Filtrage non linéaire d’impulsions femtosecondes par génération de polarisation croisée

Le processus de génération d’une onde polarisée orthogonalement, à partir d’une polarisation linéaire, dans des cristaux dont la susceptibilité non linéaire est anisotrope, présente d’excellentes caractéristiques pour le filtrage temporel d’impulsions ultra-brèves et ultra-intenses. Les chapitres 4 et 5 ont validé les caractéristiques de ce processus en termes de rendement, d’efficacité potentielle pour l’amélioration du contraste et d’adaptabilité sur différents systèmes laser. Ce chapitre présente l’application de la génération de polarisation croisée au filtrage non linéaire pour l’amélioration du contraste d’impulsions femtosecondes. Les impulsions injectées dans le filtre sont polarisées linéairement et présentent une énergie de l’ordre de 1 mJ. Les impulsions transmises par le filtre sont suffisamment énergétiques pour être complètement caractérisées. J’expose tout d’abord les résultats des expériences réalisées au laboratoire, à 800 nm, qui ont permis la génération d’impulsions de 180 µJ dont le contraste mesuré est meilleur que 10 ordres de grandeur. Ensuite je présente de manière théorique et expérimentale l’influence de la phase spectrale du second ordre sur le filtrage par XPW, en termes de rendement et de comportement spectral. Enfin, la troisième partie de ce chapitre valide l’application du filtre à une longueur d’onde de 1.06 µm, dans le cadre d’expériences menées en collaboration avec le LULI pour la caractérisation d’une source de type OPCPA (Optical Parametric Chirped Pulse Amplification).

Filtrage XPW au millijoule à 800 nm

L’expérience de filtrage temporel par génération de polarisation croisée a été réalisée avec le laser de cadence kilohertz présenté au chapitre 3 (p. 52). L’énergie des impulsions est de 1.2 mJ pour une durée de 45 fs environ. Pour expliquer la conception du montage expérimental, il faut préciser que le filtrage de l’impulsion directement en sortie de compresseur, c’est-à-dire en champ proche, n’est pas efficace. En effet, puisque l’impulsion est énergétique, nous pouvions imaginer réduire la taille du faisceau, le collimater et le filtrer immédiatement avec des cristaux longs. Tout d’abord, notons que la qualité spatiale du faisceau en champ proche n’est pas excellente (présence de points chauds), ce qui peut créer des surintensités dans le cristal. Mais surtout, pour éviter de générer de l’automodulation de Le filtrage de l’impulsion s’effectue donc en champ lointain, c’est-à-dire au foyer d’une lentille de focalisation. Cependant, l’énergie de l’impulsion (1.2 mJ) est importante. L’utilisation d’une lentille de longue focale est indispensable pour pouvoir placer le cristal au plus près de la zone de Rayleigh sans dommage. De plus, l’intensité au foyer doit être limitée pour éviter l’ionisation de l’air et une automodulation de phase excessive.

Le dispositif, schématisé figure 6.1, est semblable à celui des expériences précédemment décrites : le faisceau, polarisé linéairement, est focalisé au moyen d’une lentille de 3 m, puis collimaté avant d’atteindre l’analyseur. Nous avons vu, au chapitre 4 (p. 100), qu’une donnée capitale pour l’amélioration du contraste est le croisement des polariseurs. Le taux d’extinction mesuré du couple polariseur – analyseur utilisé dans cette configuration expérimentale est de 5.10-5. Il s’agit de polariseurs de Glan, chacun composé de deux prismes en calcite non collés, séparés par une lame d’air. Ces polariseurs sont traités antireflet large bande autour de 800 nm. Les cristaux employés sont des cristaux de fluorure de baryum, de longueur 2 mm, non traités antireflet, orientés avec un de leurs axes cristallins dans la direction de propagation du laser. Remarquons qu’il est possible de vérifier que le cristal a été convenablement taillé en tournant celui- ci dans le plan perpendiculaire à la direction de propagation. A énergie incidente modérée et fixée, le signal XPW doit présenter des maxima égaux tous les 45°. Malgré l’emploi d’une lentille de focale 3 m, il est impossible de placer un cristal au point focal, sous peine d’endommagement de l’échantillon. La position de celui-ci en aval du foyer est optimisée en mesurant le rendement XPW. En effet, le faisceau est plus propre spatialement après le point focal, puisque le plan de travail (champ lointain) est alors l’image d’un plan du laser situé très en amont dans la chaîne.