“ Lasers femtoseconde Yb3+: BOYS et Yb3+: SYS ” Pierre Raybaut Soutenance de thèse LOA

Lasers femtoseconde ytterbium Introduction Contexte scientifique : Lasers femtoseconde ytterbium Source optique cohérente (éventuellement amplifiée) Produisant des impulsions brèves Utilisant des matériaux dopés à l’ytterbium Lasers solides Lasers pompés par diodes Efficacité, compacité, fiabilité, faible coût, simplicité Sujet de thèse : Étudier de nouveaux cristaux dotés de larges spectres d’émission : Yb3+: SYS, Yb3+: BOYS Réaliser une chaîne laser femtoseconde amplifiée utilisant ces matériaux.

Lasers femtoseconde Des applications dans de nombreux domaines Chirurgie oculaire Source : emedecine.com Médecine Recherche Source : ELSA Microscopie Industrie Micro-usinage Source : Thalès Laser

Usinage athermique Un exemple concret : « la découpe de bois » Laser nanoseconde Laser femtoseconde Dans le monde de la machine outil, l'arrivée du laser a constitué une petite révolution. Avec un laser, l'usinage se fait sans contact mécanique, ce qui permet à la fois rapidité et précision. Le développement des techniques laser dans l'industrie du bois a toutefois été freiné par le fait qu'un faisceau laser brûle le bois dans des conditions standard d'utilisation. Le laser a été pourtant mis en œuvre dans des domaines précis où la brûlure d'usinage n'est pas limitante. On peut citer la fabrication de gabarit curviligne pour des coques de bateaux ou les emportes pièces pour cartonniers. Dans certains cas cette brûlure est au contraire à la base du procédé comme par exemple dans le cas de la gravure. Les développements très récents des technologies laser ont conduit à la réalisation de sources impulsionnelles, dont la durée d'impulsion est de plus en plus courte, pouvant atteindre aujourd'hui quelques femtosecondes (une femtoseconde (fs) = 10-15 s, c'est à dire un millionième de milliardième de seconde). On parle alors d'impulsions ultra-courtes. Dans le cadre des industries du bois, une propriété extrêmement intéressante des impulsions ultra-courtes est de ne pas brûler l'échantillon usiné. Le bois comme matériau Le bois est un matériau biologique très hétérogène et intrinsèquement fibreux. L'orientation des fibres du bois est un paramètre essentiel. Typiquement le diamètre d'une fibre correspond à la taille d'un faisceau laser focalisé. Par ailleurs, le bois est connu pour être un très bon isolant thermique, pratiquement dix fois plus que le béton. Cette propriété est un facteur limitant si l'on considère l'interaction laser-matériau. En effet la densité de puissance crête apportée par un faisceau laser peut être considérable (de l'ordre de 1013 W/cm2 pour un faisceau focalisé). Cette puissance est bien sûr utilisée pour pulvériser la matière (phénomène d'ablation laser) mais pendant la durée de ce phénomène d'ablation, un processus de diffusion thermique évacue une partie de l'énergie dans le matériau. Comme la conductivité thermique du bois est faible, cette énergie s'accumule dans un faible volume ce qui conduit à la carbonisation de la zone affectée thermiquement. Une des caractéristiques importantes d'un faisceau laser est sa nature continue ou impulsionnelle. Les sources continues peuvent atteindre une puissance moyenne de plusieurs kW, voire dizaines de kW. En milieu industriel, les sources laser continues les plus répandues sont les laser CO2. Il existe aussi des sources impulsionnelles. La puissance moyenne de telles sources est alors plus faible, mais la puissance crête (puissance disponible pendant la durée d'impulsion) est alors beaucoup plus élevée. Pour des durées d'impulsions s'étendant de la gamme milliseconde (10-3 s) jusqu'à la nanoseconde (10-9 s), le phénomène de brûlure évoqué ci-dessus semble toujours être observé sur le bois, même si des optimisations de procédés sont possibles. Les technologies ultra-brèves La puissance dont on peut disposer dans un faisceau laser composé d'impulsions femtoseconde est capable d'usiner par ablation n'importe quel type de matériaux, même ceux qui restaient inaccessibles aux techniques laser. Les propriétés étonnantes de l'interaction laser-matière en mode femtoseconde expliquent la richesse des applications de ce type de sources. Dans le cas du bois, les conséquences du caractère peu thermique de l'interaction sont spectaculaires. Alors que l'on a mentionné que la plupart des lasers brûlaient les échantillons de bois traités, l'usinage femtoseconde du bois ne laisse aucune trace, y compris sur les essences les plus claires comme l'érable sycomore. Les photographies ci-dessus démontrent tout à fait les propriétés spécifiques de l'interaction laser- matière dans le cas du bois. La brièveté de l'interaction laser bois court-circuite les phénomènes de diffusion thermique à l'origine des effets de carbonisation obtenus avec des lasers conventionnels. Cependant, comme dans le cas de l'usinage laser en général, l'usinage femtoseconde du bois reste très sensible à la nature de l'essence. Perspectives industrielles Parallèlement aux essais présentés, un questionnaire a été réalisé auprès d'industriels de l'ameublement, dans l'objectif d'avoir un aperçu général des besoins existants en terme de découpe du bois. On note un fort a priori des entreprises quant aux effets thermiques d'une machine laser, car les techniques utilisées actuellement carbonisent le chant. Pourtant, il existerait des applications spécialisées particulièrement intéressantes telles que la découpe de panneaux de particules. Le taux de perte dans le débit en panneaux de particules est actuellement de 16.8% avec les techniques de découpe mécanique. Par une meilleur optimisation du débit, l'utilisation du laser permettrait de réaliser des gains de matière si, bien sûr, les chants ne sont pas brûlés. Un autre intérêt est une diminution des rebuts par l'absence d'éclats. Toutefois il est nécessaire d'avoir une capacité de découpe d'épaisseurs variées et une cadence élevée pour s'adapter à l'industrie du bois. Les essais préliminaires réalisés montrent à l'évidence que le laser à impulsion ultra-courte ne peut faire face aujourd'hui à de telles applications du fait de sa capacité trop faible en épaisseur, liée à la puissance moyenne encore modérée des sources (1-2 W). En revanche, cette technologie peut s'adresser aujourd'hui à des métiers spécifiques qui ont pour contraintes principales la finesse du travail et/ou une qualité irréprochable de l'état de surface des chants, comme l'industrie du jouet, la marqueterie, les modèles réduits, la lutherie et dans le cas de découpes curvilignes. La question qui se pose alors est la capacité d'investissement des entreprises présentes dans ces secteurs, qui sont souvent des PME. On peut faire l'hypothèse que les propriétés de ces nouveaux laser permettraient de modifier sensiblement l'image de l'outil laser dans le cadre de la découpe du bois. Cependant, les sources laser femtoseconde aujourd'hui disponibles ne peuvent répondre que partiellement aux besoins de l'industrie du bois et de l'ameublement. On peut s'attendre à un fort développement de cette technologie lorsque des sources fiabilisées de forte puissance moyenne seront disponibles, ce qui peut s'envisager à l'horizon de deux à trois ans. Remarquons qu'un brevet américain (US patent n°5862845, 1999) est déjà déposé pour un type de découpe du bois par impulsion laser ultra-courtes. Vidéos extraites du CD ROM : « Le laser femtoseconde, un rayon pour le futur » Réalisation Mario PONTA

Lasers femtoseconde ytterbium Des applications dans de nombreux domaines Chirurgie oculaire Source : emedecine.com Médecine Recherche Source : ELSA Microscopie Industrie Micro-usinage Source : Thalès Laser Marché actuellement dominé par : les lasers Ti:Sa (i.e. saphir dopé au titane) sources laser performantes pompage direct par diodes laser impossible : dispositifs complexes et peu efficaces les lasers Yb3+: KGW (assez récemment) But de cette thèse : Développer une nouvelle alternative : les lasers femtoseconde Yb3+: SYS (ou Yb3+: BOYS) KGW : matériau bien connu Nous : utiliser des cristaux complètement nouveaux

+ Plan Nouveaux cristaux dopés à l’Yb3+ Laser femtoseconde Yb3+: SYS Maintenant Nouveaux cristaux dopés à l’Yb3+ Yb3+: SYS Laser femtoseconde Yb3+: SYS Résultats expérimentaux Atténuation et simulation du rétrécissement spectral par le gain Conclusion et perspectives + court puissant

Spectroscopie de l’ion ytterbium Propriétés communes à tous les matériaux dopés à l’Yb3+ : structure simple : pas de transferts d’énergie non radiatifs ; pas d’absorption par l’état excité. pompage à 980 nm : pic d’absorption très intense ; diodes laser de puissance ; faible défaut quantique : 8 % à 1,06 µm ; laser quasi-trois niveaux : b=DN/N < 50%. Niveaux d’énergie de l’ion ytterbium 2F5/2 2F7/2 1080 nm 1050 nm 980 nm b : taux d’inversion de population DN : inversion de population N : population totale

Nouveaux cristaux dopés à l’ytterbium Cristaux récemment découverts : Yb3+: SYS, Yb3+: BOYS, Yb3+: GdCOB, … Collaboration : Spécificités de ces nouveaux matériaux dopés à l’ytterbium : bande d’émission très large ; propriétés thermiques satisfaisantes. Laboratoire de Chimie Appliquée de l’État Solide Équipe Lasers Solides et Applications Recherche et fabrication de nouveaux cristaux Développement de nouvelles sources laser Impulsions brèves Impulsions énergétiques

Spectroscopie de l’Yb3+: SYS Élargissement des raies de l’ytterbium : Spectre d’absorption 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 850 900 950 1000 1050 Longueur d’onde (nm) Section efficace (pm²) 2F5/2 2F7/2 Interaction électron-phonon Désordre structurel Spectre d’émission Longueur d’onde (nm) Section efficace (pm²) 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 900 950 1000 1050 1100 1150

Cristallogenèse de l’Yb3+: SYS Formule chimique de l’Yb3+: SYS : Yb3+: SrY4(SiO4)3O De la classe des silicates : fusion congruente à 1900°C ; bonnes propriétés thermomécaniques. Croissance cristalline par la méthode de Czochralski. De forts taux de dopage sont réalisables : jusqu’à 100%. Multiples sites d’accueil pour l’Yb3+ : désordre structurel important.

Cristallographie de l’Yb3+: SYS Yb3+: SrY4(SiO4)3O Structure cristallographique de la matrice de SYS : Axe c Axe c Sites 6h (Y) SiO4 Sites 4f (Sr ou Y) Légende Désordre structurel dans l’Yb3+: SYS : multiples sites d’accueil pour l’Yb3+ sites 4f occupés à moitié par le strontium et l’yttrium ; l’ytterbium se substitue préférentiellement avec l’yttrium ; si l’ytterbium se substitue avec le strontium : défaut de charge. Spectre de gain très large Désordre important

Spectroscopie de l’Yb3+: SYS Section efficace d’absorption : Spectre d’absorption de l’Yb3+: SYS 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 850 900 950 1000 1050 Longueur d’onde (nm) Section efficace (pm²) 910 nm 2F5/2 980 nm 940 nm 2F7/2

Spectroscopie de l’Yb3+: SYS Section efficace d’émission : Spectre d’émission de l’Yb3+: SYS Longueur d’onde (nm) Section efficace (pm²) 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 900 950 1000 1050 1100 1150 2F5/2 1050 nm 980 nm 1080 nm 1050 nm 1080 nm 2F7/2

Spectroscopie de l’Yb3+: SYS Section efficace de gain : Dl = 75 nm 2F5/2 2F7/2 1080 nm 1050 nm 980 nm b=50% b croissant 0% < b < 50% Taux d’inversion (de population) : b augmente avec l’intensité laser de pompe

Nouveaux cristaux dopés à l’ytterbium Comparaison avec d’autres matériaux dopés à l’ytterbium : Matériau Dl (nm) se (pm²) K (W/m/K) * Yb3+: SYS 75 0,3 ≈ 2,2 Yb3+: BOYS 0,2 1,5 Yb3+: Verre 35 0,05 0,85 Yb3+: KGW 25 2,8 3,8 Yb3+: YAG 9 2,2 11 Grandeur Indication Dl Largeur spectrale 1 Durée se Section efficace d’émission Gain K Conductivité thermique Propriétés thermiques Stratégie adoptée pour cette thèse Choix n°1 : à spectre très large ; à faible gain. Choix n°2 : à spectre moyennement large ; à fort gain. * Matériau non dopé.

Récapitulatif Avantages : fortes sections efficaces d’émission ; (parmi les nouveaux cristaux dopés à l’ytterbium) Longueur d’onde (nm) Section efficace d’émission (pm²) Domaine nouveau : contraintes, peu d’échantillons, cristallo non encore maîtrisée

Yb3+: SYS Récapitulatif Avantages : Inconvénients : fortes sections efficaces d’émission ; (parmi les nouveaux cristaux dopés à l’ytterbium) spectre de gain très large ; bonnes propriétés thermiques. Inconvénients : faible gain ; (par rapport aux autres matériaux dopés à l’ytterbium) domaine d’étude nouveau. Yb3+: SYS Domaine nouveau : contraintes, peu d’échantillons, cristallo non encore maîtrisée

+ Plan Nouveaux cristaux dopés à l’Yb3+ Laser femtoseconde Yb3+: SYS Maintenant Nouveaux cristaux dopés à l’Yb3+ Yb3+: SYS, Yb3+: BOYS … Laser femtoseconde Yb3+: SYS Résultats expérimentaux Atténuation et simulation du rétrécissement spectral par le gain Conclusion et perspectives + court puissant

Éléments de base d’un laser femtoseconde Amplificateur multipassage Oscillateur femtoseconde Miroir Coupleur de sortie Impulsion laser Milieu amplificateur Absorbant saturable Dispersion négative = Matériau laser à large spectre d’émission

Oscillateur femtoseconde Yb3+: SYS Montage expérimental : Yb3+: SYS (long de 3 mm) Banc de pompe Miroirs dichroïques SESAM (absorbant saturable à semi-conducteur) fourni par Thalès RT x6 Diode laser 4W (1µm x 100µm) l≈976nm Fente Prismes (SF10) l0=1070nm Coupleur de sortie (2%)

Oscillateur femtoseconde Yb3+: SYS Impulsions les plus courtes Autocorrélation Spectre Longueur d’onde centrale : 1070 nm Performances Dt ≈ 94 fs Dl ≈ 14 nm DnDt ≈ 0,35 Psortie(2%) ≈ 110 mW @ 108MHz Notations Dt Durée d’impulsion Dl Largeur spectrale Psortie Puissance moyenne de sortie

Oscillateur femtoseconde Yb3+: SYS Impulsions les plus énergétiques Autocorrélation Spectre 1,55 x 110 fs 12 nm Rendement optique-optique de 10 % ! Longueur d’onde centrale : 1066 nm Performances Dt ≈ 110 fs Dl ≈ 12 nm DnDt ≈ 0,33 Psortie(6%) ≈ 420 mW @ 98MHz Notations Dt Durée d’impulsion Dl Largeur spectrale Psortie Puissance moyenne de sortie

Oscillateur femtoseconde Yb3+: SYS Comparaison des résultats Matériau Durée expérimentale record Longueur d’onde centrale Principe de l’absorbant saturable Yb3+: Verre 58 fs 1020 nm SESAM Yb3+: BOYS 69 fs 1062 nm Yb3+: KYW 71 fs 1025 nm KLM * Yb3+: SYS 94 fs 1070 nm Yb3+: KGW 112 fs 1045 nm Yb3+: YAG 340 fs 1031 nm * « Kerr Lens Mode-locking » : verrouillage de modes par lentille de Kerr

Éléments de base d’un laser femtoseconde Amplificateur multipassage Oscillateur femtoseconde Milieu amplificateur Impulsion laser N passages = Matériau laser à large spectre d’émission

Amplificateur multipassage Amplificateur régénératif : N grand (de 50 à 200 typiquement) Gain par passage : petit Gain global de l’ordre de 105 à 107. Milieu amplificateur Polariseur Miroir Cellule de Pockels Pompe

Amplification à dérive de fréquence Oscillateur femtoseconde Yb3+: SYS Amplificateur régénératif Yb3+: SYS Étireur 0,5 nJ 360 ps Étirement d’un facteur allant de 2000 à 4000 Compresseur > 120 fs ~ 0,1 mJ Enveloppe de l’impulsion Puissance crête de 8 kW Puissance crête de 0,8 GW Énergie par impulsion 1 nJ ~ 0,1 mJ Focalisé sur Ø 300 µm : I2 ~ 1 TW/cm² Durée de l’impulsion 120 fs 120 fs Seuils de dommage (verres, silice,…) : ~ 10 GW/cm² = 1000 I1 = I2/100 Focalisé sur Ø 300 µm : I1 ~ 10 MW/cm²

Amplification à dérive de fréquence Oscillateur femtoseconde Yb3+: SYS Amplificateur régénératif Yb3+: SYS Étireur Compresseur Étireur de type Öffner Réalisé en collaboration avec le . LOA Compresseur classique à deux réseaux

Amplificateur régénératif Yb3+: SYS Seuil de dommage Gain faible de l’Yb3+: SYS Petites sections de faisceau Endommagements du cristal d’Yb3+:SYS Fluence intracavité importante Gain petit signal : Énergie stockée dans le cristal Section du faisceau laser dans le cristal Fluence de saturation du cristal S trop petite : endommagements S trop grande : pas assez de gain Nécessité de trouver un compromis

Amplificateur régénératif Yb3+: SYS Montage expérimental Miroir dichroïque Yb:SYS (long de 5 mm) Banc de pompe Diode laser (4W) Ø = 270 µm Ø = 850 µm l/4 Cellule de Pockels Polariseur Éjection Injection Temps d’aller-retour dans la cavité : ~ 9,1 ns Cadence : de 200 Hz à 1 kHz

Fonctionnement de l’amplificateur : Amplificateur régénératif Yb3+: SYS Phases de stockage et d’extraction d’énergie Fonctionnement de l’amplificateur : Photodiode rapide

Fonctionnement de l’amplificateur : Amplificateur régénératif Yb3+: SYS Phases de stockage et d’extraction d’énergie Fonctionnement de l’amplificateur : Pertes intracavité Phase de stockage d’énergie Phase d’extraction d’énergie Temps de création Intensité intracavité Vue schématique Photodiode rapide

Résultats expérimentaux Amplificateur régénératif Yb3+: SYS Phases de stockage et d’extraction d’énergie Fonctionnement de l’amplificateur : Temps de création de 900 ns Temps de création de 1,6 µs 9,1 ns Résultats expérimentaux Photodiode rapide Sans injection Injection

Amplificateur régénératif Yb3+: SYS Résultats expérimentaux Autocorrélation Spectre 3,4 nm 1,55 x 380 fs 10 nm Performances à 1 kHz après compression : Énergie par impulsion 70 µJ Largeur spectrale amplifiée 3,4 nm Durée des impulsions 380 fs DnDt 0,34 Stabilité RMS < 3% (Entrée : ≈ 1 nJ) (Entrée : 10 nm) (Entrée : 120 fs)

Amplificateur régénératif Yb3+: SYS Étude en cadence Énergie en fonction de la cadence :

Amplificateur régénératif Yb3+: SYS Comparaison des résultats Matériau Durée expérimentale record Énergie Cadence Puissance totale de pompe Efficacité optique-optique* Yb3+: Verre 200 fs 1 mJ 150 Hz 80 W à 980 nm 0,19 % Yb3+: SYS 380 fs 70 µJ 1 kHz 4 W 1,75 % Yb3+: KYW 400 fs 40 µJ 3,2 W à 940 nm 1,25 % Yb3+: KGW 420 fs 120 µJ 15 W 0,80 % 460 fs 65 µJ 20 W 0,32 % * Rapport entre puissance moyenne de sortie et puissance totale de pompe.

+ Plan Nouveaux cristaux dopés à l’Yb3+ Laser femtoseconde Yb3+: SYS Yb3+: SYS, Yb3+: BOYS … Laser femtoseconde Yb3+: SYS Résultats expérimentaux Atténuation et simulation du rétrécissement spectral par le gain Conclusion et perspectives Maintenant + court puissant

Dernière partie de la soutenance Tendances Travail sur le spectre des impulsions Quel est le lien entre spectre et enveloppe temporelle ? Maintenant Atténuation et simulation du rétrécissement spectral par le gain

Transformée de Fourier Lien entre Dl et Dt Oscillateur femtoseconde Yb3+: SYS Amplificateur régénératif Yb3+: SYS Étireur Compresseur Dl Dtentrée Dtsortie>DtTF Transformée de Fourier DtTF r = Dtsortie DtTF Justification : défauts de compression / phase résiduelle non compensée Définition de r : Mesure de r : r ~ 1,23

Qu’est ce que le RSG ? Rétrécissement Spectral par le Gain (RSG) Spectre injecté Amplificateur régénératif (spectre de gain) Spectre amplifié Longueur d’onde Puissance Longueur d’onde Puissance Longueur d’onde Puissance Rétrécissement Spectral par le Gain (RSG)

Simulation réaliste du RSG Mieux comprendre Pour mieux prévoir Prévoir la largeur spectrale en fin de chaîne ; Identifier les paramètres clef. Simulation numérique du RSG : modèle de type Frantz-Nodvik adapté au lasers quasi-trois niveaux et généralisé au cas non monochromatique

Simulation réaliste du RSG

Atténuation du RSG Comment atténuer le RSG ? Diminuer le nombre d’allers-retours N. Augmenter la largeur du spectre de gain : en changeant de matériau laser, en augmentant le taux d’inversion de population moyen. « Trouer » le spectre : du gain du matériau laser, du spectre des impulsions avant amplification. Saturation du gain Diminuer N : oui, mais ça suppose augmenter G0, et dépasser le seuil de dommage Dazzler®

Atténuation du RSG Saturation du gain Saturation du gain : augmentation du taux d’inversion b b=50% b croissant Dl = 75 nm b = 10%, 20%, 30%, 40% et 50%

Atténuation du RSG Saturation du gain Saturation du gain : augmentation du taux d’inversion b b=10% Dl = 53 nm Cristal long de 1,5 mm b croissant Cristal long de 5 mm Dl = 44 nm b = 6%, 7%, 8%, 9% et 10%

Atténuation du RSG Saturation du gain Résultats expérimentaux : + 20% de largeur spectrale Énergie par impulsion ~ 10 µJ 4,1 nm 3,4 nm Saturation du gain Échantillon d’Yb3+: SYS long de 5 mm Échantillon d’Yb3+: SYS long de 1,5 mm Largeur spectrale amplifiée 3,4 nm 4,1 nm

Atténuation du RSG Comment atténuer le RSG ? Diminuer le nombre d’allers-retours N. Augmenter la largeur du spectre de gain : en changeant de matériau laser, en augmentant le taux d’inversion de population moyen. « Trouer » le spectre : du gain du matériau laser, du spectre des impulsions avant amplification. Saturation du gain Diminuer N : oui, mais ça suppose augmenter G0, et dépasser le seuil de dommage Dazzler®

Atténuation du RSG Simulation du trou spectral Simulation de l’influence de la profondeur du trou spectral :

Atténuation du RSG Utilisation d’un Dazzler® Photographie : Mise en œuvre expérimentale simple et rapide. Intégration dans la chaîne complète : Filtre acousto-optique programmable Interaction acousto-optique colinéaire dans un matériau massif. © Fastlite Oscillateur femtoseconde Yb3+: SYS Amplificateur régénératif Yb3+: SYS Dazzler® Étireur Compresseur

Atténuation du RSG Utilisation d’un Dazzler® Filtre acousto-optique programmable via un signal électrique temporel radiofréquence. Agit aussi bien sur l’amplitude que sur la phase spectrale des impulsions. Principe de fonctionnement : Cristal de TeO2 Axe ordinaire (rapide) Onde acoustique z Impulsion étirée et modelée Axe extraordinaire (lent) Impulsion brève

Atténuation du RSG Utilisation d’un Dazzler® Spectres mesurés Enveloppes temporelles calculées Profondeur du trou croissante Durée décroissante

Atténuation du RSG Utilisation d’un Dazzler® Exemples de résultats obtenus : Paramètres du trou spectral Résultats expérimentaux Résultats déduits par calcul Longueur d’onde centrale Largeur à mi-hauteur Largeur à mi-hauteur Durée corrigée Profondeur Durée par TF ltrou (nm) Dltrou (nm) Htrou Dlsortie (nm) DtTF (fs) rDtTF (fs) - 4,0 320 390 1065,0 5,3 1,00 210 260 1064,8 0,88 6,4 220 270 1064,3 8,3 0,94 5,7 240 290 1 2 3 4

Atténuation du RSG Utilisation d’un Dazzler® Entrée Sortie simulée Sortie expérimentale 1 2 Outil fiable de prévision Simulation numérique 3 4

+ Plan Nouveaux cristaux dopés à l’Yb3+ Laser femtoseconde Yb3+: SYS Yb3+: SYS, Yb3+: BOYS … Laser femtoseconde Yb3+: SYS Résultats expérimentaux Atténuation et simulation du rétrécissement spectral par le gain Conclusion et perspectives Maintenant + court puissant

Conclusion Dt E f l0 Dt E f l0 Oscillateur femtoseconde Yb3+: SYS : Impulsions très courtes (pour un oscillateur femtoseconde ytterbium) Grande efficacité optique-optique (10%) Amplificateur régénératif Yb3+: SYS : Impulsions très courtes (pour un amplificateur pompé par diodes) Grande efficacité optique-optique (1,75%) Manipulations spectrales avec le Dazzler® : Dt < 300 fs Dt E f l0 94 fs 1 nJ 108 MHz 1070 nm 110 fs 4 nJ 98 MHz 1066 nm Dt E f l0 380 fs 70 µJ 1 kHz 1066 nm Transition : ces performances sont d’autant plus intéressantes qu’elles peuvent être encore améliorées.

Perspectives Améliorations possibles de l’oscillateur : optimisation du cristal : longueur, dopage, … optimisation du SESAM augmentation de l’intensité de pompe Améliorations possibles de l’amplificateur : augmentation de la puissance de pompe minimisation des pertes optimisation du cristal : longueur, traitement de surface,… compensation du RSG avec le Dazzler®. Oscillateur femtoseconde Yb3+:SYS Amplificateur régénératif Yb3+:SYS

Perspectives Améliorations possibles de l’oscillateur : optimisation du cristal : longueur, dopage, … optimisation du SESAM augmentation de l’intensité de pompe Améliorations possibles de l’amplificateur : augmentation de la puissance de pompe minimisation des pertes optimisation du cristal : longueur, traitement de surface,… compensation du RSG avec le Dazzler®. Oscillateur femtoseconde Yb3+:SYS Amplificateur régénératif Yb3+:SYS

Ecrit et Realise par Pierre Raybaut

Produit par Thales Laser CNRS

Dirige par Alain Brun

Producteurs executifs Frederic Druon Patrick Georges Francois Balembois

Musique de eScape project

Avec, par ordre alphabetique : Laboratoire d’optique appliquée Frédérika Augé Jean-Paul Chambaret Thales Research and Technologies Jean-Pierre Huignard Christian Larat Thales Laser Franck Falcoz Eric Lalier Laboratoire pour l’utilisation des lasers intenses Catherine Le Blanc Fastlite Daniel Kaplan Pierre Tournois ~ Equipe Lasers Solides et Applications François Balembois Alain Brun Frédéric Druon Patrick Georges Thierry Lépine Gaelle Lucas-Leclin Gérard Roger Aude Bouchier Sébastien Chénais Claude Doulé Sébastien Forget Elvire Guiot Mathieu Jacquemet Renaud Lebrun Yann Louyer Sébastien Pelletier Stéphane Victori Sylvie Yiou Institut d’Optique Thierry Avignon Lionel Jacubowiez Marie-Thérèse Plantegenest Jacky RObin