ETUDE DU COMPORTEMENT DE LA CAVITE LINEAIRE

Dans ce chapitre, nous présentons les différentes étapes qui ont pennis d’aboutir à la réalisation d’un laser à colorant produisant des impulsions inférieures à 80 fs. Rappelons que le but rmal était de mettre au point une source d’impulsions femtosecondes commercialisable à un prix relativement faible comparé aux systèmes existants sur le marché (système de pompage synchrone). Pour diminuer les coûts, la cavité du laser femtoseconde a été réalisée à partir d’un laser à colorant commercialisé par la Société COHERENT (U.S.A.) : modèle 702 [figure 25]. La cavité linéaire comporte deux jets de colorants ( un milieu amplificateur et un absorbant saturable) et un repli afin d’égaliser les longueurs des cavités du laser de pompe et du laser à colorant (paramètre important dans le cas du verrouillage de modes actif). Toutes les montures des éléments de la cavité (miroirs, jets) sont assemblées sur un barreau d’Invar de 50,8 mm de diamètre assurant à l’ensemble une excellente rigidité mécanique. Ce principe permet également de rendre le laser facilement transportable ce qui est essentiel dans le cas d’un produit commercialisé. Nous conserverons donc cette structure et adapterons sur le barreau les différentes modifications nécessaires. Des cavités linéaires, semblables à celles du modèle 702, ont déjà été étudiées en verrouillage de modes passif et ont permis, grâce à une sélection empirique des miroirs formant le résonateur, de produire des impulsions subpicosecondes [42-43]. Une première étude nous a permis de montrer que lorsqu’on pompe en continu la cavité laser type 702 celle-ci délivre des impulsions de l’ordre de quelques picosecondes très instables en durée et en énergie [figure 26]. Ce comportement est caractéristique d’un mauvais verrouillage des modes d’un laser. Il rappelle les travaux menés à l’Institut d’Optique sur un autre laser femtoseconde (en anneau) alors qu’aucun système contrôlant la dispersion dans la cavité n’était utilisé. Or, nous avons vu que le contrôle de la dispersion de vitesse de groupe dans la cavité était très important pour la production d’impulsions courtes.

Nous avons donc décidé de placer un système de prismes ‘dans la cavité linéaire [figure 27]. En se basant sur les calculs du paragraphe 1.3.3.3., il nous a semblé préférable d’utiliser des prismes d’indice élevé. Ce choix permet de diminuer la distance L entre les prismes et de réduire ainsi l’encombrement du sytème. Les prismes utilisés sont taillés dans un verre du type FED D 4028 de correspondre également au minimum de déviation. Les deux jets de colorants étant horizontaux, le faisceau est polarisé verticalement (polarisation p), il faut donc placer les prismes dans un plan vertical. Le milieu amplificateur est la Rhodamine 6G et l’absorbant saturable le DODCI, couple de colorants organiques ayant donné jusqu’alors les meilleurs résultats. On sait par ailleurs que plus la saturation de l’absorbant saturable est importante, plus le laser est stable [3-5]. Plusieurs expériences [44] ont montré qu’en plaçant l’absorbant saturable à une extrémité de la cavité [figure 28], il était possible de produire des impulsions plus courtes. L’explication est la suivante : l’impulsion interfère avec sa propre réflexion dans l’absorbant saturable, y augmente le champ électrique, et donc le sature davantage. Pour optimiser cet effet, Fork et coll. [45] ont fermé une cavité linéaire pour la transformer en cavité en anneau [Figure29]. Dans ce cas, il y a deux impulsions qui naissent sur un pic de bruit dans l’absorbant saturable et se propagent en sens inverse dans la cavité. Elles interfèrent dans l’absorbant saturable et y créent une onde stationnaire. Aux ventres de l’onde, l’intensité est maximale, sature totalement l’absorbant et minimise les pertes. Aux noeuds de l’onde, l’absorbant n’est pas saturé, mais le champ électrique étant minimum, les pertes le sont également.