Brevet FR3054733A1 — publié le 20180202

658/046FR 3054733 1 SOURCE LASER FEMTOSECONDE DOMAINE TECHNIQUE [0001] La présente description concerne une source laser femtoseconde et un procédé de génération d'impulsions laser femtosecondes. Elle concerne plus précisément une source laser femtoseconde adaptée à la microscopie multi-photonique pour l'imagerie des tissus biologiques. ETAT DE L'ART [0002] La microscopie multi-photonique permet de produire des images de tissus biologiques in-vivo ou ex-vivo et trouve des applications par exemple dans les domaines des neurosciences, de l'embryologie ou de l'oncologie. Ainsi, des microscopes multi-photoniques commerciaux utilisent l'interaction de deux photons avec les molécules d'un milieu organique pour y repérer des organelles et tracer, en collectant la fluorescence émise, une cartographie dynamique de ces organelles. Les meilleurs microscopes commerciaux permettent de visualiser les tissus à 200 .im sous la surface des tissus. En utilisant l'interaction de trois photons avec les tissus, on peut visualiser les tissus situés à plus grande profondeur (>800 i_tm) avec le même rapport signal sur bruit. [0003] La FIG. 1 illustre différentes longueurs caractéristiques de la réponse de tissus aqueux désorganisés, comme ceux du cortex cérébral, en présence d'impulsions laser. Les longueurs caractéristiques sont fonction de la longueur d'onde des impulsions. Sur la FIG. 1, la courbe 12 représente la longueur caractéristique d'absorption (la) dans l'eau, définie comme la longueur pour laquelle la puissance optique du signal incident est atténuée d'un facteur e, où e est le nombre d'Euler ; la courbe 13 représente la longueur caractéristique de diffusion (/d) et la courbe 11 représente une longueur effective d'atténuation (leff) qui prend en compte l'absorption et la diffusion (lem -1 + id-1\ ) Ces différentes courbes, et notamment la courbe 11, illustrent le fait que, dans une fenêtre 14 de longueur d'onde autour de 1675 nm (par exemple, 1675 nm +/- 25 nm), les impulsions laser pénètrent plus en profondeur dans les tissus aqueux. [0004] La déposante a constaté plus précisément que, pour l'imagerie en profondeur dans des milieux biologiques, il faudrait idéalement, compte-tenu des propriétés des tissus aqueux désorganisés tels que les milieux biologiques, outre une longueur d'onde optimisée proche de 27658/046FR 3054733 2 1675 nm, une source laser permettant la génération d'impulsions laser de forte puissance crête, typiquement de l'ordre de 100 kW ou davantage, et de durée inférieure à 200 fs. Une telle source laser couplée à un microscope permettrait d'acquérir des images en profondeur du milieu biologique avec un bon rapport signal sur bruit. 5 [0005] Il existe des sources lasers permettant la génération d'impulsions ultra-brèves et présentant une telle puissance crête ; ces sources laser sont constituées d'une succession d'éléments, comprenant par exemple un oscillateur-injecteur, un étireur, un ou plusieurs amplificateurs, un compresseur et un élément de conversion de longueur d'onde. [0006] Le document intitulé « In vivo three-photon microscopy of subcortical structures 10 within an intact mouse brain », de Horton et al., publié le 20 janvier 2013, par « Nature Photonics », décrit ainsi une technique de microscopie, applicable à l'imagerie in-vivo, notamment pour produire in-vivo des images de cerveau de souris. Des impulsions de haute énergie à une longueur d'onde de 1675 nm sont produites au moyen d'un barreau à cristal photonique par auto-décalage fréquentiel à partir d'impulsions laser source d'entrée de 15 longueur d'onde 1550 nm. En sortie, chaque impulsion présente une puissance crête de 1 mégawatt (MW) et une durée à mi-hauteur en intensité de 114 femtosecondes. Le train d'impulsions a une cadence de 1 mégahertz (MHz), ce qui correspond à une puissance moyenne de 67 milliwatt (mW). [0007] Cependant, dans les sources lasers connues de l'art antérieur, lorsque le faisceau 20 laser passe d'un élément à l'autre, par l'intermédiaire de chemins en espace libre, il est nécessaire de collimater puis focaliser ce faisceau laser dans chacun des éléments, amplificateur et/ou élément de conversion de longueur d'onde, que ceux-ci soient constitués de cristaux non-linéaires ou de fibres. Ainsi, la maintenance et le réglage de telles sources lasers doit être effectuée régulièrement, ce qui peut être contraignant pour les utilisateurs de ces sources lasers, 25 notamment lorsque ces utilisateurs ne disposent pas nécessairement du temps ou des équipements, ou même des connaissances pour effectuer une telle maintenance. [0008] Il apparaît ainsi un besoin pour une source laser, présentant des performances adaptées pour produire des images en profondeur dans les tissus vivants et dont la maintenance soit simplifiée. 30 RESUME [0009] La présente description a pour objet, selon un premier aspect, une source laser femtoseconde comprenant : 27658/046FR 3054733 3 - un oscillateur laser d'injection à fibre optique dopée dans un matériau donné, adapté pour délivrer, via une fibre optique de sortie, une première impulsion picoseconde, à une première longueur d'onde i ; - un amplificateur de puissance à fibre optique amplificatrice pour produire, à partir de la 5 première impulsion, une deuxième impulsion, à la première longueur d'onde, avec une énergie amplifiée par rapport à la première impulsion, la fibre optique amplificatrice étant dopée dans le même matériau que la fibre optique de l'oscillateur laser d'injection et présentant une longueur inférieure ou égale à la distance du point de compression solitonique; 10 - une fibre à décalage de fréquence adaptée pour recevoir la deuxième impulsion et générer par auto-décalage Raman un soliton fondamental à une deuxième longueur d'onde X.2 strictement supérieure à la première longueur d'onde [0010] Du fait de l'utilisation combinée d'une fibre amplificatrice dopée dans le même matériau que celle de l'oscillateur laser d'injection et d'une fibre à décalage de fréquence, il est 15 possible d'obtenir un train d'impulsions à la fois ultra-brèves (de durée par exemple inférieure à 100 femtosecondes), et de forte puissance crête (supérieure par exemple à 100 kW), à cadence élevée (par exemple entre 0,1 et 100 MHz). Dans la suite de la description, on parlera d'impulsions femtosecondes pour des impulsions de durée inférieure à 100 femtosecondes. [0011] En outre, la deuxième longueur d'onde étant fonction du matériau de dopage et de 20 la longueur de la fibre à décalage de fréquence, on peut obtenir des impulsions à une deuxième longueur d'onde adaptée à une application donnée, par exemple aux applications d'imagerie citées en introduction. [0012] L'utilisation et la maintenance d'une telle source laser sont simplifiées en ce que la source laser se prête à une réalisation sous forme de dispositif monolithique, dans lequel les 25 différents composants optiques (oscillateur laser, amplificateur de puissance et fibre à décalage) sont intégrés les uns aux autres, raccordés via les fibres optiques et ne nécessitent pas de réglages. La source laser est en outre stable dans le temps et immune aux perturbations environnementales telles que vibrations mécaniques. [0013] Dans au moins un mode de réalisation de la source laser, la fibre optique 30 amplificatrice présente une aire modale supérieure ou égale à 200 ki2. Une telle aire modale augmente la puissance crête de l'impulsion produite par la fibre optique amplificatrice. [0014] Dans au moins un mode de réalisation de la source laser, la fibre optique amplificatrice présente une longueur supérieure à la distance à partir de laquelle la fibre optique amplificatrice opère en régime non-linéaire. De la sorte, des effets non-linaires tels que l'auto- 27658/046FR 3054733 4 modulation de phase permettent de comprimer temporellement les impulsions et d'augmenter encore la puissance crête pouvant être obtenue en sortie de la fibre amplificatrice. [0015] Dans au moins un mode de réalisation de la source laser, l'oscillateur laser d'injection est un oscillateur à fibres à gestion de dispersion chromatique configuré pour 5 générer des impulsions à dérive de fréquence. De telles impulsions présentent une importante dérive en fréquence et peuvent ainsi être amplifiées davantage par rapport à des impulsions sans dérive de fréquence. [0016] Dans au moins un mode de réalisation de la source laser, l'oscillateur laser d'injection comprend un oscillateur solitonique délivrant des impulsions sans dérive de 10 fréquence. [0017] Dans au moins un mode de réalisation de la source laser, l'oscillateur solitonique est suivi d'une fibre optique à dispersion normale configurée pour étirer temporellement les impulsions générées par l'oscillateur. [0018] Dans au moins un mode de réalisation de la source laser, le matériau de dopage est 15 une terre rare choisie parmi l'ytterbium, le praséodyme, l'erbium, le thulium et l'holmium. Le matériau de dopage peut également être le bismuth. Ces matériaux permettent d'aboutir à des impulsions en sortie de la fibre à décalage de fréquence qui ont une longueur d'onde adaptée aux applications d'imagerie précitées. [0019] Dans au moins un mode de réalisation de la source laser, la fibre optique 20 amplificatrice et la fibre à décalage de fréquence sont soudées l'une à l'autre. En outre, la fibre optique de sortie de l'oscillateur laser d'injection et la fibre amplificatrice sont soudées l'une à l'autre. La source laser est ainsi monolithique et ne nécessite pas de réglage. On évite également les chemins d'air. [0020] Dans au moins un mode de réalisation, la source laser comprenant en outre un filtre 25 passe-haut pour éliminer des résidus d'impulsion à la première longueur d'onde Ceci permet d'augmenter l'efficacité des impulsions produites par la source laser dans les applications d'imagerie précitées. [0021] La présente description a pour objet, selon un deuxième aspect, un système d'imagerie comprenant une source laser femtoseconde selon la présente description, adaptée à 30 l'émission d'impulsions vers un objet en profondeur dans un milieu biologique et un microscope pour former et acquérir une image de l'objet à partir de la lumière de fluorescence rétrodiffusée par l'objet. [0022] La présente description a pour objet, selon un troisième aspect, un procédé de génération d'impulsions laser femtosecondes comprenant une production, par un oscillateur 27658/046FR 3054733 5 d'injection à fibre optique dopée dans un matériau donné, d'une première impulsion picoseconde, à une première longueur d'onde ki ; une production, par un amplificateur de puissance à fibre optique amplificatrice, à partir de la première impulsion, d'une deuxième impulsion, à la première longueur d'onde, avec une énergie amplifiée par rapport à la première 5 impulsion, la fibre optique amplificatrice étant dopée dans le même matériau que la fibre optique de l'oscillateur d'injection et présentant une longueur inférieure ou égale à la distance du point de compression solitonique ; une production, par auto-décalage Raman, au moyen d'une fibre à décalage de fréquence adaptée pour recevoir la deuxième impulsion, d'un soliton fondamental à une deuxième longueur d'onde X.2 strictement supérieure à la première longueur 10 d'onde Xi. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES [0023] D'autres avantages et caractéristiques de la technique présentée ci-dessus apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-dessous, faite par référence aux figures 15 dans lesquelles : la FIG.1, déjà décrite, est un diagramme illustrant les caractéristiques de la réponse de tissus aqueux en présence d'une source laser ; les FIGS.2A-2B illustrent des modes de réalisation d'une source laser selon la présente description ; 20 les FIGS.3A-3C illustrent des propriétés des impulsions laser générées par la source laser selon la présente description ; les FIGS.4A-4E illustrent différent aspects du phénomène de compression solitonique ; les FIGS.5A-5C illustrent différent aspects du phénomène d'auto-décalage Raman des solitons ; 25 les FIGS.6A-6B illustrent des propriétés d'une source laser selon la présente description ; les FIGS.7A-7B illustrent des propriétés d'une source laser selon la présente description ; la FIG.8 est une image obtenue par un système d'imagerie selon la présente description. 30 DESCRIPTION DETAILLEE [0024] La FIG. 2A représente de façon schématique un mode de réalisation d'une source laser 200A selon la présente description, adapté par exemple à la microscopie multiphotonique 27658/046FR 3054733 6 et la FIG. 2B un exemple de réalisation plus détaillé d'une source laser 200B selon la présente description. La source laser 200A ou 200B constitue un dispositif de génération d'impulsions laser. [0025] La source laser 200A représentée sur la FIG. 2A comprend trois composants 5 principaux, à savoir : - un oscillateur laser d'injection 211, - un amplificateur de puissance 220 à fibre optique 229, et - un dispositif 230 à décalage de fréquence, comprenant une fibre optique 232. [0026] La source laser 200A génère un train d'impulsions optiques qui sont acheminées, 10 au moyen d'un composant optique 240 de sortie, vers un microscope 250 permettant la formation et l'acquisition d'images. [0027] L'oscillateur laser d'injection 211 comprend au moins une fibre optique dopée dans un matériau donné. La fibre optique dopée de l'oscillateur laser d'injection 211 est par exemple une fibre optique constituée d'un matériau luminescent donné (verre ou matrice vitreuse), dopé 15 dans un matériau donné. Le matériau de dopage est un matériau optiquement actif, c'est-à-dire que, sous excitation (par exemple par des lasers de pompe internes à l'oscillateur laser 211), ce matériau émet une lumière cohérente à une longueur d'onde donnée. Dans un ou plusieurs modes de réalisation, cette fibre optique dopée est une fibre amplificatrice interne à l'oscillateur laser d'injection 211. Dans un ou plusieurs modes de réalisation, le matériau de dopage est un 20 ion, par exemple un ion de terre rare. La terre rare est par exemple le néodyme (de symbole chimique Nd), l'ytterbium (de symbole chimique Yb), le praséodyme (de symbole chimique Pr), l'erbium (de symbole chimique Er), le thulium (de symbole chimique Tm), l'holmium (de symbole chimique Ho), ou tout autre élément fluorescent soluble dans la matrice vitreuse constituant la fibre, comme par exemple le bismuth (de symbole chimique Bi). 25 [0028] L'oscillateur laser d'injection 211 produit en sortie, via une fibre optique 212 de sortie, un premier train d'impulsions laser IL1, à une première longueur d'onde Les impulsions laser IL1 sont des impulsions picosecondes (ps). Dans le cadre de la présente description, une impulsion picoseconde est une impulsion de durée comprise entre 1 et 100 ps. La cadence des impulsions laser IL1 est comprise par exemple entre 0,1 et 100 MHz. 30 [0029] Dans au moins un mode de réalisation de la source laser 200A, l'oscillateur laser d'injection 211 est un oscillateur laser fibré à verrouillage de modes en phase. Un tel verrouillage des modes longitudinaux de l'oscillateur laser d'injection permet d'obtenir des impulsions picoseconde. D'autres types de lasers, par exemple un laser de type « gain switch » permettent également d'obtenir des impulsions picoseconde. 27658/046FR 3054733 7 [0030] La première longueur d'onde ki dépend du matériau de dopage de la fibre optique dopée de l'oscillateur laser d'injection 211. Lorsque le matériau de dopage est l'erbium, la première longueur d'onde ki est d'environ 1555 nm. Plus généralement, selon le matériau de dopage choisi, la longueur d'onde ki peut être comprise entre 900 et 2200 nm. 5 [0031] L'amplificateur de puissance 220 génère, à partir du premier train d'impulsions laser IL1, un deuxième train d'impulsions laser IL2, à la première longueur d'onde Ces impulsions laser IL2 présentent une énergie amplifiée par rapport aux impulsions laser IL1. [0032] La fibre optique amplificatrice 229 de l'amplificateur de puissance 220 est dopée dans le même matériau que la fibre optique dopée de l'oscillateur laser d'injection 211 de sorte 10 que la fonction de transfert représentant le gain de l'amplificateur soit adaptée au spectre de l'impulsion produite dans l'oscillateur et préserver ainsi les composantes spectrales de cette impulsion. [0033] Au sein de la fibre optique amplificatrice 229, l'énergie de l'impulsion IL2 croît exponentiellement avec la distance de propagation au sein de la fibre optique amplificatrice 15 229, mais la longueur d'onde centrale de l'impulsion IL2 ne varie pas. [0034] Dans au moins un mode de réalisation, la longueur de la fibre optique amplificatrice 229 est choisie de sorte à être supérieure à la distance à partir de laquelle la fibre optique amplificatrice 229 opère en régime non-linéaire. Outre l'effet d'amplification, la fibre optique amplificatrice 229 a sur le premier train d'impulsions laser IL1 des effets non linéaires, c'est-à- 20 dire induisant des modifications non-linéaires (déformations, introduction de dissymétries...) du spectre en fréquence des impulsions IL1. Ces effets non linéaires sont détectables par comparaison du spectre en fréquence des impulsions IL2 par rapport au spectre en fréquence des impulsions IL1 en entrée de la fibre optique amplificatrice 229. Ces effets non-linéaires incluent par exemple l'auto-modulation de phase et la diffusion Raman stimulée. 25 [0035] Ainsi, lorsque la puissance crête (i.e. le rapport entre l'énergie E et TFWHM la durée à mi-hauteur de l'impulsion ou « full-width at half maximum », selon la terminologie anglo-saxonne) croît et atteint un seuil, le spectre de l'impulsion s'élargit par un phénomène non-linéaire d'auto-modulation de phase. En conséquence, l'impulsion est comprimée temporellement, c'est-à-dire que sa durée est réduite. La puissance crête croît alors de plus en 30 plus vite, ce qui amplifie l'effet de l'auto-modulation de phase. Ceci permet d'obtenir une impulsion amplifiée IL2 à forte énergie (>100 nJ), et de durée réduite par rapport à une impulsion d'entrée IL1. [0036] Dans au moins un mode de réalisation, la fibre optique amplificatrice 229 est ainsi utilisée dans un régime non-linéaire dans lequel le phénomène d'auto-modulation de phase dans 27658/046FR 3054733 8 un régime de dispersion anormal (132 1) en sortie de l'amplificateur tout en maximisant la puissance crête du soliton fondamental IL3. De plus, la longueur de la fibre 232 est choisie afin d'accorder la longueur d'onde centrale de l'impulsion solitonique IL3. Selon l'équation (1), l'énergie E3 de l'impulsion solitonique IL3 générée dans la fibre à décalage de fréquence 232 sera maximale si l'aire modale et/ou la 27658/046FR 3054733 10 dispersion chromatique de la fibre sont maximisées. Une forte dispersion chromatique contribue à étaler l'impulsion et, bien qu'elle présente alors une forte énergie, sa puissance crête n'est pas suffisamment accrue. La fibre à décalage de fréquence 232 présente donc une très grande aire modale, qui peut être supérieure à celle de la fibre optique amplificatrice 229, par 5 exemple supérieure à 500 [tm2, de manière à recevoir une grande partie de l'énergie de la deuxième impulsion laser IL2. [0045] Dans au moins un mode de réalisation, la fibre optique amplificatrice 229 est soudée par un joint à la fibre à décalage de fréquence 232. Toute méthode connue de soudure de fibre optique est applicable pour réaliser cette soudure. En particulier, une soudure par fusion par arc 10 électrique est utilisable. [0046] Dans au moins un mode de réalisation, la fibre amplificatrice 229 et la fibre à décalage de fréquence 232 sont différentes, mais adaptées l'une à l'autre en termes d'aire modale et/ou de géométrie transverse et/ou de matériau de sorte à éviter les pertes de puissance aux soudures entre ces fibres et ainsi préserver l'énergie de l'impulsion en entrée de la fibre à 15 décalage de fréquence 232. L'optimisation d'un joint entre fibres dissymétriques est décrite plus en détail par exemple dans l'ouvrage intitulé « Single-mode fiber optics », de Luc Jeunhomme, Chapitre 3, p. 99, éditions Marcel Dekker, New York (1983) ISBN 0-8247-7020X. [0047] Dans au moins un mode de réalisation, la fibre amplificatrice 229 et la fibre à 20 décalage de fréquence 232 sont différentes et dissymétriques en termes d'aire modale, de diamètre de coeur, de différence d'indice coeur-gaine et/ou de diamètre externe. Le rendement en énergie du raccord entre ces deux fibres optiques dissymétriques est dans ce cas optimisé en réalisant une transition adiabatique, c'est-à-dire sans pertes d'énergie. Une transition adiabatique consiste en un effilement local de la fibre de plus grand coeur afin d'adapter les 25 aires modales des deux fibres à raccorder. [0048] Dans au moins un mode de réalisation, la fibre optique 229 amplificatrice est effilée sur tout ou partie de sa longueur pour augmenter significativement le diamètre du coeur (par exemple dans un rapport de 1 à 3 ou plus entre le début et la fin de la fibre effilée), et ainsi augmenter significativement l'énergie que peut véhiculer l'impulsion IL2 en comparaison 30 d'une fibre à diamètre de coeur constant le long de la longueur (invariant de translation). [0049] Dans au moins un mode de réalisation, la fibre à décalage de fréquence 232 est une fibre effilée dont l'étendue géométrique d'entrée est adaptée à celle de la sortie de la fibre amplificatrice 229. 27658/046FR 3054733 11 [0050] La FIG. 2B illustre un mode de réalisation particulier d'une source laser 200B selon la présente description. [0051] La source laser 200B représentée sur la FIG. 2B comprend trois composants principaux, un oscillateur laser d'injection 211 à fibre optique (non représentée), un 5 amplificateur de puissance 220 à fibre optique 229, et un dispositif 230 à décalage de fréquence comprenant une fibre optique 232. Ces composants sont par exemple ceux décrits par référence à la FIG. 2A. [0052] La fibre optique 212 en sortie de l'oscillateur laser d'injection 211 achemine les impulsions laser IL1 vers l'amplificateur de puissance 220. 10 [0053] Dans le mode de réalisation illustré à la FIG. 2B, l'amplificateur de puissance 220 comprend une fibre optique d'entrée 227, des lasers de pompe 222, un combineur de pompe multimode 223 (selon la terminologie anglo-saxonne, « multimode pump combiner, MPC »), une fibre optique 228 en sortie du combineur de pompe multimode 223, et une fibre optique amplificatrice 229. 15 [0054] La fibre optique d'entrée 227 reçoit via la fibre optique 212 les impulsions laser IL1 générées par l'oscillateur laser d'injection 211. [0055] Les lasers de pompe 222 sont choisis en fonction de la longueur d'onde du rayonnement infrarouge multimode spatial que ces lasers de pompe 222 produisent, cette longueur d'onde étant adaptée pour produire une inversion des populations en ions de terre rare 20 et ainsi, selon le principe de l'émission stimulée, permettre l'amplification des impulsions lasers IL1. Par exemple, dans le cas où l'ion de terre rare est l'erbium, la longueur d'onde du rayonnement issu des lasers de pompe peut être de 979 +/-3 nm ou 1532+/-3 nm. [0056] Le combineur de pompe multimode 223 est adapté pour combiner dans la fibre monomode à double gaine 228 le rayonnement issu des lasers de pompe 222 et les impulsions 25 laser IL1 issues de la fibre de sortie 212 de l'oscillateur laser d'injection 211. Un fond continu est ainsi ajouté aux impulsions IL1. Ces impulsions pré-amplifiées IL1 sont transmises via la fibre optique 228 dans la fibre amplificatrice 229. De manière identique à ce qui a été décrit par référence à la FIG.2A pour la génération des impulsions IL2 à partir des impulsions IL1, la fibre amplificatrice 229 génèrent des impulsions amplifiées IL2 à partir des impulsions laser 30 IL1. [0057] Dans le mode de réalisation illustré à la FIG. 2B, le dispositif 230 de décalage de fréquence de la FIG.2A comprend une partie 235 fibrée et une partie 236 en espace libre. La partie 235 fibrée comprend une fibre à décalage de fréquence 232. La partie fibrée peut comprendre en outre un nettoyeur de gaine 231 (selon la terminologie anglo-saxonne « cladding 27658/046FR 3054733 12 light stripper ») et un collimateur 233. La partie 236 en espace libre comprend par exemple un filtre 234. [0058] Le nettoyeur de gaine 231 est configuré pour supprimer tout rayonnement parasite résiduel issu des lasers de pompe 222 et non-absorbé dans la fibre amplificatrice 229. Le filtre 5 234 est un filtre passe-haut, configuré pour éliminer, dans l'onde optique produite par la fibre à décalage de fréquence 232, des résidus d'impulsion IL2 à la première longueur d'onde Le collimateur 233 sert à collimater l'onde optique de sortie sur le filtre 234. [0059] Le composant optique 240 de sortie comprend un ou plusieurs miroirs 241, 242 pour acheminer en espace libre les impulsions optiques en sortie du filtre 234 sur le microscope 10 250. [0060] La fibre optique 228 est par exemple soudée par un joint 224 à la fibre optique amplificatrice 229. La fibre optique amplificatrice 229 est également soudée par un joint 225 à la fibre à décalage de fréquence 232. Toute méthode connue de soudure de fibre optique est applicable pour réaliser ces soudures. En particulier, une soudure par fusion par arc électrique 15 est utilisable. [0061] Dans au moins un mode de réalisation de la source laser 200A ou 200B, l'oscillateur laser d'injection 211 est un oscillateur qui comprend, outre la fibre amplificatrice interne dopée décrite par référence à la fig. 2A, des fibres à gestion de dispersion chromatique qui génèrent des impulsions à dérive de fréquence, appelées « dispersion-managed solitons » (DMS) dans 20 la terminologie anglo-saxonne. Les impulsions laser générées par un tel oscillateur à fibres à gestion de dispersion chromatique sont fortement étirées temporellement en raison de la forte dispersion de vitesse de groupe de l'oscillateur laser d'injection 211 et présentent un profil temporel quasi-gaussien. Ces impulsions présentent en outre un profil spectral large et quasigaussien. Ces impulsions ne sont ainsi pas en limite de Fourier (TFWHM x Av > 0,44 pour des 25 impulsions quasi-gaussiennes) et présentent ainsi une forte dérive de fréquence qui pourra être compensée (i.e. réduite, voire annulée) lors de la compression non-linéaire dans la fibre amplificatrice 229. Les impulsions issues de l'oscillateur à gestion de dispersion chromatique ont une durée limite théorique sub-300 fs, à la longueur d'onde de sorte à pouvoir être comprimées à une durée sub-picoseconde, puis donner lieu à une impulsion IL3 de haute 30 énergie. Comme l'énergie d'une impulsion à dérive de fréquence à spectre large peut être amplifiée à des niveaux plus élevés que ceux obtenus pour une impulsion sans dérive de fréquence, il est possible, après amplification et compression dans la fibre amplificatrice 229, d'obtenir une puissance crête élevée, par exemple en augmentant l'aire modale effective de la fibre 232 à décalage de fréquence. Ceci permettra d'obtenir un décalage fréquentiel efficace 27658/046FR 3054733 13 vers une autre longueur d'onde par auto-décalage Raman avec une longueur de fibre à décalage de fréquence 232 réduite et une énergie par impulsion plus élevée. Dans le cas d'un oscillateur laser d'injection 211 à fibres à gestion de dispersion chromatique, la deuxième longueur d'onde k2 est également fonction des longueurs des fibres à gestion de dispersion de l'oscillateur laser 5 d'injection 211. [0062] Dans le cas d'un oscillateur à fibres à gestion de dispersion chromatique, la longueur de la fibre amplificatrice 229 peut être choisie de sorte qu'il y ait une compression temporelle des impulsions par compensation de la dérive de fréquence des impulsions IL1 due, d'une part, à la dispersion chromatique anormale de la fibre amplificatrice 229 et, d'autre part, 10 à l'auto-modulation de phase due à l'effet Kerr. [0063] Dans au moins un mode de réalisation de la source laser 200A ou 200B, l'oscillateur génère des solitons, de forme temporelle et spectrale en sécante hyperbolique. Ces solitons sont en limite de Fourier (« transform-limited », selon la terminologie anglo-saxonne), caractérisés par TFWHM X Av = 0,31, c'est-à-dire que ce sont les impulsions les plus brèves qu'il est possible 15 de générer avec un profil d'intensité spectral donné et qu'elles ne peuvent pas être comprimées à une durée inférieure à leur durée initiale. [0064] Dans au moins un mode de réalisation de la source laser 200A ou 200B, l'oscillateur laser d'injection 211 est un oscillateur générant des impulsions sans dérive de fréquence, par exemple un oscillateur solitonique générant des solitons. Dans au moins un mode de réalisation, 20 cet oscillateur solitonique est suivi d'une fibre optique à dispersion normale étirant temporellement les impulsions générées par l'oscillateur laser d'injection 211 jusqu'à une durée picoseconde. Cet assemblage produit des impulsions à dérive de fréquence similaires à celles issues d'un oscillateur à gestion de dispersion chromatique. [0065] Dans au moins un mode de réalisation de la source laser 200A ou 200B, la fibre à 25 décalage de fréquence 232 est une fibre sélectivement absorbante de sorte à absorber, dans l'onde optique produite dans la fibre à décalage de fréquence 232, des résidus d'impulsion à la première longueur d'onde Dans le cas de la source laser 200B, le filtre passe-haut 234 et le collimateur 233 peuvent être supprimés. [0066] Le choix de la longueur de la fibre amplificatrice 229 est illustré par la FIG. 3A qui 30 représente la durée (courbe 32) de l'impulsion laser IL1 et la puissance crête (courbe 31) de l'impulsion laser IL1 dans la fibre optique amplificatrice 229 de l'amplificateur de puissance 220 en fonction de la distance de propagation par rapport au point d'entrée de cette fibre optique amplificatrice 229. On observe sur cet exemple la réduction de la durée de l'impulsion laser qui intervient lorsque l'énergie des impulsions croît. La durée de l'impulsion laser diminue 27658/046FR 3054733 14 brutalement à partir d'environ 3 m du point d'entrée de la fibre optique amplificatrice 229 ce qui est le signe que l'auto-modulation de phase devient prédominante dans le processus de compression temporelle. L'énergie accumulée par l'impulsion laser IL2 en sortie de la fibre 229 atteint plusieurs dizaines de nJ (environ 157 nJ, soit une puissance crête de 57 kW dans 5 l'exemple de la FIG. 3A) pour une durée à mi-hauteur de 3 ps. [0067] La FIG. 3B représente la variation temporelle de l'intensité de l'impulsion obtenue à 3 m du point d'entrée de la fibre optique amplificatrice 229 et la FIG. 3C représente le spectre de cette même impulsion. Bien que l'impulsion soit encore intègre comme le montre la FIG. 3B, son spectre est déformé sous l'effet de l'auto-modulation de phase comme le montre la FIG. 3C. 10 Au-delà de ce point, l'impulsion laser IL1 fissionne en plusieurs ondes solitoniques élémentaires sous les effets perturbateurs précités. La FIG. 3C est ainsi un exemple illustratif d'une déformation limite sur le spectre en fréquence, au-delà de laquelle l'impulsion perd son intégrité, voire fissionne. On observe sur cette FIG. 3C un effet d'étalement du spectre ainsi qu'une perte de symétrie entre hautes et basses fréquences alors que le spectre de l'impulsion à 15 l'entrée de la fibre optique amplificatrice 229 est quasi-gaussien. [0068] Le diagramme de la FIG. 4A illustre la manière dont l'aire modale effective (courbe 34) de la fibre amplificatrice 229 et la fibre à décalage de fréquence 232 varie, le saut de la courbe 34 correspondant au passage (à une distance de propagation de 4 m environ) de la fibre amplificatrice 229 à la fibre à décalage de fréquence 232. Le diagramme de la FIG. 4A illustre 20 également la manière dont la puissance crête (courbe 33) de l'impulsion laser IL2 augmente dans la fibre amplificatrice 229 puis dans la fibre à décalage de fréquence 232 sous l'effet de la compression multi-solitonique. On observe que, jusqu'à une distance de propagation de 4 m par rapport au point d'entrée de la fibre 229, la puissance crête augmente quasi-linéairement (comme dans la FIG. 3A). Entre le début de la fibre à décalage de fréquence 232 et jusqu'à 25 approximativement une distance de propagation de 0,5 m par rapport au point d'entrée (à une distance de 4 m environ) de cette fibre à décalage de fréquence 232, la puissance crête augmente exponentiellement jusqu'à une valeur de 500 kW, ce qui traduit le phénomène de compression multi-solitonique. La fibre à décalage de fréquence 232 est conçue de manière à obtenir une valeur de l'ordre N du soliton proche de l'unité et ainsi minimiser le nombre de solitons après 30 fission de l'impulsion IL2. L'ordre N atteint ici la valeur de 2,6 (E2 = 157 nJ, TFWHM = 55 fs, Aar = 1250 i.tm2, 132 = 2,9 10-26 s2/m) par exemple en maximisant son aire effective modale. Puis, après 0,5 m par rapport au point d'entrée de la fibre à décalage de fréquence 232, l'impulsion IL2 fissionne en deux solitons fondamentaux dont l'impulsion solitonique IL3, qui correspond à la partie cerclée en haut à droite de la figure 4B. 27658/046FR 3054733 15 [0069] La FIG. 4C représente la variation temporelle de l'intensité de l'impulsion IL3 en sortie de la fibre 232 à décalage de fréquence. On observe que l'impulsion a une durée à mi-hauteur ultra-brève, inférieure à 100 fs. En sortie de la fibre à décalage de fréquence 232 la puissance crête de l'impulsion solitonique IL3 peut être déterminée et vaut ici 600 kW pour une 5 durée à mi-hauteur de 100 fs. Les cercles sur la courbe de la FIG. 4C correspondent à des points d'une courbe d'ajustement (en l'occurrence, une sécante hyperbolique au carré) montrant que l'impulsion correspond bien à un soliton. La courbe de la FIG. 4D représente le spectre en sortie de fibre à décalage de fréquence 232. La longueur d'onde centrale de l'impulsion solitonique IL3 est de 1,75 nm. 10 [0070] Le phénomène d'auto-décalage Raman est illustré par les FIGs 5A-5C. La FIG. 5A montre le spectre en fréquence 50A d'une impulsion laser avant auto-décalage en corrélation avec la courbe 51A de la partie imaginaire de la susceptibilité Raman, et la FIG. 5B montre le spectre en fréquence 50B d'une impulsion laser après auto-décalage, en corrélation avec la courbe 51B de la partie imaginaire de la susceptibilité Raman. Une impulsion ultra-brève se 15 propageant dans un milieu matériel est sujette à la diffusion Raman stimulée. De manière connue, l'effet Raman provoque une dérive continue de la fréquence centrale de l'impulsion par un échange d'énergie avec les phonons du milieu que forme le coeur de la fibre optique. Au travers de cette interaction lumière-matière inélastique un photon de longueur d'onde Xa, c'est-à-dire d'énergie Ea = hc/Xa, où h est le quantum d'action ou constante de Planck (h = 6,62.10'4 20 J.$) et c est la célérité de la lumière dans le vide, est absorbé par le milieu matériel. Un second photon à une énergie inférieure Eb 4. La différence d'énergie, ou défaut quantique, est transmise au milieu matériel sous la forme d'une particule correspondant à une vibration acoustique du milieu matériel, ou phonon. La partie imaginaire de la susceptibilité Raman est représentée sur la FIG. 25 5A, dans le cas d'exemple de la silice en fonction du décalage fréquentiel entre les deux photons mis en jeu 4v=c/Xb -c/Xa). Lors de l'interaction au travers de l'effet Raman entre le milieu matériel et une impulsion ultra-brève de spectre fréquentiel large, comme celle représentée aussi sur la FIG. 5A, la partie du spectre de l'impulsion pour Av > 0 est absorbée tandis que la partie du spectre de l'impulsion à Av REVENDICATIONS1. Source laser femtoseconde comprenant : un oscillateur laser d'injection (211) à fibre optique dopée dans un matériau donné, adapté pour délivrer, via une fibre optique de sortie (212), une première impulsion picoseconde, à une première longueur d'onde ki ; un amplificateur de puissance (220) à fibre optique amplificatrice (229) pour produire, à partir de la première impulsion, une deuxième impulsion, à la première longueur d'onde, avec une énergie amplifiée par rapport à la première impulsion, la fibre optique amplificatrice (229) étant dopée dans le même matériau que la fibre optique (212) de l'oscillateur d'injection et présentant une longueur inférieure ou égale à la distance du point de compression solitonique; une fibre à décalage de fréquence (232) adaptée pour recevoir la deuxième impulsion et générer par auto-décalage Raman un soliton fondamental à une deuxième longueur d'onde k2 strictement supérieure à la première longueur d'onde 2. Source laser femtoseconde selon la revendication 1, dans laquelle la fibre optique amplificatrice (229) présente une aire modale supérieure ou égale à 200 ki2. 3. Source laser femtoseconde selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la fibre optique amplificatrice (229) présente une longueur supérieure à la distance à partir de laquelle la fibre optique amplificatrice (229) opère en régime non-linéaire. 4. Source laser femtoseconde selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'oscillateur laser d'injection est un oscillateur à fibres à gestion de dispersion chromatique configure pour générer des impulsions à dérive de fréquence. 5. Source laser femtoseconde selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'oscillateur laser d'injection comprend un oscillateur solitonique délivrant des impulsions sans dérive de fréquence. 6. Source laser femtoseconde selon la revendication 5, dans laquelle l'oscillateur solitonique est suivi d'une fibre optique à dispersion normale configurée pour étirer temporellement les impulsions générées par l'oscillateur laser d'injection. 27658/046FR 3054733 20 7. Source laser femtoseconde selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le matériau de dopage est choisi dans le groupe comprenant l' ytterbium, le praséodyme l'erbium, le thulium, l'holmium et le bismuth. 5 8. Source laser femtoseconde selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la fibre optique amplificatrice (229) et la fibre à décalage de fréquence (232) sont soudées l'une à l'autre. 9. Source laser femtoseconde selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un filtre passe-haut (234) pour éliminer des résidus 10 d'impulsion à la première longueur d'onde 10. Système d'imagerie comprenant une source laser femtoseconde selon l'une quelconque des revendications précédentes, adaptée à l'émission d'impulsions vers un objet en profondeur dans un milieu biologique, et un microscope (250) pour former et acquérir une image de l'objet à partir de la lumière de fluorescence rétrodiffusée par l'objet. 15 11. Procédé de génération d'impulsions laser femtosecondes comprenant - une production, par un oscillateur d'injection à fibre optique dopée dans un matériau donné, d'une première impulsion picoseconde, à une première longueur d'onde ki; - une production, par un amplificateur de puissance à fibre optique amplificatrice, à partir de la première impulsion, d'une deuxième impulsion, à la première longueur d'onde, avec une 20 énergie amplifiée par rapport à la première impulsion, la fibre optique amplificatrice étant dopée dans le même matériau que la fibre optique de l'oscillateur d'injection et présentant une longueur inférieure ou égale à la distance du point de compression solitonique; - une production, par auto-décalage Raman, au moyen d'une fibre à décalage de fréquence adaptée pour recevoir la deuxième impulsion, d'un soliton fondamental à une 25 deuxième longueur d'onde k2 strictement supérieure à la première longueur d'onde