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Amplificateur paramétrique fibré d’impulsions femtosecondes à haute énergie – FOPAFE

FOPAFE

Amplificateur paramétrique fibré d’impulsions femtosecondes à haute énergie

High energy and large band FOPCPA amplifier

L'obectif est de développer un amplificateur large bande capable d'amplifier des signaux possédant un niveaux d'énergie élevé avec un bon contraste dans un FOPCPA.

A partir d'experiences simples, mais également innovantes, nous proposons de valider les codes de simualtions numériques que nous allons utiliser pour dimensionner nos amplificateurs

code de simulation incluant l'effet Raman et la biréfringence validé avec des signaux monochromatiques

Evoluer vers des signaux impulsionnels

3 publications dans des journaux internationaux a comité de lecture+1 conférence invitée internationale

Les systèmes lasers entièrement fibrés présentent un grand intérêt en raison de leur compacité, de leur stabilité et de leurs performances au regard des dispositifs massifs. Les progrès récents dans ce domaine ont prouvé leur capacité à délivrer des impulsions de forte puissance/énergie qui sont particulièrement adaptées pour des applications fondamentales dans les processus de l'interaction laser-matière, d’un point de vue civil ou militaire. Les fibres dopées à partir d’ions terres rares sont actuellement les milieux à gain les plus populaires. Toutefois, bien qu'elles constituent l’élément de base de la majeure partie des lasers à fibre actuels et qu’elles donnent lieu à des performances impressionnantes, ces solutions présentent deux inconvénients majeurs. Premièrement, leur bande spectrale de gain optique est limitée, ce qui réduit leur accordabilité spectrale. Deuxièmement, comme ce processus est basé sur une accumulation d'énergie à l'intérieur du milieu, le taux de répétition est limité et le contraste des impulsions lasers est dégradé par le processus d’émission de fluorescence spontanée. Ces problèmes sont complètement résolus en exploitant les propriétés non-linéaires des cristaux massifs pour réaliser des amplificateurs paramétriques qui ne nécessitent pas de stockage d'énergie en leur sein. L’équivalent de la fluorescence spontanée, appelé fluorescence paramétrique, est quasi-instantanément supprimé lorsque la pompe est arrêtée et on obtient en plus une large gamme d’accordabilité spectrale en contrôlant l'orientation du cristal ou sa température. On obtient alors un excellent contraste et leurs performances sont insensibles aux taux de répétition des signaux à amplifier. Cette technologie, combinée avec l’amplification à dérive de fréquence, a constitué une véritable révolution dans le domaine de l'optique est connue sous le nom d'amplification paramétrique d'impulsions à dérive de fréquence (OPCPA) et constitue le coeur des systèmes lasers délivrant des impulsions géantes de plusieurs peta-Watt avec un contraste élevé. Toutefois, en plus du système d’amplification qui est massif, le dispositif d'étirement temporel est également très encombrant et délicat à régler. Cela limite fortement l’intérêt de ces systèmes qui demeurent non-intégrables et complexes d’utilisation. Dans ce projet, nous proposons de solutionner ces problèmes en combinant les avantages des technologies de lasers à fibres, ceux de l’OPCPA et ceux des étireurs fibrés pour réaliser un système OPCPA haute énergie tout-fibré, appelé FOPCPA (Fiber Optical Parametric Chirped Pulse Amplification). Le succès global de ce projet sera associé à la levée de deux verrous technologiques : la réalisation d'amplification paramétrique d'impulsions à haute énergie dans des fibres optiques à larges aires effectives et l'étirement d’impulsions femtosecondes puissantes jusqu’à plus de 10 ns. Il est à noter que nous avons d’ores et déjà commencé à travailler sur ce projet depuis 2 ans. Nous avons déjà publié trois articles remarqués par la communauté (highlight dans la revue Nature Photonics, faits marquants de 2010 dans Optics & Photonics News (OSA), et dans le journal du CNRS et du CEA). Ces travaux constituent une solide base de départ pour notre projet et attestent de nos capacités à le mener à bien. Les objectifs ambitieux de ce travail seront de parvenir à étirer dans un dispositif à base de réseaux de Bragg fibrés une impulsion femtoseconde jusqu’à plus de 10 ns et de développer des fibres spécifiques à large mode qui permettront d’amplifier ce signal dans la gamme de la centaine de micro-Joules. Enfin, l’intérêt de notre dispositif sera mis en avant en remplaçant le premier étage d’amplification du système Peta-Watt que développe le CEA (projet PETAL). Cette étape finale couronnera de succès ce projet et conduira à un rayonnement international des travaux car elle marquera le point de départ d’une nouvelle génération d’architectures lasers pour ce type d’installations.

Coordinateur du projet

Monsieur arnaud MUSSOT (Laboratoire de physique laser atomes et molécules) – mussot@phlam.univ-lille1.fr

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

PHLAM/IRCICA Laboratoire de physique laser atomes et molécules

Aide de l'ANR 194 938 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2012 - 36 Mois

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