XPW Applications expérimentales

Injecteurs ultra-courts à très haut contraste pour les chaines laser de puissance Je présente dans cette partie les nombreuses possibilités expérimentales offertes par la technique XPW pour l’obtention d’impulsions courtes à très haut contraste dans les front-ends de chaines laser de haute puissance. Comme on l’a vu dans la partie précédente, il y a deux approches pour obtenir des impulsions ultra-courtes à très haut contraste grâce à l’XPW: 1) le nettoyage spectro-temporel d’impulsions « few-cycle »; 2) le raccourcissement d’un facteur deux ou plus d’impulsions courtes. Dans la première section (5.2.1), je rappelle les performances présentées dans la partie précédente sur la chaine OPCPA de l’Institut de la Lumière Extrême (ILE). Dans ce cas, l’XPW permet le nettoyage spectro-temporel d’impulsions de deux cycles optiques avant injection dans la chaine OPCPA. Ensuite, dans la deuxième section (5.2.2), je rapporte les résultats d’une expérience effectué à Castelldefels (Barcelone) à l’Institut des Sciences Photoniques (ICFO) sur la chaine OPA à 2 µm. On démontre ici la génération d’impulsions de trois cycles optiques à 2 µm à partir d’impulsions deux fois plus longues. Dans la denière section (5.2.3), je montre le schéma de filtrage XPW à deux cristaux qui a fait l’objet d’un transfert de technologie vers Thales Optronique au début de la thèse. Il a notamment été implémenté avec succès sur la chaine laser PetaWatt BELLA de Thales [1].

Injecteur laser à très haut contraste

Implémentation d’un injecteur haute-fidélité à 800 nm pour le front-end OPCPA ultra-court à très haut contraste temporel du laser APOLLON Cette section reprend les travaux effectués au LCF de l’IOGS ayant donné lieu à la publication Jullien et al. (APB 2010) [2]. Je me suis déjà en partie servi de cette étude dans la section 4.3 où j’ai abordé les propriétés de l’XPW dans le régime few-cycle. Je vais ici détailler le schéma expérimental dont la représentation est donné sur la figure 5.1 ainsi que les résultats obtenus, en insistant sur la qualité spectro-temporelle des impulsions XPW générées. Le but d’une telle source est de fournir à un schéma d’amplification de type OPCPA (Optical Parametric Chirped Pulse Amplification) des impulsions les plus courtes possibles avec le contraste le plus élevé possible. En effet, la technique OPCPA permet d’amplifier les impulsions sur une bande spectrale beaucoup plus large que les architectures basées sur les amplificateurs Ti:Sapphire. Elle revêt donc un grand intérêt pour la génération d’impulsions énergétiques dans le régime few-cycle. Le but actuel de telles chaînes OPCPA étant l’interaction laser-plasma contrôlée, elles requièrent un contraste suffisament élevé. On parle ici à la fois du contraste cohérent et du fond ASE. La technique XPW, en améliorant ces deux paramètres, permet donc de fournir des impulsions idéales pour être amplifiées dans un étage OPCPA. Le dernier élément est le contrôle de la CEP dont de nombreux exemples ont montré qu’elle était préservée après un étage XPW. On montre que c’est également le cas ici.

Génération d’impulsions de quelques cycles optiques à 2 µm parXPW à l’ICFO-Barcelone

Cette section présente les résultats obtenus lors d’une campagne d’expériences réalisée en collaboration avec le groupe du Professeur Jens Biegert de l’Institut des Sciences Photoniques (ICFO) de Castelldefels en Espagne. On présente un schéma simple de compression d’impulsions ultra-courtes à 2 µm basé sur l’effet XPW. Ce dernier permet en effet de diviser la durée d’un facteur supérieur à deux, passant d’impulsions incidentes de plus de 40 fs à des impulsions XPW de 20 fs, ce qui correspond à un peu moins de trois cycles optiques à 2 µm. La génération XPW a été réalisé dans trois cristaux différents, BaF2, CaF2 et Diamant-CVD (CVD-C), présentant chacun un régime de dispersion différent à cette longueur d’onde, afin de comparer expérimentalement les effets de la dispersion sur les caractéristiques XPW. On présente également une méthode de mesure temporelle des impulsions originale, s’appuyant sur un algorithme d’inférence bayésienne combinant mesure spectrale et trace d’autocorrélation du troisième ordre. Ces résultats démontrent que l’XPW permet dans le proche infra-rouge de fournir une source de lumière few-cycle de haute qualité pour des applications en physique des hautes intensités. Créer une telle source de rayonnement dans l’infra-rouge est en effet particulièrement intéressant pour ce type d’expériences car il a été démontré que les lois d’échelle favorables dans l’infra-rouge s’appliquaient aux processus physiques en champ fort [5] tels que la génération de bursts attosecondes de rayons X mous. Dans cette gamme de longueur d’onde, les sources ultra-courtes s’appuyent sur des amplificateurs paramétriques optiques (OPA) ou sur des OPCPA. Si ces derniers permettent aujourd’hui de fournir des impulsions ultra-courtes intenses stabilisées 5.2 Injecteur laser à très haut contraste 100 en CEP dans l’infra-rouge moyen [6, 7], les OPA, construits sur la technologie Ti:Sapphire, fournissent une solution adéquate dans le proche infra-rouge [8]. Il est, par exemple, possible d’obtenir assez facilement des impulsions stabilisées en phase de quelques cycles optiques avec une énergie proche du millijoule [9]. Cependant, les solutions actuellement disponibles pour véritablement atteindre le régime du cycle optique pâtissent d’un certain nombre de limites que ce soit dans la lourdeur de la réalisation pratique, la stabilité et la reproducibilité des résultats ou simplement dans l’efficacité en termes d’énergie. Parmi celles-ci, on peut citer le mélange à trois ondes [10], des techniques de propagation non-linéaire et de post-compression telles que la filamentation [11] et la fibre creuse [12] ou encore la combinaison cohérente de plusieurs spectres avec boucle électronique de rétroaction [13]. En comparaison de ces méthodes, l’avantage de la technique XPW réside dans le fait qu’elle est très simple à implémenter. De plus, elle permet non seulement d’accéder au régime du cycle optique à partir d’impulsions de quelques cycles, mais elle fournit aussi, comme on l’a vu précédemment, des impulsions de très bonne qualité temporelle, idéales pour les expériences.