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Première amplification paramétrique d’impulsions laser à dérive de fréquence dans une fibre optique

30 novembre 2010

PhLAM - UMR 8523

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Les méthodes utilisées actuellement pour amplifier des impulsions laser de très grande puissance reposent sur l’utilisation de dispositifs très encombrants et complexes à utiliser. Des physiciens du Laboratoire de Physique des Lasers, Atomes et Molécules (PhLAM - Univ. Lille 1/ CNRS), de l’Université de Mons (Belgique), du CESTA (CEA) et de l’Université d’Alcala (Espagne) viennent de démontrer la possibilité de réaliser cette amplification grâce à un dispositif basé uniquement sur des fibres optiques, et donc particulièrement compact, stable, simple et robuste. Ces travaux ont fait l’objet d’une publication dans la revue Optics Letters.

Pour amplifier des impulsions laser ultracourtes dont la puissance est supérieure à ce que les matériaux amplificateurs peuvent supporter les physiciens ont recourt à une astuce. En allongeant la durée totale de l’impulsion tout en conservant son énergie, ils en réduisent la puissance maximale en obtenant des impulsions nommées « à dérive de fréquence ». Ceci permet de les injecter dans des amplificateurs reposant sur des milieux optiques « non linéaires » pompés par des faisceaux laser annexes intenses. Une fois que l’énergie de l’impulsion a été amplifiée, cette dernière est recomprimée temporellement à sa durée initiale. C’est ainsi que l’on obtient des puissances pouvant atteindre le petawatt (soit le million de milliards de watts). Afin de bénéficier de la facilité d’utilisation des systèmes à fibre optique ainsi que de leur fiabilité, de leur stabilité à long terme et de leur compacité, les physiciens ont remplacé le cristal non linéaire par 500 mètres de fibre optique en silice. De manière naturelle, ce matériau présente des propriétés optiques non linéaires qui, quoique différentes de celles qui sont habituellement utilisées, permettent aussi d’amplifier la lumière par un mécanisme paramétrique. L’utilisation de ces amplificateurs dans le cadre de l’amplification d’impulsions à dérive de fréquence avait été théoriquement suggérée en 2006, mais aucune démonstration expérimentale n’avait encore été réalisée. C’est maintenant chose faite pour la première fois avec le travail réalisé par les chercheurs lillois à l’aide d’un dispositif entièrement fibré.

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(a) Dispositif expérimental. (b) spectres de sortie. (c ) zoom sur le spectre de sortie en échelle linéaire, en régimes linéaire (pointillés) et saturé (trait plein).

Dans cette expérience, une impulsion longue de quelques picosecondes a été amplifiée de près de 25 décibels sans que ses caractéristiques spectrales ne soient affectées. Les travaux ont été réalisés aux longueurs d’onde des télécommunications, en raison de la simplicité du dispositif expérimental, et l’équipe du PhLam de Lille et du CESTA de Bordeaux viennent de transposer l’expérience(1) aux alentours de 1 µm en utilisant des fibres microstructurées. Cette bande spectrale est en effet la fenêtre de prédilection des chaînes de puissance (longueur d’onde d’émission des milieux amplificateurs dopés néodyme et ytterbium) et où les expériences d’interaction laser matière se déroulent. Ces dispositifs fibrés pourraient avantageusement intégrer des chaînes d’amplification hybrides (amplificateurs massifs et fibrés) où les premiers étages seraient complètement fibrés afin d’en simplifier l’utilisation.

En savoir plus

Experimental demonstration of optical parametric chirped pulse amplification in optical fiber, C. Caucheteur1,2 , D. Bigourd3, E. Hugonnot3, P. Szriftgiser1, A. Kudlinski1, M. Gonzalez-Herraez4 et A. Mussot1, Optics Letters, Vol. 35, No. 11, Juin 2010.

(1) Ces nouveaux travaux viennent d’être publiés : High-gain fiber, optical-parametric, chirped-pulse amplification of femtosecond pulses at 1 μm, D. Bigourd, L. Lago, A. Mussot, A. Kudlinski, J-F. Gleyze, et E. Hugonnot, Opt. Lett. 35, 3480-3482 (2010)

Contacts chercheurs

Arnaud Mussot , enseignant-chercheur

Informations complémentaires

1Laboratoire de Physique des Lasers, Atomes et Molécules, UMR 8523 :

2Electromagnetism and Telecom Unit, Faculté Polytechnique, Université de Mons, Belgique

3Commissariat à l’Energie Atomique, Centre d’Etudes Scientifiques et Techniques d’Aquitaine

4Department of Electronics, University of Alcalá, Alcalá de Henares, Espagne

Contacts INP

Jean-Michel Courty,
Catherine Dematteis,
Karine Penalba,
inp-communication cnrs-dir.fr