Génération et filtrage d’impulsions ultracourtes par effet XPW

Le chapitre s’attache à étendre la compréhension de l’effet XPW dans les ré- gimes extrêmes. On s’intéresse, d’une part, au cas des très hauts rendements pour la génération d’impulsions ultracourtes (partie 4.2) et, d’autre part, au filtrage des impulsions de quelques cycles optiques (partie 4.3). Ces deux parties sont l’occa- sion de mettre en regard les études théoriques systématiques qui découlent des codes présentés précédemment et les résultats expérimentaux sur les injecteurs ultra-courts pour chaine de puissance et le schéma de filtrage XPW à haute éner- gie et haut rendement. L’implémentation de ces deux types de schéma font l’objet du chapitre 5.Dans cette section, on s’intéresse à l’influence de la phase spectrale d’entrée, en particulier le rôle du chirp, sur le signal XPW, en termes de rendement, de lar- geur spectrale et de qualité spectrale. L’analyse complète menée dans [1] dans le régime de non déplétion de la pompe (i.e. bas rendement) a établi l’influence d’unephase spectrale initiale arbitraire. Dans le cas des hauts rendements, les procédés de mélange à quatre ondes, en particulier la SPM, vont modifier fortement les caractéristiques XPW. Les résultats théoriques présentés ci-dessous sont issus du code Matlab 1D (Chap. 3.4.2).

Dans un premier temps, on considère l’effet de la phase d’ordre 2 lorsque l’ef- ficacité du processus de conversion augmente. On définit en particulier φ (énergie XPW) et l’élargissement spectral respectivement. La figure 4.1 montre la dépendance de la conversion XPW et de l’élargissement spectral en fonction duchirp initial à bas rendement (S = 0,9) et haut rendement (S = 4,1). L’impulsion d’entrée a une durée de 25 fs, un profil spatial gaussien et le cristal de BaF2 fait 3 mm. Dans le premier cas, l’efficacité maximum est environ 3% et est atteinte pour un chirp légèrement négatif qui pré-compense une partie de la dispersion du cris- tal de sorte que l’impulsion est comprimée en son coeur. L’élargissement spectral maximal correspond aussi à un chirp légèrement négatif de l’ordre de 25 fs2. Au- tour de cette valeur optimale, la dépendance en chirp est symétrique comme prévu par les modèles précédents. Dans le cas à bas rendement, φdonc égaux et il est possible d’optimiser à la fois la conversion et l’élargissement spectral XPW. On remarque que le facteur d’élargissement maximum est légère- ment inférieur à 1,7 (valeur calculée théorique). Ceci est dû au chirp induit par la propagation dans le cristal. En fait, si l’on néglige la dispersion du cristal ou si l’on utilise un cristal plus fin (1 mm) ou encore une impulsion plus longue (≥ 40 fs),alors on atteint la valeur de 1,7. Dans cette configuration, la dispersion du cristal n’est donc pas négligeable et le chirp positif induit sur l’impulsion fondamentale conduit à ce léger sous-élargissement, même avec une impulsion pré-chirpée néga- tivement.

La situation est différente pour S = 4,1. L’efficacité maximum (25%) est at- teinte pour la même valeur de chirp (-25 fs2). Par contre, pour le comportement spectral, on remarque d’abord que φl’ordre de 40 fs2 et que cette valeur correspond à un élargissement spectral plus important. A haut rendement, le spectre le plus large ne correspond donc pas à l’efficacité maximale. De plus, le facteur d’élargissement est beaucoup plus impor- tant (jusqu’à ≈ 2,5) que dans le cas à bas rendement.Ce sur-élargissement du spectre XPW peut provenir de plusieurs effets qui sontpar ordre croissant d’importance: la SPM sur l’XPW, la XPM et la SPM sur le fondamental. Afin de mieux comprendre, la figure 4.2 montre les spectres de sortie (fondamental et XPW) en fonction du chirp initial dans les deux cas de rende- ments bas et haut. Ce qui nous intéresse particulièrement ici est le cas S = 4,1 pour lequel la structure du spectre de sortie du fondamental est marquée par la présence de SPM (fenêtre en bas à gauche). On observe que, lorsque l’impulsion est chirpée négativement (-200 fs2 à -100 fs2), le spectre du fondamental est plus étroit. Au contraire, lorsque le chirp est positif en entrée (0 fs2 à 200 fs2), le spectre se creuse et s’élargit fortement. Ce comportement est caractéristique de la SPM. L’élargissement « se transfère » en partie au spectre XPW (fenêtre en bas à droite).