Oscillateurs à fibre femtosecondes haute énergie pour la métrologie – OFFEMET

Les oscillateurs laser femtosecondes délivrant des énergies par impulsion supérieures à la centaine de nanojoules sont très intéressants pour plusieurs applications comme la conversion de fréquence vers l'ultraviolet et l'ultraviolet extrême, le micro-usinage de précision de diélectriques à l'échelle sub-micrométrique, l'imagerie dans les milieux denses ainsi que la nano-analyse de matériaux.Ces technologies sont très importantes pour des applications scientifiques et industrielles et s'appuient aujourd'hui sur des chaînes laser amplifiées à base de cristaux massifs. Le remplacement de ces systèmes complexes et coûteux par un oscillateur compact à bas coût sans compromission de leur efficacité contribuerait considérablement à la prolifération de ces nouvelles technologies optiques.L'objectif de ce projet est de réaliser des oscillateurs laser capables de générer des impulsions femtosecondes avec des énergies supérieures au microjoule. Ces oscillateurs utiliseront une nouvelle génération de fibres optiques : les fibres microstructurées à large mode de propagation dopées à l'ytterbium pour le milieu amplificateur et les fibres à bande interdite photoniques pour la gestion de la dispersion. Ces oscillateurs exploiteront de nouveaux concepts de propagation d'impulsions en régime de dispersion positive, en l'occurrence la propagation auto-similaire d'impulsions paraboliques qui permet de repousser les seuils de distorsion dus aux non-linéarités vers les hautes énergies. L'association de ces deux concepts permettra de réaliser des oscillateurs femtosecondes (<100 fs) avec des impulsions très énergétiques (quelques microjoules) et présentant un fort niveau d'intégration. Ces oscillateurs s'appuieront sur les nouvelles technologies émergentes dans le domaine des nanotechnologies à savoir les absorbants saturables à base de nanotubes de carbones.Dans la première partie de ce projet, nous nous pencherons sur la réalisation de l'oscillateur hybride comportant la fibre photonique pour l'amplification et des réseaux massifs pour la gestion de la dispersion. L'objectif de cette étape du projet est de lever le verrou que constitue la technique de verrouillage de modes passif dans les lasers à fibre à haute énergie. Nous utiliserons la technique de la rotation non-linéaire de la polarisation induite par effet Kerr optique dans la fibre. Ensuite nous étudierons l'utilisation des fibres à bandes interdites photoniques pour remplacer les réseaux massifs. Ceci aboutira à la réalisation d'un oscillateur stable vis-à-vis de l'environnement extérieur avec un très fort degré d'intégration. Dans une seconde partie, nous développerons de nouveaux absorbants à base de nanotubes de carbone dédiés au verrouillage de modes dans les lasers à fibre de puissance. Cette étape doit mener à la réalisation d'un oscillateur très compacte, auto-démarrant et délivrant des impulsions femtosecondes de plusieurs microjoules d'énergie. Afin d'atteindre nos objectifs, nous conduirons, en parallèle des expérimentations en laboratoires, des modélisations théoriques et numériques qui permettront de disposer d'outils adaptés pour le dimensionnement de ces nouvelles sources et l'optimisation de leur fonctionnement.Notre équipe s'appuie sur des compétences complémentaires dans les domaines de la génération et caractérisation d'impulsions ultra-courtes: conception et réalisation de lasers à fibre femtoseconde, modélisations numériques ainsi que la maîtrise des nouveaux outils de caractérisation. Par ailleurs, les activités développées au sein de notre laboratoire et liées à la caractérisation des milieux denses, d'une part, et le projet de la sonde atomique tomographique assistée par laser développé actuellement au Groupe de Physique des Matériaux (GPM) de Rouen, d'autre part, constituent un environnement idéal pour l'application de nos travaux.