La génération d’harmoniques élevées (HHG) nécessite un champ électrique crête élevé au foyer. De plus, des durées d’impulsion courtes favorisent des énergies de coupure élevées.
Avec ces exigences, la technologie laser dominante au cours des 20 dernières années a reposé sur des cristaux de Ti:Sapphire intégrés dans un schéma d’amplification par impulsions chirpées (Chirped Pulse Amplification).
Ces lasers peuvent atteindre des puissances moyennes élevées (de l’ordre de la dizaine de watts), mais leur taux de répétition reste limité à un maximum de 10 kHz, et le plus souvent à 0,1-5 kHz. Récemment, une nouvelle technologie capable de répondre aux exigences de la HHG a émergé : les lasers à fibre dopée à l’ytterbium. Ces lasers fonctionnent à des taux de répétition beaucoup plus élevés (au-delà de 100 kHz) et peuvent offrir des avantages considérables pour de nombreuses applications, notamment en spectroscopie de coïncidence (voir Spectroscopie XUV).
Dans le cadre d’un projet financé par la Banque Publique d’Investissement et coordonné par Fastlite, en collaboration avec le groupe de Marc Hanna
du Laboratoire Charles Fabry (LCF, Institut d’Optique Graduate School, Palaiseau), nous avons pu tester la HHG avec un tel laser. L’expérience a été réalisée au LCF. Le faisceau du laser ytterbium a d’abord été compressé temporellement dans une série d’étapes non linéaires, produisant une impulsion de 15 à 50 fs qui alimentait un dispositif HHG à haute densité de gaz spécialement conçu. Les spectres d’harmoniques obtenus se sont révélés remarquablement intenses et stables.
En utilisant ce laser à fibre pour pomper un amplificateur paramétrique optique (OPA), nous avons également pu explorer la HHG à des taux de répétition élevés et à des longueurs d’onde longues (1500 nm). Nous avons relié l’apparition de fortes modulations spatiales et spectrales dans le spectre à la sensibilité élevée de la phase dipolaire pendant la HHG à l’intensité laser à cette longueur d’onde (voir figure). Cette dépendance marquée rend l’utilisation de ces longues longueurs d’onde difficile à maîtriser. Cependant, la stabilité exceptionnelle du laser le rend très attrayant pour de futures applications. En 2024, ATTOLab a été équipé de ces lasers à haute cadence de répétition.
