Journées des Phénomènes Ultrarapides, Bordeaux, mai 2009 " Génération d’impulsions mJ ultracourtes <5 fs par compression dans une fibre creuse en polarisation circulaire " Nom de la conf A. Malvache, X. Chen, A. Jullien, L. Canova, A. Borot, O. Albert, R. Lopez-Martens Laboratoire d’Optique Appliquée, ENSTA-PARISTECH-Ecole Polytechnique-CNRS, Palaiseau Journées des Phénomènes Ultrarapides, Bordeaux, mai 2009

Plan But : Génération d’harmoniques 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

Groupe PCO, LOA Génération d’harmoniques au kHz Laser + harmoniques Création d’un plasma en focalisant un laser sur une cible solide Le plasma réfléchit (P. Gibbon [1]) : Longueur d’onde 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 Densité électronique Laser (800nm) Image des attos (applications) [1] P. Gibbon "Harmonic generation by femtosecond laser-solid interaction: A coherent water window light source ?"  Phys. Rev. Lett., 76(1):50-53, Jan 1996

Groupe PCO, LOA Ce que nous faisons Génération d’impulsions courtes à haute intensité (<30 fs*, >2 mJ) Génération d’impulsions ultracourtes (<5 fs*) : interaction unique Stabilisation en phase (CEP) des impulsions Développement d’une cible tournante contrôlée à distance : expériences sous vide au kHz Cosinus 5fs pulse Sinus 5fs pulse Pictures from Xiaowei Images ultrashort pulse sinus et cosinus

Groupe PCO, LOA Source laser Source laser avant compression dans la fibre creuse : 25 fs, ~ 2 mJ, CEP-stabilisé (180 mrad RMS) @ 1kHz à partir d’un Femtopower reconfiguré : Etirement verre dopé + Dazzler (L. Canova et al [2]) 2 étages d’amplification 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 RMS) @ 1kHz Picture of the 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

Compression dans la fibre creuse Approche simplifiée Elargir le spectre pour raccourcir l’impulsion Auto-Modulation de phase (AMP) A haute intensité dans un milieu d’indice n0, n=n0+n2I, n2 indice non-linéaire Propagation dans du Néon Ionisation à haute énergie Peu d’absorption et de dispersion Pression ajustable : n2(P)=n2(P0)*P/P0 Picture of the fiber

Compression dans la fibre creuse Approche simplifiée Utilisation d’un guide d’onde pour conserver un bon profil spatial : Fibre creuse remplie de gaz Miroirs "chirpés" Dispersion négative pour mettre tout le spectre en phase Picture of the fiber

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 AMP Ionisation Auto- focalisation Défocalisation Décalage vers le bleu Spectre plus large, symétrique Spectre plus large, asymétrique Pertes

Intensité max (simulée) W/cm² Intensité max (simulée) W/cm² Compression dans la fibre creuse Avantages de la polarisation circulaire Indice non linéaire plus petit (n2CP=2/3 n2LP [3]) Moins d’auto-modulation de phase  Moins d’auto-focalisation  Taux d’ionisation plus faible  La polarisation circulaire (CP) apparaît comme un bon compromis à haute énergie (>1mJ) Polarisation Circulaire Intensité max (simulée) W/cm² Taux d’ionisation s-1 1 mJ 2 bar 3e14 3.0e11 2 mJ 1 bar 5e14 5.6e12 Polarisation Linéaire Intensité max (simulée) W/cm² Taux d’ionisation s-1 1 mJ 2 bar 3e14 1.4e12 2 mJ 1 bar 6.5e14 7.5e13 [3] R. W. Boyd, Nonlinear Optics (Academic Press, Second Edition, New York, 2003) p203

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

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

CP vs LP dans la fibre creuse: Oscillations longitudinales (1. 6mJ 1 CP vs LP dans la fibre creuse: Oscillations longitudinales (1.6mJ 1.6bar) Oscillation intrinsèque entre les deux premiers modes spatiaux (T=7cm) J00 J01 Mesures expérimentales Résultats de simulation

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

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

Merci de votre attention ! Conclusion Polarisation circulaire requise pour comprimer dans une fibre creuse des impulsions >1mJ CP : diminution de l’ionisation 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 d’impulsions 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