La génération d'impulsions dans l'infrarouge moyen via OPCPA
Les sources de lumière de haute intensité émettant dans l'infrarouge moyen ont suscité un intérêt particulier pour un grand nombre d'applications, notamment en spectroscopie et en physique des champs forts. Par exemple, les sources de lumière de l'infrarouge moyen ont été utilisées pour des études en dynamique moléculaire et pour analyser le comportement de la photo-ionisation en champ fort. Le développement de nouvelles technologies laser combinant les hautes intensités et des durées d'impulsion courtes est nécessaire pour ces applications. L'OPCPA est particulièrement intéressante à cet égard. De plus, les longueurs d'onde de l'infrarouge moyen sont accessibles avec l'OPCPA, à condition que l'accord de phase large bande puisse être réalisé. Des chercheurs financés par l'UE se sont concentrés sur les réseaux de quasi-accord de phase (QPM) à dérive de fréquence, permettant une OPCPA large bande dans l'infrarouge moyen. Dans le cadre du projet CQPMAMP (Chirped quasi-phasematching gratings for optical parametric chirped pulse amplification: Physics, devices, and applications), ils ont étudié en détail la conception d'une OPCPA basée sur le QPM. Un avantage significatif du QPM par rapport à l'accord de phase biréfringent traditionnel se trouve dans la capacité de concevoir des convertisseurs de fréquence avec les propriétés souhaitées, telles qu'une large bande avec un profil de phase personnalisé. Cela est possible grâce à l'utilisation de techniques de fabrication lithographique. Cependant, plusieurs contraintes observées doivent être prises en compte pour obtenir une amplification ultralarge bande de haute qualité. Les problèmes identifiés incluent des pertes non-linéaires associées à des erreurs de cycle aléatoires et des processus non-linéaires à accord de phase fortuit. Un nouveau système a été conçu pour prendre en compte les progrès récents en matière de compréhension du fonctionnement de ces dispositifs et pour contenir les effets spatiaux parasites. Cette OPCPA colinéaire à trois étapes et taux de répétition élevé fonctionne à 50 kHz et génère des impulsions de 41,6 femtosecondes avec une énergie de 12 microjoules. Les chercheurs ont également exploré de nouvelles configurations de QPM qui pourraient fournit deux fois plus d'énergie. Ils ont fait la démonstration d'une OPCPA basée sur une configuration de faisceau non colinéaire, en combinaison avec un QPM mis en œuvre sur du niobate de lithium périodiquement polarisé. Dans cette configuration, des impulsions dans l'infrarouge moyen pourraient être générées avec une durée d'impulsion de 44,2 femtosecondes et une énergie d'impulsion de 21,8 microjoules. Ce niveau d'énergie représente une amélioration de plus de 80 % par rapport au système antérieur en utilisant la même pompe et les mêmes sources lasers. Les résultats du projet CQPMAMP constituent la première étude complète sur les dispositifs de QPM à dérive de fréquence fonctionnant dans des régimes fortement non linéaires. De manière plus importante, les diverses publications du projet constituent une feuille de route pour faire progresser et mettre en œuvre de manière expérimentale des systèmes OPCPA basés sur ces dispositifs.
Mots‑clés
Infrarouge moyen, amplification d'impulsions, technologies laser, CQPMAMP, accord de phase
