Développement de sources laser
Amplification paramétrique optique d’impulsions chirpées
L’OPCPA est aujourd’hui la seule technique qui combine haute puissance crête et moyenne avec une durée de quelques cycles.
Présentation
De la CPA à l’OPCPA
Récompensée par le prix Nobel 2018, la technologie d’amplification à dérive de fréquence (CPA) pour les lasers à haute énergie a révolutionné l’ensemble du domaine de la science des lasers ultracourts. La technique CPA vise à augmenter la puissance des impulsions ultracourtes tout en évitant l’endommagement optique du milieu laser. Elle est aujourd’hui largement utilisée dans les systèmes modernes d’amplification d’impulsions ultracourtes, qu’il s’agisse de systèmes laser compacts tels que les lasers CARBIDE et PHAROS, ou de grands systèmes laser à puissance crête de l’ordre du pétawatt. Toutefois, de nombreuses applications scientifiques exigent des impulsions de haute intensité dans différents domaines spectraux, ce qui a conduit au développement de l’amplification paramétrique optique à dérive de fréquence (OPCPA).
Comment l’OPCPA est utilisée
La première expérience de preuve de concept sur l’étirement, l’amplification et la compression d’impulsions à dérive de fréquence dans un amplificateur paramétrique optique (OPA) a été démontrée en 1992 par un groupe de recherche de Vilnius University dirigé par Prof. A. Piskarskas. Il a été proposé que l’utilisation d’impulsions de pompe à haute énergie pour amplifier des signaux à dérive de fréquence et étirés dans un OPA permettrait d’augmenter la puissance des impulsions femtoseconde jusqu’à un niveau térawatt. Depuis, l’OPCPA est devenue une technologie d’amplification largement reconnue et en développement rapide pour la génération d’impulsions femtoseconde de haute puissance, des systèmes atteignant désormais des puissances crête de l’ordre du pétawatt. La technologie OPCPA génère non seulement des impulsions de puissance ultra-élevée, mais aussi des impulsions extrêmement courtes (quelques cycles), obtenues expérimentalement dans les domaines spectraux visible (VIS), proche infrarouge (NIR) et moyen infrarouge (MIR). À l’heure actuelle, l’OPCPA est la seule technologie laser qui fournit simultanément une haute puissance crête et moyenne, ainsi qu’une durée d’impulsion de quelques cycles, exigées par les applications scientifiques les plus exigeantes.
ORPHEUS-OPCPA comme front-end
En raison d’impulsions de sortie à contraste intrinsèquement élevé, les OPCPA ont également été adoptées comme front-end dans un certain nombre de lasers d’intensité ultra-élevée, offrant certains avantages par rapport à d’autres techniques d’amélioration du contraste temporel. Les impulsions à contraste relativement élevé après les amplificateurs paramétriques optiques sont ensuite encore amplifiées dans des amplificateurs laser jusqu’à des énergies ultra-élevées. Tirant parti de la stabilité des lasers CARBIDE et PHAROS, ORPHEUS-OPCPA délivre des impulsions de quelques cycles, stables en CEP, dans un ensemble aussi compact que les amplificateurs paramétriques standard. ORPHEUS-OPCPA peut également servir de source d’injection pour des amplificateurs plus grands, en délivrant des impulsions sans fond, à bandes passantes proches d’un seul cycle, à excellente cohérence de phase spectrale et à stabilité de CEP.
SYLOS à ELI-ALPS
Un autre point fort de l’OPCPA est le laser à cycle unique SYLOS à ELI-ALPS (Extreme Light Infrastructure Attosecond Light Pulse Source). Le système laser SYLOS repose sur des OPCPA pilotées par un laser femtoseconde PHAROS et un laser picoseconde. Le principe de fonctionnement consiste à pomper deux OPA femtoseconde avec le laser PHAROS. Le premier OPA produit une impulsion stabilisée passivement en CEP à 1.3 µm pour générer un continuum de lumière blanche stable en CEP. Simultanément, le second OPA amplifie le continuum de lumière blanche dans le domaine spectral 700–1000 nm, fournissant une impulsion graine à haut contraste pour les étages suivants d’amplification paramétrique optique à dérive de fréquence (OPCPA). L’impulsion, amplifiée à une énergie d’impulsion de 50 mJ et centrée à une longueur d’onde de 850 nm, est comprimée dans une séquence de blocs de verre et de miroirs à dérive de fréquence jusqu’à une durée d’impulsion de 10 fs. Son successeur, le système laser SYLOS 3, délivre des impulsions d’environ 120 mJ avec une stabilité de CEP inférieure à 250 mrad et une stabilité d’énergie d’impulsion inférieure à 1 %.
SYLOS 3
SYLOS 3 – système laser de haute intensité.
Quel système utiliser
Pour de tels systèmes OPCPA à haute énergie et les systèmes analogues, se reporter à OPCPA-HE. Si une cadence de répétition élevée est souhaitée, se reporter à ORPHEUS-OPCPA.
