UV [ACL 13], ou un filtre de Fabry-Pérot pour obtenir une version accordable sur une très

large plage de longueur d’onde [ACL 7]. Depuis peu, nous développons d’autres variantes comme la possibilité

d’utiliser un réseau de Bragg Volumique pour affiner spectralement notre laser (collaboration avec le CREOL

à Orlando, USA)[ACL 3], ou l’utilisation de diodes lasers très bon marché comme source de pompage afin

d’aller vers un système compact et ultra bas-coût [ACL 5]. Cette dernière étude a été menée à bien par

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C’est un défaut dont nous nous sommes assez rapidement débarrassés, mais il fut un temps ou faire mention du pompage

électrique nous semblait une condition sine qua non pour apparaitre « sexy » et plus facilement finançable…

Zhuang Zhao, recruté en tant que post-doc sur un financement ANR « émergence » (2012-2015) dont l’objectif

était de franchir un pas de plus vers les applications en réalisant un prototype bas-coût et largement

accordable, et en effectuant en parallèle une étude de marché pour tester la viabilité de la commercialisation

d’un tel système. C’est le projet « Vecspresso » sur lequel je reviendrais en détails dans la suite. Ces

développements sur le pompage par diode nous ont amené à franchir un pas de plus en envisageant le pompage

par LED. C’est une proposition assez ambitieuse car la luminance des LEDs, sources Lambertiennes par

essence, est plusieurs ordres de grandeur inférieure à celle des diodes lasers. Nous avons proposé et sommes en

train d’etudier la possibilité d’utiliser des concentrateurs luminescents, composants initiallement destinés au

domaine du solaire photovoltaique, pour augmenter la luminance des LED et ainsi pomper des lasers,

organiques ou non [ACL 1].

Un laser, c’est la combinaison d’une architecture, d’un système de pompage et d’un matériau. Si nos

démonstrations de VECSOL ont toutes été faites avec des molécules organiques « classiques » (DCM,

Rhodamine, pyrromethènes…), nous n’en avons pas pour autant négligé l’aspect matériaux, notamment grâce

aux compétences d’Alain Siove (DR CNRS) et Dominique Adès (IE) avec qui nous avons collaboré avant qu’ils

n’intègrent officiellement notre équipe en 2008 (ils sont maintenant tous deux à la retraite). Nous avons

ensuite eu la chance de pouvoir rencontrer Elena Ishow, physico-chimiste alors à l’ENS Cachan (maintenant

professeur à l’université de Nantes), qui développait des molécules fluorescentes dérivées de triphénylamines

capables de fluorescer sous forme de films purs, là où les molécules standard ont besoin d’être insérées dans

une matrice pour éviter le phénomène d’extinction de fluorescence (« quenching »). Cette collaboration avec

Eléna nous a amenés à monter un banc optique permettant de mesurer le gain de ces matériaux, et à les

utiliser comme milieu laser [ACL 17]. Ses molécules se sont par ailleurs révélées également très intéressantes

pour réaliser des OLEDs [ACL 14][ACL 8]. L’étude des matériaux utilisés dans nos lasers nous a également

amenés à réfléchir à des propriétés assez peu étudiées dans ces systèmes, notamment liées à la photophysique

et à la dégradation des molécules organiques sous illumination. C’est au cours de la thèse de Tatiana Leang

(2011-2014) et que nous avons étudié théoriquement et expérimentalement l’influence de l’élévation de

température sur les performances de nos lasers organiques [ACL 6], grâce à l’utilisation d’un banc d’imagerie

thermique qui n’est pas sans rappeler celui utilisé lors de mon premier post-doc. Nous avons également

entrepris d’améliorer notre compréhension de la polarisation de l’émission (en fluorescence et en laser)[ACL 9],

et des phénomènes de photodégradation (publications en préparation). Enfin, au-delà de la molecule

elle-même, le processus de fabrication peut être questionné : nous travaillons essentiellement en dépôt en phase

liquide par spin coating, mais nous avons aussi monté une collaboration avec le centre de microélectronique de

Provence à Gardanne pour réaliser des lasers organiques par impression jet d’encre [ACL 2], afin de pousser au

maximum la simplicité de fabrication qui est un des avantages majeurs des technologies organiques.

Aujourd’hui, notre équipe est stabilisée et comporte 3 permanents : Sébastien Chénais, moi-même et Oussama

Mhibik, recruté en tant qu’ingénieur de recherche en 2013 après un post-doc dans notre équipe. Nous avons en

moyenne un doctorant, et souvent un post-doc. Nos activités de photonique organique, initiées avec les

OLEDs, sont maintenant presque exclusivement centrées sur les lasers organiques, domaine où nous

commençons à acquérir un début de reconnaissance internationale (invitation à des conférences, papier de

revue invité…) et où nous avons eu la chance de bénéficier de nombreux financements (notamment 3 ANR).

Nos recherches actuelles et nos projets, majoritairement dans le même esprit, seront décrits plus en détails

dans la partie qui suit.