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" Génération dimpulsions mJ ultracourtes <5 fs par compression dans une fibre creuse en polarisation circulaire " A. Malvache, X. Chen, A. Jullien, L.

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1 " Génération dimpulsions mJ ultracourtes <5 fs par compression dans une fibre creuse en polarisation circulaire " A. Malvache, X. Chen, A. Jullien, L. Canova, A. Borot, O. Albert, R. Lopez-Martens Laboratoire dOptique Appliquée, ENSTA-PARISTECH-Ecole Polytechnique-CNRS, Palaiseau Journées des Phénomènes Ultrarapides, Bordeaux, mai

2 Plan But : Génération dharmoniques sur cible solide Plasma et impulsions attosecondes Compression dans une fibre creuse (FC) : Effets non-linéaires et ionisation Polarisation circulaire vs linéaire dans une FC : Résultats expérimentaux et simulation 2

3 Groupe PCO, LOA Génération dharmoniques au kHz Création dun plasma en focalisant un laser sur une cible solide Le plasma réfléchit (P. Gibbon [1]) : –Longueur donde fondamentale (λ=800 nm) –Harmonique du laser (λ/n, n entier) Des impulsions attosecondes (quelques 100 as*) sont obtenues en filtrant les harmoniques Applications : laser XUV intenses, optique non-linéaire dans les plasmas, imagerie attoseconde Laser (800nm) Laser + harmoniques Densité électronique [1] P. Gibbon "Harmonic generation by femtosecond laser-solid interaction: A coherent water window light source ?" Phys. Rev. Lett., 76(1):50-53, Jan

4 Génération dimpulsions courtes à haute intensité ( 2 mJ) Génération dimpulsions ultracourtes (<5 fs*) : interaction unique Stabilisation en phase (CEP) des impulsions Développement dune cible tournante contrôlée à distance : expériences sous vide au kHz Groupe PCO, LOA Ce que nous faisons Cosinus 5fs pulse Sinus 5fs pulse 4

5 Source laser avant compression dans la fibre creuse : 25 fs, ~ 2 mJ, CEP-stabilisé (180 mrad 1kHz à partir dun Femtopower reconfiguré : –Etirement verre dopé + Dazzler (L. Canova et al [2]) –2 étages damplification –Compresseur hybride (réseaux et miroirs à dispersion négative) –Stabilisation CEP avec 2 différentes boucles de rétroaction Source laser après compression dans la fibre creuse : 5 fs, ~ 1 mJ, CEP-stabilisé (200 mrad 1kHz Groupe PCO, LOA Source laser [2] L. Canova,A. Trisorio, X. Chen, B. Mercier, O. Albert, and R. Lopez Martens, N. Forget, T. Oksenhendler Closed-loop optimization of the temporal duration of a 21 fs, 4 mJ CPA laser system with high B-integral, submitted to Optics Letters 5

6 Compression dans la fibre creuse Approche simplifiée Elargir le spectre pour raccourcir limpulsion Auto-Modulation de phase (AMP) A haute intensité dans un milieu dindice n 0, n=n 0 +n 2 I, n 2 indice non-linéaire Propagation dans du Néon –Ionisation à haute énergie –Peu dabsorption et de dispersion –Pression ajustable : n 2 (P)=n 2 (P 0 )*P/P 0 6

7 Compression dans la fibre creuse Approche simplifiée Utilisation dun guide donde pour conserver un bon profil spatial : Fibre creuse remplie de gaz Miroirs "chirpés" Dispersion négative pour mettre tout le spectre en phase 7

8 AMP Auto- focalisation Ionisation Décalage vers le bleu Pertes Spectre plus large, asymétrique Spectre plus large, symétrique Défocalisation Compression dans la fibre creuse Couplage AMP/ionisation Pour des énergies < 1 mJ : uniquement Auto-Modulation de Phase Pour des énergies > 1 mJ : ionisation et effets spatiaux dans la FC 8

9 Indice non linéaire plus petit (n 2CP =2/3 n 2LP [3]) –Moins dauto-modulation de phase –Moins dauto-focalisation Taux dionisation plus faible La polarisation circulaire (CP) apparaît comme un bon compromis à haute énergie (>1mJ) Compression dans la fibre creuse Avantages de la polarisation circulaire [3] R. W. Boyd, Nonlinear Optics (Academic Press, Second Edition, New York, 2003) p203 Polarisation Circulaire Intensité max (simulée) W/cm² Taux dionisation s -1 1 mJ 2 bar3e143.0e11 2 mJ 1 bar5e145.6e12 Polarisation Linéaire Intensité max (simulée) W/cm² Taux dionisation s -1 1 mJ 2 bar3e141.4e12 2 mJ 1 bar6.5e147.5e13 9

10 CP vs LP dans la fibre creuse: Spectre et rendement Spectres expérimentaux à 2.1 mJ, 1.3 bar 10

11 CP vs LP dans la fibre creuse: Spectre et rendement Pression plus haute : LP instable (énergie, spectre) et CP stable Spectres expérimentaux à 2.1 mJ, 1.54 bar 11

12 CP vs LP dans la fibre creuse: Oscillations longitudinales (1.6mJ 1.6bar) Oscillation intrinsèque entre les deux premiers modes spatiaux (T=7cm) Mesures expérimentales Résultats de simulation 12 J 00 J 01

13 CP vs LP dans la fibre creuse: Profil spatio-temporel (2.5mJ 1bar) Polarisation circulaire Polarisation linéaire 13

14 CP vs LP dans la fibre creuse: Impulsions comprimées 6 fs Impulsions plus courtes et plus énergétiques en polarisation circulaire Champ électrique et phase (expérience à 2.1 mJ) 5 fs 14

15 Conclusion Polarisation circulaire requise pour comprimer dans une fibre creuse des impulsions >1mJ CP : diminution de lionisation et des effets de focalisation/défocalisation, résultats confirmés par les simulations Des impulsions mJ ultracourtes (<5 fs) ont ainsi été obtenues au kHz à partir dimpulsions de 2 mJ, 25 fs (X. Chen et al [4]) Merci de votre attention ! [4] X. Chen, A. Jullien, A. Malvache, L. Canova, A. Borot, A. Trisorio, C. Durfee, and R. Lopez-Martens, Generation of 4.3 fs, 1 mJ laser pulses via compression of circularly polarized pulses in a gas-filled hollow-core fiber, Vol. 34, No. 10, 2009, Optics Letters 15


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