Améliorer la compression des impulsions optiques ultracourtes
La majorité des lasers à femtosecondes émettent des impulsions à des longueurs d'ondes du proche infrarouge et, en raison du gain de largueur de bande limitée des amplificateurs lasers, ces impulsions ont des durées dépassant plusieurs cycles optiques une fois amplifiées. Il est donc souhaitable de les compresser de manière efficace à une durée à faible nombre de cycles. De plus, les technologies laser disponibles à l'heure actuelle ne peuvent pas directement fournir des impulsions femtosecondes dans l'infrarouge moyen. Plutôt, les amplificateurs paramétriques optiques à pompe de proche IR peuvent convertir la fréquence des impulsions à proche IR en IR moyen. Cependant, pour produire des impulsions à faible nombre de cycles en IR proche, il faut s'affranchir des limitations dans la bande passante de la conversion de fréquences. Le projet COPULCO («Cascaded optical pulse compressor»), financé par l'UE, a étudié une méthode où des impulsions de proche IR plus longues à plusieurs cycles ont pu être comprimées pour arriver à un faible nombre de cycles. Cela est possible dans un cristal non linéaire à deux étapes conçu avec soin. De même, les impulsions à faible nombre de cycles d'IR moyen peuvent être générées par un rayonnement optique Cherenkov. Ce compresseur d'impulsion repose sur les non linéarités quadratiques en cascade et utilise les solitons pour comprimer les impulsions. Le rayonnement en IR moyen provient d'un soliton à IR proche formé dans le cristal et lors de sa propagation, ce dernier est perturbé par une dispersion d'ordre élevé. Le rayonnement a son origine d'une condition d'adaptation de phase résonnante avec le soliton. L'innovation de cette condition d'adaptation de phase entre l'onde Cherenkov et ce soliton est qu'elle se déclenche dans des longueurs d'ondes d'IR moyen, et est donc une solution de remplacement très importante pour la conversion efficace de fréquence d'IR moyen. Le projet a aussi étudié les conditions nécessaires pour la génération d'ondes de dispersion, accompagnée par la compression d'impulsions à petit nombre de cycles. Les résultats promettent une nouvelle voie pour la conversion de longueurs d'ondes à large bande et à haute efficacité à l'IR moyen. Les scientifiques ont également modulé des cristaux de quasi-adaptation de phase pour réaliser une auto-compression de solitons pour une durée limitée de cycle avec une meilleure qualité et efficacité. En utilisant une structure à plusieurs sections du cristal non linéaire, ils ont pu créer des non linéarités quadratiques en cascade artificielles dans les sections, renforçant ainsi la qualité des impulsions. Ils ont consacré une partie de leurs travaux à comprendre et à modéliser avec exactitude les interactions ultra rapides dans le support non linéaire quadratique en cascade. Pour étudier la compression de soliton à un faible nombre de cycles, l'équipe a utilisé une nouvelle équation d'onde non linéaire dans le domaine des fréquences. COPULCO a également étudié la nature anisotropique de la réaction non linéaire de Kerr dans un cristal non linéaire spécifique pour mieux modéliser l'interaction ultrarapide provoquée par les coefficients non linéaires anisotropiques du cristal. Le point clé était de déterminer les composantes du tenseur cubique affectant les interactions de la génération des deuxièmes harmoniques en cascade. Le composant non linéaire tenseur Kerr entrant en compétition avec la modulation de phase propre provoquée par les cascades serait considérablement plus grand que ce qui a toujours été utilisé, mais une fois les mesures historiques corrélées face aux erreurs déterministes, la convention a été restaurée. Ils ont aussi évalué l'impact de l'utilisation d'une telle réponse cubique anisotrope dans les expériences de cascade ultra rapide. Les résultats du projet devraient consolider la position de l'Europe dans les processus femtoseconde ultra rapides.
Mots‑clés
Infrarouge, à faible nombre de cycles, impulsion femtoseconde, non-linéaire, laser, rayonnement Cherenkov, quadratique en cascade, compresseur de solitons, adaptation de phase
