Journées des Phénomènes Ultrarapides, Bordeaux, mai 2009

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1 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

2 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

3 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

4 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

5 Groupe PCO, LOA Source laser
Source laser avant compression dans la fibre creuse : 25 fs, ~ 2 mJ, CEP-stabilisé (180 mrad 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 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

6 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

7 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

8 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

9 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

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

11 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

12 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

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

14 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

15 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