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JPU 2009 27-30 avril 2009 Source ultra-brève à haute cadence par injection d’un oscillateur à phase stabilisée dans un NOPA pompé par un laser à fibre 1/20

Source ultra-brève à haute cadence par injection d’un oscillateur à phase

stabilisée dans un NOPA pompé par un laser à fibre

J. Nillon, S. Montant, J. Boullet, R. Desmarchelier, Y. Zaouter, E. Cormier et S. Petit

Centre Lasers Intenses et Applications (CELIA)

UMR 5107 CEA-CNRS-Université Bordeaux 1


Développement d’une source adaptée à la génération d’harmoniques d’ordre élevé :

Objectifs

Mesure de coïncidences pour les phénomènes probabilistes

source très haute cadence

Génération d’impulsions attosecondes uniquesstabilisation de la phase

haute intensité (énergie+impulsions ultra-courtes)

Impulsions < 20 fs Cadence 20 kHz-100 kHz Energie par impulsion 1 mJ Phase stabilisée

Cahier des charges :


Choix d’architecture

Post-compression Capillaire / filament

E = 0.5 – 3 mJ = 200 nmt = 5 fs

Taux de récurrence Intensité crêteImpulsions ultra-courtesStabilisation de la phase

×

Source :

CPA Titane : Saphir

OPA/NOPA/OPCPA

= 600-3000 nm E = 0.01 – 100 mJ

= octavet = 4-10 fs


Choix d’architecture

Post-compression Capillaire / filament

t = 50 fs

Taux de récurrence Intensité crêteImpulsions ultra-courtesStabilisation de la phase

Source :

CPA à fibres Yb(FCPA)

OPA/NOPA/OPCPA

= 450-1000 nm E = 0.01 – 100 µJ

= 200 nmt < 10 fs


Choix d’architecture : synchronisation OPCPA

Source signal

Source pompe

Etireur signal

FCPA

Amplificateurs paramétriques

CompresseurSynchronisationélectronique

800 nm

1030 nm

Synchronisation active


Choix d’architecture : synchronisation OPCPA

Synchronisation passive

Oscillateur femtoseconde

Etireur signal

FCPA

Amplificateurs paramétriques

Compresseur

800 nm

1030 nm

Obtention de la longueur d’onde de pompage des fibres (1030 nm) :

Décalage non linéaire (soliton)

Injection directe : oscillateur à phase stabilisée, spectre couvrant une octave

Rainbow (Femtolasers)


Développement de la pompe FCPA

Oscillateur Rainbow

Ti : Sa

Phase stabilisée

Cadence 78 MHz

= 300 nm @ -10 dB Signal FCPASignal

OPCPA 25 pJ @1030 nm

60%

25 pJ @1030 nm

60%

Source : Femtolasers



Oscillateur Rainbow

Séparationspectrale

Signal OPCPA

Signal FCPA

Spectre injecté dans le FCPA :

E = 20 pJ @ 1030nm

= 20 nm

980 1000 1020 1040 1060 10800,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

spec

tre

no

rmal

isé

longueur d'onde (nm)


980 1000 1020 1040 1060 10800,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

spec

tre

no

rmal

isé



Oscillateur Rainbow


Signal OPCPA

Préampli 1Fibre Yb PM 40/200

78 MHz

P = 0,8 W

= 15 nm

Lfibre= 1,5 mPpompe = 25 W



Oscillateur Rainbow


Signal OPCPA


Etireur de Öffner

78 MHz

P = 0,3 W

= 15 nm

Durée étirée 1,5 ns Efficacité = 40% Réseau

imageRéseau Miroir secondaire

Miroir primaire

Centre de courbure

Entrée sous le dièdre

Dièdre

f/2 f/2



Oscillateur Rainbow


Signal OPCPA


Etireur de Öffner

78 MHz

P = 4 W

= 10 nm



980 1000 1020 1040 1060 10800,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

sp

ec

tre

no

rma

lisé




Oscillateur Rainbow


Signal OPCPA


Etireur de Öffner

100 kHz

P = 3 mW

= 10 nm


Cellule de Pockels

Contraste ~104

Sortie préampli 2ISO

Pockels

HR@1030nm

100 kHzRésidu

ISOPBS

PBS



Oscillateur Rainbow


Signal OPCPA


Etireur de Öffner

100 kHz

P = 1,5 W

= 8 nm


Cellule de Pockels



980 1000 1020 1040 1060 10800,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

sp

ec

tre

no

rma

lisé




Oscillateur Rainbow


Signal OPCPA


Etireur de Öffner

100 kHz

P = 15 W

= 6 nm


Cellule de Pockels



980 1000 1020 1040 1060 10800,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

spec

tre

no

rmal

isé


Ampli de puissanceFibre Yb PM 80/200



Oscillateur Rainbow


Etireur de Öffner

Cellule de Pockels

Compresseur

Signal OPCPA





100 kHz

P = 7 W

= 6 nm

Durée comprimée 390 fs Efficacité = 45%



Oscillateur Rainbow


Etireur de Öffner

Cellule de Pockels

CompresseurDoublage

en fréquence

Signal OPCPA





100 kHz

P = 2,5 W

= 515 nm

= 6 nm

Cristal KDP type I 2 mm Efficacité = 35%


Amplification paramétrique large bande

Pompe FCPA 515 nm

Signal Rainbow 800 nm

Diagnostiques(autoco, SHG-FROG)

BBO Type IPrismes SF-10

Bloc de silice 10 mm

= 250 nm

650 700 750 800 850 900 950 100021,8

21,9

22,0

22,1

22,2

22,3

22,4

22,5 BBO type I s-p

=2.6° Pompe 512 nm Pompe 513 nm Pompe 514 nm Pompe 515 nm Pompe 516 nm Pompe 517 nm Pompe 518 nm

ang

le d

'acc

ord

de

ph

ase

(°)


Accord de phase ultra large bande



700 750 800 850 900

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

16

18

20

22

24

Sp

ec

tra

l A

mp

litu

de

(a

.u.)

W avelength (nm )

F R O G E xp erim en tal

(G ain m ax = 5000)

= 100 nm

Sp

ec

tra

l p

ha

se

(ra

d)

-60 -40 -20 0 20 40 600.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Autoco = 22 fs

Field = 15 fs

FROG Exp.

Sig

nal

Time (fs)

Spectre amplifié 100 nm 8,8 fs (TF) autocorrélation = 22 fs (FHWM)reconstruit = 15 fs (FHWM)

Bonne qualité spatialeTroisième ordre de dispersion résiduelE = 1 µJ @ 100 kHz


-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

field = 10 fs

Au

toco

rrel

atio

n (

a.u

.)

time (fs)

autoco = 14,1 fs


Dernière minute…

autocorrélation = 14 fs (FHWM)reconstruit = 10 fs (FHWM)

À confirmer (FROG)…


Conclusion…

… Et perspectives

1 µJ, 10 fs, 100 kHz à 800 nm

Synchronisation intrinsèque

Stabilité de la pompe due à l’injection directe (pas de procédé non-linéaire)

Mesure de stabilité de la phase à 100 kHz

Augmentation de l’énergie de sortie

Travail sur le FCPA, E= 1 mJ en sortie de dernier ampli visée(démonstration faite par J. Limpert à Jena)

Ajout d’un ou deux étages NOPA supplémentaires, énergie visée 10 à 50 µJ

Accroissement de la bande amplifiée dans le NOPA pour < 10 fs


- Merci de votre attention -

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