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STAGE LASERS INTENSES Du 4 au 8 février 2008 COURS Contrôle temporel & spectral : façonnage dimpulsions Jean-Christophe Delagnes CPMOH, Université Bordeaux.

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1 STAGE LASERS INTENSES Du 4 au 8 février 2008 COURS Contrôle temporel & spectral : façonnage dimpulsions Jean-Christophe Delagnes CPMOH, Université Bordeaux 1

2 Stage Lasers Intenses 2008 J.C.Delagnes - Formation Lasers Intenses - Mise en forme temporelle et spectrale 2 PLAN Pourquoi le façonnage ? Une étape incontournable Des impulsions « à la carte » Mise en œuvre Limitation du façonnage temporel direct Passage au domaine spectral Réalisations pratiques Ligne à dispersion nulle (ligne 4-f) Filtre dispersif programmable (AOPDF) Conclusion

3 Stage Lasers Intenses 2008 J.C.Delagnes - Formation Lasers Intenses - Mise en forme temporelle et spectrale 3 Compensation de la dispersion Course aux impulsions ultracourtes Compenser la dispersion Impulsion courtes Spectre large Milieux matériels (air, verre, …) n ( ) variation significative Dispersion temporelle Effet toujours présent et additif Pour des impulsions très courtes même lair est dispersif ( t <20fs) Dispersion Compensation ?

4 Stage Lasers Intenses 2008 J.C.Delagnes - Formation Lasers Intenses - Mise en forme temporelle et spectrale 4 Comment compenser ? Compensation à laide dun dispositif de mise en forme pour restaurer limpulsion ultracourte avant dispersion Dispersion naturelle : Éléments doptique passifs Air Milieux amplificateur Cristaux non linéaires Dispersion « provoquée » : Amplification à dérive de fréquence (CPA)

5 Stage Lasers Intenses 2008 J.C.Delagnes - Formation Lasers Intenses - Mise en forme temporelle et spectrale 5 Amplification à dérive de fréquence (CPA) Étireur Facteur détirement ~ 10 4 Amplification Gain, Dispersif, NL Compresseur Compenser létireur (en théorie) Dispositif de mise en forme Compensation des ordres supérieurs

6 Stage Lasers Intenses 2008 J.C.Delagnes - Formation Lasers Intenses - Mise en forme temporelle et spectrale 6 Mises en forme plus complexes Amplificateurs, NOPA, OPCPA Compensation du rétrécissement par le gain Compensation de phases oscillantes, automodulation Également Séquences dimpulsions Impulsions « carrées » Optimisation dun processus physique donné Dispositif de mise en forme Production de profils temporels arbitraires

7 Stage Lasers Intenses 2008 J.C.Delagnes - Formation Lasers Intenses - Mise en forme temporelle et spectrale 7 Mise en forme programmable Dispositif de mise en forme Contrôlable par ordinateur Taux de rafraîchissement rapide OscillateurAmpli CPAFaçonneur Algorithme Expérience/Utilisation Mesure(s) Opérateur

8 Stage Lasers Intenses 2008 J.C.Delagnes - Formation Lasers Intenses - Mise en forme temporelle et spectrale 8 PLAN Pourquoi le façonnage ? Une étape incontournable Des impulsions « à la carte » Mise en œuvre Limitation du façonnage temporel direct Passage au domaine spectral Réalisations pratiques Ligne à dispersion nulle (ligne 4-f) Filtre dispersif programmable (AOPDF) Conclusion

9 Stage Lasers Intenses 2008 J.C.Delagnes - Formation Lasers Intenses - Mise en forme temporelle et spectrale 9 Façonnage temporel (direct) ? Façonneur temporel Contrôle de la transmission à léchelle femtoseconde Nexiste pas ! (sauf rares phénomènes physiques particuliers) Modulateurs rapides > quelques ps Façonnage temporel direct IMPOSSIBLE Façonneur temporel fs

10 Stage Lasers Intenses 2008 J.C.Delagnes - Formation Lasers Intenses - Mise en forme temporelle et spectrale 10 Une autre approche : Mise en forme spectrale Champ électrique Champ réel Représentation complexe Transformée de Fourier Spectre complexe Formalisme Contrôle du profil temporel Mise en forme de lamplitude spectrale Mise en forme de la phase spectrale

11 Stage Lasers Intenses 2008 J.C.Delagnes - Formation Lasers Intenses - Mise en forme temporelle et spectrale 11 Mise en forme spectrale Lasers ultracourts Spectre large + modes de cavité Blocage de mode Profil temporel A 0 cos( 0 t + 0 ) A 1 cos( 1 t + 1 ) A 2 cos( 2 t + 2 ) … Contrôle de lamplitude spectrale A( ) et de la phase spectrale ( ) A( ) : Choix des A 0,A 1,A 2,… ( ) : Choix des 0, 1, 2,…

12 Stage Lasers Intenses 2008 J.C.Delagnes - Formation Lasers Intenses - Mise en forme temporelle et spectrale 12 PLAN Pourquoi le façonnage ? Une étape incontournable Des impulsions « à la carte » Mise en œuvre Limitation du façonnage temporel direct Passage au domaine spectral Réalisations pratiques Ligne à dispersion nulle (ligne 4-f) Filtre dispersif programmable (AOPDF) Conclusion

13 Stage Lasers Intenses 2008 J.C.Delagnes - Formation Lasers Intenses - Mise en forme temporelle et spectrale 13 Ligne « 4-f » Au plan de Fourier : Étalement spatial des composantes spectrales

14 Stage Lasers Intenses 2008 J.C.Delagnes - Formation Lasers Intenses - Mise en forme temporelle et spectrale 14 Ligne « 4-f » : Masque fixe

15 Stage Lasers Intenses 2008 J.C.Delagnes - Formation Lasers Intenses - Mise en forme temporelle et spectrale 15 Ligne « 4-f » : Masque ajustable

16 Stage Lasers Intenses 2008 J.C.Delagnes - Formation Lasers Intenses - Mise en forme temporelle et spectrale 16 Ligne « 4-f » réelle LCD Jenoptik 2x640 pixels f=600mm 2000 traits/mm 0,06 nm/pix à 800nm fenêtre de 35ps pour 100fs 300 GW/cm²

17 Stage Lasers Intenses 2008 J.C.Delagnes - Formation Lasers Intenses - Mise en forme temporelle et spectrale 17 Principe de fonctionnement

18 Stage Lasers Intenses 2008 J.C.Delagnes - Formation Lasers Intenses - Mise en forme temporelle et spectrale 18 Exemples de mises en forme Possibilité de réaliser des mises forme (très) complexes Délais Phase quadratique, cubique, … Trains dimpulsions Carré … Existence de quelques défauts

19 Stage Lasers Intenses 2008 J.C.Delagnes - Formation Lasers Intenses - Mise en forme temporelle et spectrale 19 Ligne « 4-f » : Paramètres Dispersion spatiale X = f. f : Distance focale g : Dispersion angulaire Tache focale X. X = 0. f / x f : Distance focale 0 : Longueur donde centrale x : Diamètre sur le réseau

20 Stage Lasers Intenses 2008 J.C.Delagnes - Formation Lasers Intenses - Mise en forme temporelle et spectrale 20 Ligne « 4-f » : Résumé Défauts Couplages spatio-temporels Masque pixellisé : répliques temporelles Dispositif complexe Qualités Éprouvé, bien caractérisé Tous taux de répétition Forte puissance de sortie « Accordable » 0 et Description des couplages spatio- temporels : Matrice de Kostenbauder (généralisation des matrices ABCD)

21 Stage Lasers Intenses 2008 J.C.Delagnes - Formation Lasers Intenses - Mise en forme temporelle et spectrale 21 Ligne « 4-f » : Variantes Géométries : Agencement des éléments (minimiser les aberrations géométriques) Ligne repliée « 2-f » : Double passage/Miroir déformable Modulateur : LCD, Valve optique (non pixellisé) AOM Miroir déformable Optiques : Réseaux ou prismes Miroirs cylindriques ou lentilles

22 Stage Lasers Intenses 2008 J.C.Delagnes - Formation Lasers Intenses - Mise en forme temporelle et spectrale 22 PLAN Pourquoi le façonnage ? Une étape incontournable Des impulsions « à la carte » Mise en œuvre Limitation du façonnage temporel direct Passage au domaine spectral Réalisations pratiques Ligne à dispersion nulle (ligne 4-f) Filtre dispersif programmable (AOPDF) Conclusion

23 Stage Lasers Intenses 2008 J.C.Delagnes - Formation Lasers Intenses - Mise en forme temporelle et spectrale 23 Une nouvelle approche : AOPDF AcoustoOptic Programmable Dispersive Filter Interaction colinéaire avec une onde acoustique façonnée (modulateur RF) Auto-compensation de la dispersion chromatique du cristal

24 Stage Lasers Intenses 2008 J.C.Delagnes - Formation Lasers Intenses - Mise en forme temporelle et spectrale 24 AOPDF : le « Dazzler » Capacité de façonnage Augmente avec la taille du cristal Diminue avec la bande spectrale Compromis avec lefficacité Qualités Compact Géométrie simple « Plug-and-Play » Taux de rafraîchissement rapide Défauts Taux de répétition <10kHz (RF) Énergie < MW/cm² Dazzler TM (Fastlite)

25 Stage Lasers Intenses 2008 J.C.Delagnes - Formation Lasers Intenses - Mise en forme temporelle et spectrale 25 PLAN Pourquoi le façonnage ? Une étape incontournable Des impulsions « à la carte » Mise en œuvre Limitation du façonnage temporel direct Passage au domaine spectral Réalisations pratiques Ligne à dispersion nulle (ligne 4-f) Filtre dispersif programmable (AOPDF) Conclusion

26 Stage Lasers Intenses 2008 J.C.Delagnes - Formation Lasers Intenses - Mise en forme temporelle et spectrale 26 Quel choix ? Réponse complexe en fonction : Besoins réels Compromis acceptables Énergie Contraste Contrôle complet Forte complexité Tx Raf. Compacité Faible efficacité Répliques Phase seule Faible résolution Tx Raf. faible Dispositif complexe

27 Stage Lasers Intenses 2008 J.C.Delagnes - Formation Lasers Intenses - Mise en forme temporelle et spectrale 27 Nettoyage dimpulsion avant amplification Énergie Contraste Contrôle complet Forte complexité Tx Raf. Compacité Faible efficacité Répliques Phase seule Faible résolution Tx Raf. faible Dispositif complexe

28 Stage Lasers Intenses 2008 J.C.Delagnes - Formation Lasers Intenses - Mise en forme temporelle et spectrale 28 Séquence dimpulsions complexes amplifiées Énergie Contraste Contrôle complet Forte complexité Tx Raf. Compacité Faible efficacité Répliques Phase seule Faible résolution Tx Raf. faible Dispositif complexe

29 Stage Lasers Intenses 2008 J.C.Delagnes - Formation Lasers Intenses - Mise en forme temporelle et spectrale 29 FIN Remerciements : A. Monmayrant B. Chatel B. Girard


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