LASER A COLORANT POMPE PAR ONDE PROGRESSIVE. (TW ASE)

Ce laser amplifie l’émission spontanée (ASE) au moyen d’un pompage par onde progressive.
L’avantage de ce procédé est de pouvoir raccourcir la durée d’émission du laser à colorant par rapport au laser pompe d’un facteur 10-15 fois

Le principe est le suivant : le faisceau pompe (laser TEA N2 2MW 500ps PRA) est diffracté au moyen d’un réseau de diffraction (type:GR25-0303 de 300 lignes/mm) ce qui induit un retard de l’onde de pompe sur la cuvette de colorant et peut être vu comme une onde progressive allant du point A au point B.
L’émission laser se fait dans la même direction que l’onde de pompe progressive avec une intensité 10 fois plus forte que dans le sens contraire !

Le principe est le suivant : le milieu actif (colorant) est excité par une impulsion lumineuse brève, ici un laser TEAN2 de durée 500 ps, créant une inversion de population nécessaire à l’émission laser. L’onde de pompage progresse dans le milieu sous forme d’impulsion, et l’amplification de l’émission spontanée (ASE) se produit de manière progressive au fur et à mesure que l’impulsion traverse le milieu amplificateur.

Cette méthode d’amplification par onde progressive avec pompage impulsionnel permet de générer des impulsions laser beaucoup plus courtes que la durée du laser pompe par un facteur 10 à 15 environ. Ainsi, le laser à colorant TW ASE est conçu pour produire des impulsions laser ultrabrèves ( 8 ps) et intenses dans des applications scientifiques nécessitant une haute résolution temporelle.

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Mesure de la durée d’un pulse laser oxazine 725 Pour faire la mesure de la durée de pulse j’utilise un colorant (dye) qui émet dans l’infrarouge à 750-800nm pour pouvoir faire une mesure d’auto-corrélation intensimétrique avec un détecteur à diode GaP. J’envoie le pulse laser dans un interféromètre de Michelson Le signal sur la photodiode se produit uniquement lors d’une absorption à 2 photons.

Principe

Vous envoyez vos impulsions dans un interféromètre de Michelson ; les deux trains de pulses se recoupent temporellement avec un retard τ variable.

Le détecteur (ou le milieu) ne produit un signal utile que quand l’intensité locale est suffisamment élevée pour provoquer une absorption à deux photons (TPA) ou une excitation à deux photons suivie d’une fluorescence. Le signal mesuré est donc proportionnel à une intégrale du type ∫I(t) I(t+τ) dt\int I(t)\,I(t+\tau)\,\mathrm{d}t (ou à une puissance de l’intensité pour l’IAC — plus bas j’explicite).

En balayant τ vous obtenez l’autocorrélation temporelle : l’enveloppe du signal donne la largeur temporelle de l’impulsion (après déconv. selon la forme d’impulsion supposée).

3) Protocole expérimental pas-à-pas pour votre montage (Michelson + GaP TPA)

  1. Préparations et sécurité

    • Vérifiez l’alignement optique et la protection oculaire (IR 750–800 nm).

    • Travaillez à faible répétition/énergie si possible pendant l’alignement pour éviter photodégradation du dye / saturation du détecteur.

  2. Pré-alignement du Michelson

    • Alignez les deux bras pour recouvrement spatial parfait au point de détection (même spot, mêmes polarisations).

    • Réglez la polarisation pour qu’elle soit identique dans les deux bras (TPA dépend de la polarisation si l’échantillon est anisotrope).

  3. Vérifier la nature non-linéaire (test puissance)

    • Mesurez le signal SS en fonction de la puissance incidente PP (variez la puissance avec un atténuateur) ; pour une TPA pure vous devez trouver S∝P2S\propto P^2 (pente ≈ 2 sur un log-log). Cela confirme l’origine TPA/TPEF du signal.

  4. Localiser le zéro-retard

    • Balayez le retard grossièrement jusqu’à voir le maximum central d’IAC (zéro retard).

    • Faites une mesure fine autour du zéro pour enregistrer les franges.

  5. Acquisition

    • Balayez τ\tau symétriquement autour de 0, en résolution suffisante pour échantillonner les franges (pas > λ/4).

    • Intégration/temps d’acquisition : adapter pour avoir bon S/N sans saturer. Moyennage utile.

  6. Pré-traitement des données

    • Retirer le fond (offset) et normaliser.

    • Extraire l’enveloppe : méthode simple = calculer l’enveloppe par démodulation (Hilbert transform) ou détecter les maxima locaux des franges et interpoler l’enveloppe. Un filtrage passe-bas (franges) peut aussi être utilisé.

  7. Ajustement et extraction de la durée

    • Ajuster l’enveloppe par le modèle choisi (gaussienne ou sech²).

    • Mesurer la FWHM de l’enveloppe τAC\tau_\text{AC}.

    • Appliquer le facteur de déconv. correspondant :

      • gaussien : τp=τAC/2\tau_p=\tau_\text{AC}/\sqrt{2},

      • sech² : τp=τAC/1,543\tau_p=\tau_\text{AC}/1{,}543.

    • Estimer l’incertitude via le bruit sur la mesure et la qualité du fit.

  8. Vérifications complémentaires

    • Confirmer la relation S∝P2S\propto P^2 à plusieurs retards.

    • Varier une dispersion connue (placer une lame de verre) pour voir l’élargissement / changement de franges (vérif chirp).

    • Si possible comparer à une référence (pulse déjà caractérisé) ou mesurer spectre et appliquer transformée de Fourier pour une première idée (durée minimale TL).

  9. Aspects pratiques (détecteur GaP & dye)

    • GaP : bande interdite fait que la photon unique à 750–800 nm ne crée pas de courant — avantage pour faire ressortir la TPA. Mais vérifiez le courant d’obscurité et la réponse temporelle du détecteur (la bande passante doit être suffisante pour la vitesse de modulation de votre balayage/mesure).

    • Dye TPEF : si vous utilisez fluorescence (TPEF) au lieu de TPA sur diode, filtrez l’excitation (filtre coupe-bande) et collectez la fluorescence avec un PMT ou photodiode sensible ; attention à la photoblanchiment du dye.