Projet ANR-06-BLAN-0091 – HiPoLYFF : High Power Lasers based on Ytterbium-doped Fibres in Femtosecond regime
Programme : Programme blanc (BLANC) 2006
Année de financement : 2006
Coordinateur du projet : INSTITUT D'OPTIQUE (IO) (INSTITUT D'OPTIQUE (IO))
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique; Centre national de la recherche scientifique; École polytechnique; Institut d'Optique Graduate School
Montant : 530000.0 euros
Date de début : 2006
Durée : 36 mois
Résumé : Les sources d'impulsions ultra-brèves sont à l'heure actuelle essentiellement basées sur les cristaux de Ti :Sa qui possèdent une bande de gain très large. Cependant, ces sources sont limitées en terme de puissance moyenne par les effets thermiques et les problèmes de laser de pompe dans le vert. Les fibres optiques dopées à l'ytterbium sont d'excellentes candidates pour résoudre ces problèmes : elles peuvent être pompées par diode, et leur géométrie permet une très bonne dissipation de la chaleur. Ce projet vise à développer des sources de forte puissance moyenne (100 W) en régime continu et femtoseconde à 1050 nm, basées sur une géométrie originale de fibre amplificatrice de puissance. Ces lasers seront optimisés en vue d'applications à la détection interférométrique d'ondes gravitationnelles (régime continu) et à la génération d'harmoniques élevées dans les gaz rares (régime femtoseconde)  La fibre optique au cœur de l'amplificateur est basée sur le principe de guidage par bande interdite photonique utilisant un réseau de Bragg cylindrique. Son caractère tout solide et son principe de guidage lui confèrent des avantages par rapport aux fibres à large cœur air-silice : meilleure dissipation thermique et résistance au dommage optique, manipulation facilitée, tolérance à la courbure, contrôle de la dispersion, et la possibilité de plus forts dopages. Une telle fibre monomode transverse de diamètre de mode égal à 50 ¿m sera conçue et réalisée.  Cette fibre sera utilisée comme amplificateur de puissance d'un laser continu stabilisé à 1064 nm. L'application visée (VIRGO) implique son utilisation dans un interféromètre à très longs bras (plusieurs kilomètres), et nécessite une caractérisation précise du profil spatial de mode, de l'état de polarisation, des propriétés thermiques, ainsi que des bruits d'intensité et de phase introduits. Un asservissement actif de ces paramètres sera réalisé grâce à un ensemble de boucles de contre-réaction à fort gain et grande bande passante.  La plupart des aspects mentionnés ci-dessus sont également pertinents à la réalisation de la source femtoseconde. Les aspects plus spécifiques de ce régime concernent la caractérisation et l'ingénierie de la dispersion et des paramètres non linéaires de la fibre de Bragg. L'objectif scientifique principal de la partie femtoseconde du projet est l'étude de la limite en terme de durée d'impulsion des systèmes à impulsions étirées amplifiés par fibre dopée ytterbium. Les objectifs en termes de spécifications de cette source sont les suivants : puissance moyenne 100 W, durée d'impulsion 50 fs, énergie 100 ¿J, taux de répétition 1 MHz. A énergie comparable, ces objectifs représentent une diminution de la durée d'impulsion d'un ordre de grandeur par rapport aux sources actuelles. Ils seront atteints par l'utilisation d'un préamplificateur basé sur le régime de propagation parabolique, couplé à un amplificateur de puissance pseudo-linéaire constitué par la fibre de Bragg à très large cœur. Une optimisation globale sera menée sur les effets non linéaire et dispersifs dans chaque étage de la source afin d'être en mesure de comprimer les impulsions de sortie en limite de Fourier. Cette optimisation nécessitera l'utilisation d'une plateforme de caractérisation complète des impulsions (FROG), ainsi que d'un outil de mise en forme des impulsions basé sur un filtre acousto-optique programmable (DAZZLER).  Les caractéristiques combinées de durée courte, taux de répétition élevé, longueur d'onde centrale 1050 nm, et énergie suffisante font que cette source est très adaptée à la génération efficace d'harmoniques élevées dans un gaz rare. L'objectif final de ce projet est la caractérisation et l'optimisation des radiations générées dans l'extrême ultraviolet. Cette caractérisation pourra se faire en fonction de paramètre de la source comme la durée d'impulsion ou le taux de répétition, dans un régime de puissance moyenne inaccessible jusqu'alors. On cherchera également à augm