Source ultra-brève à haute cadence par injection d’un oscillateur à phase stabilisée dans un NOPA pompé par un laser à fibre J. Nillon, S. Montant, J.

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1 Source ultra-brève à haute cadence par injection d’un oscillateur à phase stabilisée dans un NOPA pompé par un laser à fibre J. Nillon, S. Montant, J. Boullet, R. Desmarchelier, Y. Zaouter, E. Cormier et S. Petit Centre Lasers Intenses et Applications (CELIA) UMR CEA-CNRS-Université Bordeaux 1

2 Objectifs Développement d’une source adaptée à la génération d’harmoniques d’ordre élevé : Mesure de coïncidences pour les phénomènes probabilistes source très haute cadence Génération d’impulsions attosecondes uniques stabilisation de la phase haute intensité (énergie+impulsions ultra-courtes) Impulsions < 20 fs Cadence 20 kHz-100 kHz Energie par impulsion 1 mJ Phase stabilisée Cahier des charges :

3 Choix d’architecture Source : CPA Titane : Saphir × 
Taux de récurrence Intensité crête Impulsions ultra-courtes Stabilisation de la phase Post-compression Capillaire / filament E = 0.5 – 3 mJ Dl = 200 nm Dt = 5 fs OPA/NOPA/OPCPA l = nm E = 0.01 – 100 mJ Dl = octave Dt = 4-10 fs

4 Post-compression Capillaire / filament Dt = 50 fs
Choix d’architecture Source : CPA à fibres Yb (FCPA) Taux de récurrence Intensité crête Impulsions ultra-courtes Stabilisation de la phase  Post-compression Capillaire / filament Dt = 50 fs OPA/NOPA/OPCPA l = nm E = 0.01 – 100 µJ Dl = 200 nm Dt < 10 fs

5 Synchronisation active
Choix d’architecture : synchronisation OPCPA Synchronisation active Synchronisation électronique Source signal Etireur signal 800 nm Amplificateurs paramétriques Compresseur Source pompe FCPA 1030 nm

6 Synchronisation passive
Choix d’architecture : synchronisation OPCPA Synchronisation passive Oscillateur femtoseconde Etireur signal 800 nm Amplificateurs paramétriques Compresseur FCPA 1030 nm Obtention de la longueur d’onde de pompage des fibres (1030 nm) : Décalage non linéaire (soliton) Injection directe : oscillateur à phase stabilisée, spectre couvrant une octave Rainbow (Femtolasers)

7 Développement de la pompe FCPA
Oscillateur Rainbow Source : Femtolasers Ti : Sa Phase stabilisée Cadence 78 MHz Dl = dB Signal OPCPA Signal FCPA

8 Développement de la pompe FCPA
Oscillateur Rainbow Séparation spectrale Signal FCPA Signal OPCPA Spectre injecté dans le FCPA : E = nm Dl = 20 nm

9 Développement de la pompe FCPA
Oscillateur Rainbow Séparation spectrale Préampli 1 Fibre Yb PM 40/200 Signal OPCPA Lfibre= 1,5 m Ppompe = 25 W 78 MHz P = 0,8 W Dl = 15 nm

10 Développement de la pompe FCPA
Oscillateur Rainbow Séparation spectrale Etireur de Öffner Préampli 1 Fibre Yb PM 40/200 Signal OPCPA Réseau image Réseau Miroir secondaire Miroir primaire Centre de courbure Entrée sous le dièdre Dièdre f/2 Durée étirée 1,5 ns Efficacité h = 40% 78 MHz P = 0,3 W Dl = 15 nm

11 Développement de la pompe FCPA
Préampli 2 Fibre Yb PM 40/200 Oscillateur Rainbow Séparation spectrale Etireur de Öffner Préampli 1 Fibre Yb PM 40/200 Signal OPCPA Lfibre= 1,5 m Ppompe = 25 W 78 MHz P = 4 W Dl = 10 nm

12 Développement de la pompe FCPA
Préampli 2 Fibre Yb PM 40/200 Oscillateur Rainbow Séparation spectrale Etireur de Öffner Préampli 1 Fibre Yb PM 40/200 Signal OPCPA Cellule de Pockels Sortie préampli 2 ISO Pockels 100 kHz Résidu PBS Contraste ~104 100 kHz P = 3 mW Dl = 10 nm

13 Développement de la pompe FCPA
Préampli 2 Fibre Yb PM 40/200 Oscillateur Rainbow Séparation spectrale Etireur de Öffner Préampli 1 Fibre Yb PM 40/200 Signal OPCPA Cellule de Pockels Préampli 3 Fibre Yb PM 40/200 Lfibre= 1,2 m Ppompe = 60 W 100 kHz P = 1,5 W Dl = 8 nm

14 Développement de la pompe FCPA
Préampli 2 Fibre Yb PM 40/200 Oscillateur Rainbow Séparation spectrale Etireur de Öffner Préampli 1 Fibre Yb PM 40/200 Signal OPCPA Cellule de Pockels Ampli de puissance Fibre Yb PM 80/200 Préampli 3 Fibre Yb PM 40/200 Lfibre= 1,2 m Ppompe = 200 W 100 kHz P = 15 W Dl = 6 nm

15 Développement de la pompe FCPA
Préampli 2 Fibre Yb PM 40/200 Oscillateur Rainbow Séparation spectrale Etireur de Öffner Préampli 1 Fibre Yb PM 40/200 Signal OPCPA Cellule de Pockels Compresseur Ampli de puissance Fibre Yb PM 80/200 Préampli 3 Fibre Yb PM 40/200 Durée comprimée 390 fs Efficacité h = 45% 100 kHz P = 7 W Dl = 6 nm

16 Développement de la pompe FCPA
Préampli 2 Fibre Yb PM 40/200 Oscillateur Rainbow Séparation spectrale Etireur de Öffner Préampli 1 Fibre Yb PM 40/200 Signal OPCPA Cellule de Pockels Doublage en fréquence Compresseur Ampli de puissance Fibre Yb PM 80/200 Préampli 3 Fibre Yb PM 40/200 Cristal KDP type I 2 mm Efficacité h = 35% 100 kHz P = 2,5 W l = 515 nm Dl = 6 nm

17 Amplification paramétrique large bande
Pompe FCPA 515 nm Signal Rainbow 800 nm Diagnostiques (autoco, SHG-FROG) BBO Type I Prismes SF-10 Bloc de silice 10 mm a Dl = 250 nm Accord de phase ultra large bande

18 Amplification paramétrique large bande
Spectre amplifié 100 nm  8,8 fs (TF) Dtautocorrélation = 22 fs (FHWM) Dtreconstruit = 15 fs (FHWM) Bonne qualité spatiale Troisième ordre de dispersion résiduel E = kHz

19 Amplification paramétrique large bande
Dernière minute… Dtautocorrélation = 14 fs (FHWM) Dtreconstruit = 10 fs (FHWM) À confirmer (FROG)…

20 Conclusion… … Et perspectives 1 µJ, 10 fs, 100 kHz à 800 nm
Synchronisation intrinsèque Stabilité de la pompe due à l’injection directe (pas de procédé non-linéaire) … Et perspectives Mesure de stabilité de la phase à 100 kHz Augmentation de l’énergie de sortie Travail sur le FCPA, E= 1 mJ en sortie de dernier ampli visée (démonstration faite par J. Limpert à Jena) Ajout d’un ou deux étages NOPA supplémentaires, énergie visée 10 à 50 µJ Accroissement de la bande amplifiée dans le NOPA pour Dt < 10 fs

21 - Merci de votre attention -