Description
La post-compression d’impulsions à des durées sub-10fs constitue depuis plusieurs années un axe de recherche majeur de notre équipe. Un premier développement important concerne l’étude, la réalisation et la mise en œuvre sur la voie SE1 du laser FAB1-10 de la plateforme ATTOLab d’un dispositif de post-compression permettant de coupler des impulsions d’énergie jusqu’à 8 mJ dans une fibre creuse tendue longue de 2m en sortie de laquelle la recompression temporelle est assurée par une série de miroirs chirpés. Des impulsions ultra courtes de 3,8 fs avec un niveau d’énergie de 2,5mJ à 1 kHz ont été obtenues en routine. La stabilité en CEP après la fibre est légèrement dégradée (450 à 500 mrad). Ce développement expérimental s’est appuyé sur un travail de simulation poussé. Un code de propagation non linéaire dans les fibres creuses remplies de gaz a en particulier été développé par le Groupe ATTO du LIDYL pour simuler l’élargissement spectral et les phénomènes physiques en jeu tels que l’ionisation ou le self steepening [Hergott et al., OPTICS CONTINUUM 2 (11) pp 2348 – 2362 (2023) DOI: 10.1364/OPTCON.492963].
Dans le cadre de projets communs avec l’IOGS et LOA, nous avons également étudié la post compression dans des cellules multi-passages (MPC) de type Herriott remplies de gaz d’impulsions de 30 fs produites par des lasers Titane-Saphir. Cette technique alternative à la post-compression par fibre creuse présente en particulier l’avantage d’un meilleur taux de transmission. Dans le cadre de ces travaux, nous avons développé une cellule qui a permis de post comprimer une impulsion du niveau mJ, 25 fs à une durée de 5.4fs (Daniault et al., OPTICS LETTERS 46 (20) pp 5264-5267 (2021) DOI:10.1364/OL.442707). Nous avons également étudié la possibilité d’utiliser une telle MPC soit pour réaliser de l’XPW ou de l’élargissement spectral avec rotation non linéaire de polarisation (Kaur et al., Journal of Physics: Photonics, 6(1):015001, (2023). doi: 10.1088/2515-7647/ad078a). Ces résultats ont un intérêt potentiel pour l’injection de lasers ultraintenses à haut contraste temporel.
Les travaux sur la post-compression en MPC ont ensuite été étendus pour être appliqués aux lasers Ytterbium qui, à partir de 2024, devraient progressivement remplacer les lasers Titane-Saphir à ATTOLab. Par rapport aux lasers Titane-Saphir, les lasers Ytterbium présentent l’avantage de fonctionner à plus haute cadence et avec un meilleur rendement. Ils ne permettent cependant pas d’obtenir des impulsions aussi brèves et la durée typique d’impulsion des systèmes commerciaux est dans la gamme de quelques centaines de femtosecondes. La postcompression de ces impulsions se fait donc dans un régime différent des travaux précédents appliqués au Titane-Saphir. Nous nous sommes concentrés sur le dimensionnement et la conception de 4 MPCs adaptées aux paramètres variés des lasers Ytterbium attendus sur ATTOLab : énergie par impulsion allant de 400µJ à 4 mJ, durée d’impulsion variant de 250fs à 450fs et puissance moyenne comprise entre 20 et 80W. Après la phase de modélisation et de conception optique, nous avons mis en place et testé, conjointement avec les membres des équipes ATTO, deux premières MPC sur 2 lasers Ytterbium livrées et installés en 2023. Les premiers résultats obtenus fin 2023 sont tout à fait conformes aux attentes : des durées d’impulsions entre 20 et 25fs ont été mesurées en sortie de MPC pour des énergies en entrée allant de 400µJ à 2mJ, la transmission globale dépassant 80%. Comme pour la post-compression en fibre creuse, les travaux et développements sur les MPCs se sont appuyés sur des simulations réalisées grâce à des outils numériques développés au sein des équipes SLIC et ATTO