Laser femtoseconde DPSS   « HIGH Q » IC1030-100fs  Yb

Les designs courants pour ces lasers (High-Q et pairs) utilisent des éléments/techniques récurrents — je résume ci-dessous :

1. Milieu actif Yb (Ytterbium) — type solide ou fibre

   • Beaucoup de lasers à 1030 nm utilisent un gain à base d’Yb (ex. Yb:YAG, Yb:KGW, ou fibres Yb-doped). C’est courant pour obtenir 1 µm (≈1030 nm) avec bonnes performances et possibilité de pompage diode.

2. Pompage par diodes (diode-pumped)

   • Les oscillateurs et amplificateurs modernes sont habituellement diode-pumped (efficace, compact, refroidissement plus simple). Les annonces produits High-Q et concurrents évoquent des modules diodes remplaçables.

3. Mode-verrouillage passif (Saturable absorber — souvent SESAM ou équivalent)

   • Les oscillateurs femtoseconde de table sont souvent passivement mode-verrouillés à l’aide d’un SESAM (Saturable Absorber Mirror) ou d’absorbeurs non-linéaires intégrés. Le SESAM permet une génération stable d’impulsions femtoseconde sans dispositif actif compliqué.

4. Gestion de la dispersion + composants optiques

   • Pour obtenir ~100 fs il faut compenser la dispersion du trajet optique (miroirs chirpés, prismes, fibres avec compensation, etc.) et un réseau de miroirs, montures de miroirs et optiques de focalisation comme visibles sur ta photo.

⚙️ 1. La cavité optique : un équilibre ultra-fin

Un laser femtoseconde est une cavité résonante (souvent 10–100 mm de long) où les faisceaux font des allers-retours entre :

• un cristal amplificateur (Nd:YVO₄, Ti:saphir, Yb:KYW, etc.),

• et un miroir de mode-locking (souvent un SESAM ou une lentille de Kerr).

➤ Alignement critique

• La position angulaire et longitudinale des miroirs détermine le trajet du faisceau au micron près.

• Si la cavité n’est pas parfaitement alignée :

  • les modes longitudinaux ne se recouvrent plus correctement,

  • le faisceau ne repasse pas dans le même volume du cristal,

  • le mode-locking se casse → le laser retombe en régime continu (CW).

➤ Tolérances typiques

• Quelques micromètres de déplacement ou milliradians d’erreur angulaire suffisent à détruire le verrouillage de modes.

• Une variation de longueur de cavité de l’ordre de la longueur de cohérence (~µm) perturbe le régime femtoseconde.

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⚡ 2. Le SESAM : déclencheur du mode-locking

Le SESAM (n°6 sur ta photo) est un miroir non linéaire :

• à faible intensité → il réfléchit faiblement (pertes introduites),

• à forte intensité → il devient transparent (saturation d’absorption),
  ce qui favorise l’auto-modulation du faisceau en impulsions très courtes.

➤ Alignement spécifique

• Le faisceau doit frapper le SESAM exactement au bon point et avec la bonne divergence :

  • Si l’incidence est trop décentrée → la réflexion devient inhomogène → bruit ou absence de mode-locking.

  • Si la taille du faisceau est trop grande/petite → la saturation du SESAM est inadaptée (pas assez d’intensité ou trop forte → dommage optique).

➤ Conséquences :

• Le SESAM peut surchauffer ou être endommagé si l’intensité est mal distribuée.

• Un mauvais alignement empêche la synchronisation des modes longitudinaux → pas d’impulsion stable.

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🧠 3. Facteurs aggravants dans les lasers femtoseconde

1. Dispersion :
   Chaque lentille, miroir ou cristal ajoute de la dispersion → il faut compenser avec précision la dispersion de groupe (GDD) pour éviter l’élargissement d’impulsion.

2. Alignement spatial et spectral couplés :
   Le spectre large du faisceau implique qu’une erreur d’alignement modifie aussi la phase spectrale → dégrade la compression.

3. Effet Kerr (autofocalisation) :
   Le faisceau modifie localement l’indice du milieu → de petits désalignements changent le régime optique (CW ↔ mode-locké).

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🔍 En résumé :