Implémentation du filtre non linéaire XPW

Implémentation du filtre non linéaire XPW

L’objectif de ma thèse était d’étudier et de concevoir un dispositif efficace pour l’amélioration du contraste d’impulsions femtosecondes. Le filtrage non linéaire basé sur la génération de polarisation croisée dans des cristaux de BaF2 s’est avéré être un dispositif tout à fait satisfaisant. Nous avons démontré qu’il répond à tous les critères exigés. nécessite de réaliser un compromis entre les deux considérations suivantes. D’une part, le bon contraste de l’impulsion transmise par le filtre sera bien conservé s’il n’est  pas nécessaire d’injecter celle-ci dans les amplificateurs à fort gain (pré-amplificateurs). Du point de vue du contraste, il paraît donc judicieux d’installer le filtre lorsque l’impulsion a atteint un niveau d’énergie élevé. D’autre part, l’efficacité de transmission du filtre, de 20%, éventuellement de 40% dans certaines conditions spatiales, oblige à prendre en compte les grandes pertes d’énergie subies si l’impulsion est très énergétique. Au laboratoire, une chaîne haute intensité (500 TW) à fort contraste (1010) est en cours de montage. Il s’agit de LUIRE, Laser Ultra-Intense à Récurrence Elevée. Cette chaîne vise à installer un filtre XPW dans le cadre d’un double CPA. Ce chapitre de perspectives propose ainsi quelques pistes de discussion quant aux choix possibles pour l’implémentation du filtre XPW dans une chaîne laser dont on souhaite améliorer le contraste. La première partie rassemble les caractéristiques nécessaires que doit présenter l’impulsion avant filtrage. Les paragraphes suivants posent les conditions d’installation du filtre selon la gamme d’énergie de l’impulsion injectée dans le filtre : microjoule, millijoule, joule.

Limitations pour les caractéristiques de l’impulsion initiale

Les études détaillées dans ce manuscrit ont permis d’établir les caractéristiques requises des impulsions laser pour le filtrage temporel par génération de polarisation croisée. L’impulsion initiale, polarisée linéairement, est comprimée à la limite de Fourier et de durée  inférieure à 1 ps. L’intensité crête nécessaire sur le cristal est de l’ordre de 1012 Wcm-2. Pour obtenir un très bon contraste après filtrage, les polariseurs employés doivent présenter un taux d’extinction élevé. Enfin, un profil spatial propre est préférable, mais non indispensable, afin d’optimiser la transmission du filtre. absolument pas de la cadence du laser. Par contre, cette spécification influence les caractéristiques du filtre en terme de stabilité. En effet, nous avons vu au chapitre 6 (p. 152) que le faisceau filtré est d’autant plus instable que la source l’est. Il est donc préférable d’utiliser une source stable, c’est-à-dire émettant des impulsions à haute cadence, de type kilohertz.

La limite supérieure de durée d’impulsions pour le filtrage XPW a été évoquée au chapitre 6 (p. 137). Le seuil de dommage du cristal impose de travailler avec des impulsions plus brèves que 1 ps. Il n’y a, a priori, pas de limite inférieure en durée pour le processus de conversion.  L’achromaticité du phénomène autorise la conversion d’impulsions à spectre très large. Les impulsions très courtes, de durée environ 10 fs, présentent souvent des défauts de profil temporels, tels qu’impulsions parasites [7.1-7.3] ou piédestal [7.4] dus à de fortes modulations sur ces spectres extrêmement larges et à des distorsions de phase résiduelles. L’utilisation d’un filtre XPW pour de telles impulsions pourrait avoir pour but d’amoindrir ces défauts. Notons que le point critique pour les impulsions sub-10 fs est la phase spectrale du second ordre introduite par les matériaux. Nous savons en effet que le chirp influence l’évolution spectrale lors du filtrage. Par exemple pour une impulsion de 10 fs, de spectre de largeur à mi-hauteur 90 nm centré à 800 nm, nous pouvons calculer l’évolution spectrale pendant le filtrage grâce au modèle développé dans le chapitre précédent (p. 140-146). Le calcul fait l’hypothèse que le spectre original est gaussien, ce qui est rarement le cas des spectres très larges. La figure 7.1, résultat du calcul, montre que le spectre après filtrage sera plus étroit qu’à l’origine si la phase spectrale du deuxième ordre de l’impulsion initiale excède ± 100 fs 2 , ce qui est très faible.