Amplificateur fibré large bande énergétique et à haute cadence – FIBER-AMP

Le projet vise à étudier de nouveaux types d’amplificateurs photoniques ultra-larges bandes et à haute cadence avec des concepts innovants basés sur le contrôle des impulsions ultracourtes. Dans ce projet ANR/JCJC, nous décrivons plusieurs ruptures scientifiques et technologiques pour réaliser des sources photoniques uniques avec des capacités requises pour soutenir la prochaine génération d'expériences ultra-rapides. Les systèmes délivreront des impulsions femtosecondes (<50 fs) à haute énergie du visible à l'infrarouge, à haute cadence, ouvrant de nouveaux horizons pour les communautés scientifiques et industrielles.
Des méthodes originales d'optique non linéaire ultra-larges bandes contourneront élégamment les limitations actuelles en largeur spectrale de matériaux traditionnels alors que des fibres exotiques permettont d’atteindre une énergie élevée. Le projet explorera la large et extrême potentialité de l’amplification paramétrique en s’attaquant particulièrement aux propriétés optiques plutôt qu’aux caractéristiques des fibres. Les propriétés larges bandes permettront également de cibler des impulsions atteignant quelques cycles optiques et l’accordabilité spectrale sera mise en avant. L’augmentation de l’énergie vers 10-100 µJ se fera principalement dans des fibres creuses remplies de gaz qui possèdent un seuil de dommage bien supérieur à celui de la silice. Cette source photonique bénéficiera des propriétés inhérentes aux fibres, non seulement pour développer des systèmes robustes et compacts avec des profils spatiaux de qualité mais également pour accéder à des cadences bien plus élevées que celles délivrées par des techniques «standards», jusqu’à quelques 100 kHz.
Ces concepts d’amplification devraient contribuer aux développements de nouveaux systèmes de détection, de communication et de traitement des données à base de conversion analogique-numérique, de mesure monocoup par transformée de Fourier ou de lidar. La flexibilité spectrale, la durée d'impulsion ultra-courte et le taux de répétition élevé sont également des propriétés très intéressantes pour la santé (médecine, biologie, détection d’espèces toxiques), le micro/nano-usinage et pour des études fondamentales en interaction laser-matière.

Le projet JCJC-ANR/Fibre-Amp est principalement organisé en quatre parties (WP) qui interagissent étroitement entre elles pendant la durée du projet. La stratégie générale est d'étudier ces différentes parties (WP1, WP2, WP3) et de les combiner à la fin du projet (WP4). WP1 vise à trouver et à étudier plusieurs méthodes en contrôlant des impulsions pour élargir la bande spectrale d'amplificateurs à taux de répétition élevé. Les résultats numériques et préliminaires ont déjà montré de forts potentiels pour l’amplification d’impulsions <30 fs. WP2 vise à mettre en avant la flexibilité spectrale des méthodes développées dans WP1. Dans ce cas, nous nous attendons à générer et amplifier des impulsions sub-ps dans le visible et le proche infrarouge avec une large accordabilité spectrale nécessaire pour des applications. WP3 est dédiée à l'amplification d'impulsions ultra-courtes (<200 fs) à haute énergie vers la gamme <100 µJ et à haute cadence dans des fibres photoniques creuses remplies de gaz. À la fin du projet, tout le savoir-faire acquis au cours du projet sera rassemblé pour développer une source photonique inédite avec une réelle potentialité d’industrialisation. WP4 représente un défi technologique puisqu’il combine les conditions extrêmes de hautes énergies à hautes cadences et des spectres ultra-larges bandes. L'architecture complète doit être bien contrôlée afin de réaliser une source fiable, robuste et compacte.