Présentation des bancs de caractérisation expérimentaux

 Caractéristiques des sources laser impulsionnelles.

Nous avons utilisé deux lasers commerciaux fabriqués par la société BMI. Dans le cadre de cette thèse, nous avons considéré ces sources comme des outils de travail servant à analyser les propriétés non linéaires des matériaux. Toutefois, des modifications ont été apportées dans chacune des cavités pour obtenir un profil de faisceau aussi proche que possible d’un mode TEM,, (par filtrage spatial intra-cavité). Aussi, des réglages fins ont été nécessaires pour améliorer à la fois la qualité de faisceau et la stabilité des impulsions. Nous décrivons succinctement les lasers et présentons des mesures quantitatives des profils temporels et spatiaux des impulsions. II.l.A. Caractérisation de la source laser impulsionnelle picoseconde. Le laser est un Nd :Yag pompé par lampe, à verrouillage de modes délivrant des impulsions très brèves à la longueur d’onde de 1,064 Pm. Le verrouillage de mode est obtenu par la combinaison d’un colorant à absorption saturable et d’un modulateur acousto-optique. L’oscillateur engendre une enveloppe (train) constituée d’une dizaine d’impulsions. Un sélecteur d’impulsions isole une impulsion parmi les plus grandes impulsions constituant le train. Cette impulsion est ensuite amplifiée dans un amplificateur à double passage. La fréquence des tirs est 10 Hz. Le constructeur fournit une durée d’impulsion d’une trentaine de picosecondes à la longueur d’onde de 1,064 Pm. Le faisceau infrarouge est ensuite doublé en fréquence dans un cristal de KDP (KH,PO,) afin d’obtenir la seconde harmonique. Nous obtenons finalement des impulsions picoseconde à la longueur d’onde de 532 nm.Nous décrivons brièvement l’expérience d’autocorrélation que nous avons développée afin de mesurer la véritable durée de notre impulsion laser à 532 nm. Le principe consiste à engendrer dans un cristal doubleur (forte non-linéarité f’) un faisceau signal de fréquence double 2w, à l’aide de deux faisceaux croisés cohérents temporellement et spatialement à la fréquence o. Un des faisceaux est retardé temporellement par rapport à l’autre. Nous mesurons le flux du signal créé en fonction du décalage temporel AT. Nous avons utilisé un cristal de BBO (P BaB,O,). Le détecteur est un photomultiplicateur sensible dans la partie bleue du spectre visible.

Caractérisation de la source laser impulsionnelle nanoseconde

Ce laser est également un laser commercial de la marque BMI. Il s’agit d’un Nd :Yag à modes verrouillés pompé par flash et doublé à 532 nm. Le verrouillage des modes est ici beaucoup plus simple et nécessite peu d’entretien, puisqu’il est réalisé à l’aide d’une cellule de Pockels. La mesure de la durée de l’impulsion est effectuée à l’aide d’une photodiode rapide (temps de montée 1 nanoseconde), et d’un oscilloscope large bande. La demi-largeur temporelle z, de l’impulsion (demi-largeur lle du maximum) est estimée à 5 nanosecondes. La figure II.3 est une copie d’écran de l’oscilloscope donnée par la photodiode rapide. La figure II.4 est composée de l’image représentant le profil spatial enregistrés par une caméra CCD et d’une vue en coupe du profil spatial transverse.

Montaces appliqués aux expériences de limitation optique

D’une manière générale, nous avons utilisé deux systèmes optiques d’ouvertures différentes. Le premier (ouvert à Fl5) est orienté << système >>. La géométrie du faisceau (spot de focalisation de très faible dimension, limite par diffraction) est typique d’une géométrie que l’on obtiendrait avec un véritable système opérationnel embarqué, illuminé par un laser situé à très grande distance. Vis à vis d’une menace laser ce banc ouvert à FI5 est donc plus réaliste que celui ouvert à Fl34. Le second banc (ouvert à Fl34) nous a permis de caractériser nos matériaux dans une géométrie différente (les spots de focalisation sont plus larges). Ces montages sont employés avec deux sources laser iinpulsionnelles (nanoseconde et picoseconde). Nous présentons donc les caractéristiques de chaque montage. C

Caractérisation du système ouvert à FI5

Le système complet (figure 11.5) est composé de trois lentilles dont la première (L,) est un doublet achromatique de focale 100 mm et de diamètre utile 20 mm. La lentille de reprise (L,) possède une focale de 40 mm et est plus ouverte que L, (environ Fl4). Derrière la lentille L,, nous plaçons une lentille L, de très longue focale (1 mètre). La pupille de sortie située devant L, est l’image conjuguée de la pupille d’entrée confondue en L,, de sorte que tous les rayons parallèles à l’axe optique entrant dans L, ressortent par L, sans être obturés. Afin d’illuminer uniformément la pupille d’entrée L,, il a été nécessaire d’étendre le faisceau laser d’excitation à l’aide d’un système afocal. Une partie des expériences a été réalisée avec ce banc (étude des absorbants saturables inverses dans le chapitre III et de l’absorption à deux photons dans le chapitre V) pour les caractérisations orientées systèmes intégrés. Nous nous sommes rendus compte dans les expériences de limitation optique, qu’à très fort flux, une partie de l’énergie était obturée par l’iris de la lentille L,. Ces pertes par diffusion ou par réfraction non linéaire représentent une gêne pour l’étude des mécanismes d’absorption non linéaire. C’est pourquoi nous avons volontairement retiré les lentilles L, et L, dans le cas où nous ne souhaitions nous intéresser uniquement qu’aux propriétés d’absorption non linéaires. Ces deux lentilles sont alors remplacées par d’autres lentilles plus ouvertes. Tout le flux est alors collecté sur le détecteur.