Compression de pulse laser copie

Compression de pulses laser.

Deux possibilités: fibre pleine et fibre creuse cela dépend de l'énergie injectée et de la durée désirée.
La compression de pulses picosecondes et femtosecondes à lieu dans les fibres optique dont le coeur est en verre ou en quartz pour des puissances instantanée dans le domaine du kW ! Cette compression se produit par l'élargissement spectral dû à la variation de l'indice de réfraction non linéaire n2 produit par la forte intensité lumineuse qui parcoure la fibre.
On utilise ce genre de fibre pour produire de la lumière blanche sans miroirs de recompression.
Si l'on utilise des miroirs "chirpés"  on recomprime le pulse. Le facteur de recompression dépend de la durée de pulse à l'entrée de la fibre, de la longueur d'onde du pulse laser et de la longueur de la fibre.


Dans la filamentation différents phénomène physique se produisent
 de la diffraction, dispersion de la vitesse de groupe,
auto-focalisant par effet Kerr, auto-raidissement de l'impulsion,
focalisation spatio-temporelle, diffusion Raman,
ionisation, défocalisation du plasma
ainsi que la photo-absorption et la
recombinaison du plasma.

 

La compression par fibre creuse rigide et structurée (souple) appelée Kagomé. (régime monomode)
Deux possibilité: avec air et avec gaz rares  :
La compression dans la fibre creuse remplie d'air rigide ou souple se produit par auto-modulation de phase qui est le résultat d'un changement de l'indice non linéaire de réfraction n2 dans le gaz (environ 1000 fois plus petit que dans un solide comme le verre composant le coeur de la fibre). Pour compenser cette situation plus défavorable on se limite à des longueurs pratiques de l'ordre du mètre,on augmente la puissance crête du KW  au GW ( facteur de 1million).
Après un parcoure de l'ordre du mètre on peut obtenir des facteurs de compression de 10 à 20 . Dans ce cas, il faut  recomprimer le pulse aux moyens de miroirs "chirpés".




Cas ou la fibre creuse rigide est remplie d'un gaz rare ( He ;  Ar ;  Ne ; Kr ; Xe ) ayant un gros diamètre de l'ordre de 250 fois la longeur d'ondes (régime multimodes) et une longueur de 3 mètres on peut obtenir des pulses de 400 attosecondes en partant d'un pulse de 10 femtosecondes "sans miroirs chirpés de recompression"  Projet HISOL  John.C. Travers  Heriot Watt University  à la pointe de cette technique.

Le principe est la formation de solitons de haute énergie dans les fibres à capillaires creuses remplie de gaz rares provoque une altération extrême  de la forme temporelle et spectral d'une impulsion lumineuse qui se propage dans la fibre.

Un soliton optique est une impulsion électromagnétique se propageant sans déformation. Par sa nature même, elle est solution stable de l'équation de propagation dans le milieu qu'elle traverse .Le soliton naît d'un équilibre entre deux effets qui se compensent. Dans le cas d'un soliton optique, ces effets sont essentiellement l'auto modulation de phase et la dispersion anormale.

L'auto modulation de phase décale vers les plus basses fréquences (donc les plus grandes longueurs d'onde) le front de l'impulsion, et inversement décale vers les courtes longueurs d'onde la traîne de l'impulsion. La dispersion anormale décale vers le front de l'impulsion les hautes fréquences, les basses fréquences se retrouvant à la traîne (le rouge se propage ici moins vite que le bleu, contrairement au cas d'une dispersion normale). Donc, entre l'auto-modulation de phase qui agissant sur le spectre de l'impulsion tend à rendre le front plus rouge et la traîne plus bleue, et la dispersion anormale qui agissant sur le profil temporel de l'impulsion tend à rendre le front plus bleu et la traîne plus rouge, l'impulsion trouve une forme qui équilibre les deux effets. La théorie montre qu'il s'agit d'une forme en sécante hyperbolique c'est le soliton optique !

Deux cas de figures:

A. Energie inférieur à 1mJ
    On produit dans la fibre uniquement de l'auto-modulation de phase ce qui conduit à un élargissement spectral symétrique  pour obtenir le pulse comprimé il faut utilisé des miroirs "chirpés"

B. Energie supérieur à 1mJ
On produit de l'auto-modulation de phase + de la ionisation du gaz(dispersion anormal) contenu dans le canal de la fibre, qui va produire un spectre plus large décalé vers le bleu donc asymétrique. De ce fait on aura une compression plus élevée, donc une durée de pulse plus courte. Pour des énergie supérieur à 1mJ on utilisera une polarisation circulaire favorisant le rendement. Ici on travail en régime de solitons haute énergie.


 

Une présentation exhaustive des fibres Kagomé par F.Benabid







Ici on peut voir l'intensité  laser en W/cm2 que l'on peut introduire dans la fibre creuse avec les différents gaz avant d'obtenir la ionisation de ceux-ci.

Partie expérimental

En ce qui me concerne, je dispose d'une table optique de 3m x 1.5m avec un laser femtoseconde de 1mJ à 1kHz et de 100 fs  model CLARK MXR2010  voir sous http://www.swissrocketman.fr/mxr1020-regenerative-amplifier-clark,fr,3,367.cfm
Pour réalisé les pulses les plus courts que possible je vais passé par une compression à 2 étages. Une première compression dans un capillaire de quartz de 250 microns et 1.2m de long rempli avec de l'argon à 3 bars puis comprimé le pulse au moyen de 2 miroirs GVD "chirpé" ce qui devrait me produire un pulse de 10-12 femtosecondes. Ce pulse je l'envoi au moyen d'un miroir concave dans une fibre HC-PCF kagome 19 cellules hypocycloide remplie d'hydrogène à 3 bars. Si je n'ai pas les finances pour une fibre je réaliserai un 2 ème étage de compression avec un tube de quartz de 2500mm de long et 250 micron de diamètre replis avec de l'hydrogène. J'aimerai bien arrivé a produire des pulse de 1 fs seul l'expérience me dira le résultat.


 

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