Réseaux résonnants pour la compression d'impulsions laser femtosecondes Introduction : L’objectif est de remplacer les réseaux de diffraction métalliques.

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1 Réseaux résonnants pour la compression d'impulsions laser femtosecondes Introduction : L’objectif est de remplacer les réseaux de diffraction métalliques classiques en mode TM par des réseaux résonnants fonctionnant en polarisation TE. Ces éléments possèdent une efficacité de diffraction de 100% pour l’ordre –1. L ’application visée est la compression d’impulsions laser femtosecondes de haute fluence. Conclusion : les réseaux résonnants permettent de revisiter des domaines où les réseaux usuels ont fait leur place en apportant des effets de plus haut contraste, de plus grande sélectivité et également une plus grande flexibilité de design. Leur conception et leur modélisation requièrent une culture modale et les codes de calcul rigoureux associés. La structure proposée est représentée dans la figure 1. Description du phénomène : l’onde incidente (a) est réfléchie par la surface supérieure de la couche (b). Elle excite aussi par réfraction un mode à fuites de la couche (b). Le mode à fuites accumule le champ incident (a), lequel fuit à son tour dans le milieu incident dans la direction de la réflexion de Fresnel. Il y a donc deux contributions à la réflexion de Fresnel : la réflexion directe par la surface supérieure de la couche (c) et la fuite du mode excité (d). Ces deux contributions sont en opposition de phase. Il ne reste qu’à ajuster leur module pour obtenir une interférence destructive dans la direction de la réflexion de Fresnel. Le réseau de diffraction (e) agit comme un régulateur du taux d’accumulation du champ dans le mode à fuites. Lorsque l’égalité des modules est réalisée, la réflexion de Fresnel est nulle. Ainsi, la puissance optique n’a pas d’autre issue que d’être diffractée à 100% dans la direction de l’ordre –1 (f). Figure 1 : Excitation d’un mode à fuites dans un réseau résonnant visant à annuler la réflexion de Fresnel. Réseau pour impulsions de durées inférieures à 100 fs et de faible puissance moyenne Utilisation d’un miroir métallique. Propriétés : Efficacité de diffraction maximale de 97%, Bande passante très large. L’efficacité de diffraction est supérieure à 95% sur 276 nm. Les avantages de la polarisation TE sont l’absence de plasmons excités et un champ à la surface du métal très faible. Applications aux courtes impulsions de haute énergie. Réseau pour impulsions de durées supérieures à 100 fs et de haute puissance moyenne Les spectres d’efficacité de diffraction des figures 2 et 3 sont le résultat d’une gestion appropriée des modes de propagation et des mécanismes d’interférence. Des codes de calcul rigoureux développés en interne permettent d’optimiser une fonction « objectif ». La figure 4 représente un exemple de simulation utilisant la vraie méthode modale développée par N. Lyndin. Remerciements: Le CNRS et le Réseau Technologique Femtoseconde sont remerciés de leur soutien pour la fabrication de réseaux compresseurs d’impulsions femtosecondes. Contact : olivier.parriaux@univ-st-etienne.fr, Tél : 04 77 91 58 19, Fax : 04 77 91 57 81 Utilisation d’un miroir diélectrique multicouches. Propriétés : Efficacité de diffraction maximale de 100%, Bande passante modérée. L’efficacité de diffraction est supérieure à 99% sur 20 nm. Applications à haute puissance moyenne pour usinage et marquage. A.Trisorio, M. Flury, N.Lyndin, A.V. Tishchenko, S. Tonchev Laboratoire Traitement du Signal et de l’Instrumentation, groupe IMO, UMR CNRS 5516 Université Jean Monnet, 10 rue Barrouin 42000 Saint-Etienne - France Miroir (a) (b) (d) (c) (f) (e) Figure 2 : Représentation graphique de l’efficacité de diffraction dans l’ordre –1 d’un système de très haute efficacité en fonction de la longueur d’onde. Figure 3 : Représentation graphique de l’efficacité de diffraction dans l’ordre –1 d’un système large bande en fonction de la longueur d’onde. Figure 4: Programme de simulation.