ppt - reseau femto

" Génération d’impulsions mJ ultracourtes <5 fs
par compression dans une fibre creuse en polarisation circulaire "
A. Malvache, X. Chen, A. Jullien, L. Canova, A. Borot, O. Albert, R. Lopez-Martens
Laboratoire d’Optique Appliquée, ENSTA-PARISTECH-Ecole Polytechnique-CNRS, Palaiseau
Journées des Phénomènes Ultrarapides, Bordeaux, mai 2009
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Plan
• But : Génération d’harmoniques sur cible solide
Plasma et impulsions attosecondes
• Compression dans une fibre creuse (FC) :
Effets non-linéaires et ionisation
• Polarisation circulaire vs linéaire dans une FC :
Résultats expérimentaux et simulation
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Groupe PCO, LOA
Génération d’harmoniques au kHz
• Création d’un plasma en focalisant un laser
sur une cible solide
• Le plasma réfléchit (P. Gibbon [1]) :
– Longueur d’onde fondamentale (λ=800 nm)
– Harmonique du laser (λ/n, n entier)
Laser +
harmoniques
Densité
électronique
Laser (800nm)
• Des impulsions attosecondes (quelques 100 as*) sont obtenues en
filtrant les harmoniques
• Applications : laser XUV intenses, optique non-linéaire dans les
plasmas, imagerie attoseconde
[1] P. Gibbon "Harmonic generation by femtosecond laser-solid interaction: A coherent water window light source ?"
Phys. Rev. Lett., 76(1):50-53, Jan 1996
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Groupe PCO, LOA
Ce que nous faisons
• Génération d’impulsions courtes à haute intensité (<30 fs*, >2 mJ)
• Génération d’impulsions ultracourtes (<5 fs*) : interaction unique
• Stabilisation en phase (CEP) des impulsions
Cosinus
5fs pulse
Sinus
5fs pulse
• Développement d’une cible tournante contrôlée à distance :
expériences sous vide au kHz
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Groupe PCO, LOA
Source laser
• Source laser avant compression dans la fibre creuse :
25 fs, ~ 2 mJ, CEP-stabilisé (180 mrad RMS) @ 1kHz
à partir d’un Femtopower reconfiguré :
–
–
–
–
Etirement verre dopé + Dazzler (L. Canova et al [2])
2 étages d’amplification
Compresseur hybride (réseaux et miroirs à dispersion négative)
Stabilisation CEP avec 2 différentes boucles de rétroaction
• Source laser après compression dans la fibre creuse :
5 fs, ~ 1 mJ, CEP-stabilisé (200 mrad RMS) @ 1kHz
[2] L. Canova,A. Trisorio, X. Chen, B. Mercier, O. Albert, and R. Lopez Martens, N. Forget, T. Oksenhendler
“Closed-loop optimization of the temporal duration of a 21 fs, 4 mJ CPA laser system with high B-integral”,
submitted to Optics Letters
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Compression dans la fibre creuse
Approche simplifiée
• Elargir le spectre pour raccourcir l’impulsion
• Auto-Modulation de phase (AMP)
A haute intensité dans un milieu d’indice n0,
n=n0+n2I, n2 indice non-linéaire
Propagation dans du Néon
– Ionisation à haute énergie
– Peu d’absorption et de dispersion
– Pression ajustable : n2(P)=n2(P0)*P/P0
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Compression dans la fibre creuse
Approche simplifiée
• Utilisation d’un guide d’onde pour conserver un bon profil spatial :
Fibre creuse remplie de gaz
• Miroirs "chirpés"
Dispersion négative pour
mettre tout le spectre en phase
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Compression dans la fibre creuse
Couplage AMP/ionisation
• Pour des énergies < 1 mJ : uniquement Auto-Modulation de Phase
• Pour des énergies > 1 mJ : ionisation et effets spatiaux dans la FC
AMP
Ionisation
Autofocalisation
Spectre
plus large,
symétrique
Défocalisation
Pertes
Décalage
vers le bleu
Spectre
plus large,
asymétrique
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Compression dans la fibre creuse
Avantages de la polarisation circulaire
• Indice non linéaire plus petit (n2CP=2/3 n2LP [3])
– Moins d’auto-modulation de phase 
– Moins d’auto-focalisation 
• Taux d’ionisation plus faible 
Intensité max
(simulée) W/cm²
Taux d’ionisation
s-1
1 mJ 2 bar
3e14
3.0e11
2 mJ 1 bar
5e14
5.6e12
Intensité max
(simulée) W/cm²
Taux d’ionisation
s-1
1 mJ 2 bar
3e14
1.4e12
2 mJ 1 bar
6.5e14
7.5e13
Polarisation
Circulaire
Polarisation
Linéaire
La polarisation circulaire (CP) apparaît comme un bon
compromis à haute énergie (>1mJ)
[3] R. W. Boyd, Nonlinear Optics (Academic Press, Second Edition, New York, 2003) p203
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CP vs LP dans la fibre creuse:
Spectre et rendement
Spectres expérimentaux à 2.1 mJ, 1.3 bar
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CP vs LP dans la fibre creuse:
Spectre et rendement
Spectres expérimentaux à 2.1 mJ, 1.54 bar
Pression plus haute : LP instable (énergie, spectre) et CP stable
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CP vs LP dans la fibre creuse:
Oscillations longitudinales (1.6mJ 1.6bar)
Oscillation intrinsèque entre les deux premiers modes spatiaux (T=7cm)
J00
J01
Mesures expérimentales
Résultats de simulation
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CP vs LP dans la fibre creuse:
Profil spatio-temporel (2.5mJ 1bar)
Polarisation linéaire
Polarisation circulaire
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CP vs LP dans la fibre creuse:
Impulsions comprimées
Champ électrique et phase (expérience à 2.1 mJ)
5 fs
6 fs
Impulsions plus courtes et plus énergétiques en polarisation circulaire
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Conclusion
• Polarisation circulaire requise pour comprimer dans une fibre
creuse des impulsions >1mJ
• CP : diminution de l’ionisation et des effets de
focalisation/défocalisation, résultats confirmés par les simulations
• Des impulsions mJ ultracourtes (<5 fs) ont ainsi été obtenues au
kHz à partir d’impulsions de 2 mJ, 25 fs (X. Chen et al [4])
Merci de votre
attention !
[4] X. Chen, A. Jullien, A. Malvache, L. Canova, A. Borot, A. Trisorio, C. Durfee, and R. Lopez-Martens,
“Generation of 4.3 fs, 1 mJ laser pulses via compression of circularly polarized pulses in a gas-filled hollow-core fiber”,
Vol. 34, No. 10, 2009, Optics Letters
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