Brevet FR3054082A1 — publié le 20180119

COMPRESSEUR COMPACT ET À FORTE PUISSANCE MOYENNE Le domaine de l'invention est celui des lasers à durée d'impulsion ultra-brève, typiquement inférieure à 1ps. De telles impulsions laser sont obtenues au moyen d'un équipement d'amplification laser par compression d'impulsions aussi désigné chaîne à dérive de fréquence 100 (ou CPA acronyme de l'expression anglo-saxonne « Chirped Pulse Amplifier ») que l'on peut voir figure 1. Une impulsion laser 10 à faible énergie et courte durée fournie par un générateur 0 est - étirée temporellement au moyen d'un étireur 1 (les longueurs d'onde les plus longues arrivent avant les longueurs d'onde les plus courtes, mais restent spatialement ensemble) en une impulsion 11 à faible énergie crête et longue durée ; on désigne taux d'étirement le ratio entre la durée de l'impulsion après étirement et la durée d'impulsion avant étirement, - l'impulsion étirée 11 est alors amplifiée par un amplificateur 2 en une impulsion 12 à énergie élevée de longue durée ; cet amplificateur 2 est typiquement constitué d'une série d'amplificateurs en cascade, - l'impulsion 12 étirée et amplifiée est alors compressée par un compresseur 3 en une impulsion 13 à énergie crête élevée et courte durée. La durée d'impulsion en entrée et en sortie d'une chaîne CPA est proche de la limite de Fourier (entre quelques centaines et quelques dizaines de fs typiquement). Le compresseur 3 permet de compresser des impulsions pouvant atteindre quelques ns de durée d'impulsion en entrée du compresseur à quelques centaines de fs voire dizaines de fs en sortie du compresseur. Le compresseur est un composant critique dans une architecture à dérive de fréquence car ses composants optiques (réseaux de compression, dièdres) doivent supporter l'intégralité de la puissance moyenne et de la puissance crête du laser après compression. On désigne par réseau de compression un réseau de diffraction utilisé dans un compresseur. Par ailleurs, dans certains lasers, le taux de compression défini comme le ratio entre la durée 3054082 2 d'impulsion avant compression et la durée d'impulsion après compression peut être très important, allant jusqu'à plusieurs dizaines de milliers (100 000 par exemple). En général le taux de compression est égal au taux d'étirement. Ce taux de compression fixe la taille du compresseur. 5 Parmi les architectures actuelles de compresseurs utilisées pour compresser une impulsion 12 étirée avec un fort taux d'étirement puis amplifiée, on peut citer : Une architecture de compresseur 3 dite « classique » ou 10 compresseur de Treacy, montrée figure 2, avec 2 réseaux de compression 31, 32. Dans le cas d'un taux de compression de plusieurs dizaines de milliers, la distance entre les deux réseaux 31, 32 est de plusieurs mètres. Cette architecture peu compacte peut rendre la compression de l'impulsion instable au cours du temps. De 15 plus, le réglage de cette architecture est réalisé sur les deux réseaux 31, 32, chacun étant monté sur son propre dispositif 310, 320 de réglage dynamique en translation et en rotation (symbolisé par deux flèches), ce qui rend ce réglage compliqué à réaliser. Afin de diminuer la taille du compresseur 3 et d'améliorer sa 20 stabilité, une architecture repliée, comme présentée sur la figure 3a peut être utilisée. Elle présente l'avantage de diviser approximativement par deux la distance entre les éléments optiques, de faciliter les réglages avec l'utilisation d'un seul réseau de compression 31 monté sur un seul dispositif 310 de réglage 25 dynamique en translation et en rotation (symbolisé par deux flèches), et de concentrer les réglages d'optimisation dynamiques sur l'unique réseau de compression. Cependant, cette architecture nécessite d'acquérir un réseau 31 de taille importante, avec une longueur typiquement de plus de 500 30 mm. Ces réseaux n'étant pas proposés de manière standard par les fournisseurs, leur coût est important ainsi que leur délai d'approvisionnement qui peut doubler par rapport à ceux de réseaux dit « standards » (= de longueur inférieure à 500 mm). De plus, étant donné la longueur L du réseau, son épaisseur ep aussi est importante, typiquement 10% de la longueur, afin d'assurer 3054082 3 une bonne qualité de front d'onde en sortie du compresseur. Cette épaisseur limite la possibilité de refroidissement par l'arrière des réseaux pour la gestion de la thermique, notamment dans le cas d'impulsions de fortes puissances moyennes telles que supérieures à 5 300 W en entrée du compresseur, ou de fortes puissances crêtes telles que supérieures à 1 71/V en sortie de compresseur. En conséquence, il demeure à ce jour un besoin pour un compresseur pour chaîne CPA donnant simultanément satisfaction à 10 l'ensemble des exigences précitées, en termes d'encombrement, de durée et de coût d'approvisionnement, de facilité de réglage et de puissance moyenne et/ou crête. 15 La solution apportée permet de garder une architecture repliée tout en l'adaptant à d'éventuelles fortes puissances moyennes, en divisant le long réseau de compression unique en deux sous-réseaux de compression : - un grand sous-réseau voyant l'impulsion avec le spectre étalé, qui n'a pas de problème de tenue au flux en termes de 20 puissance crête ou de puissance moyenne, - un plus petit sous-réseau, de taille standard, voyant les impulsions d'entrée et de sortie du compresseur, qui supporte donc la puissance crête et moyenne. 25 Plus précisément l'invention a pour objet un compresseur replié pour chaîne à dérive de fréquence de taux d'étirement prédéterminé et qui comporte : - un réseau de compression positionné pour recevoir une impulsion d'entrée et une impulsion de sortie du compresseur, monté sur un 30 dispositif de réglage dynamique en translation et en rotation, - un dièdre de repli et - au moins un dièdre de changement de hauteur, le réseau de compression et les dièdres étant configurés pour former sur le réseau de compression au moins deux impulsions étirées. 3054082 4 Il est principalement caractérisé en ce que le réseau de compression est divisé en deux sous-réseaux de compression de mêmes propriétés optiques, montés sur ledit dispositif de réglage : - un premier sous-réseau de compression de longueur L1 déterminée 5 pour contenir les impulsions étirées, mais pas les impulsions d'entrée et de sortie, - un second sous-réseau de compression de longueur L2 pour contenir l'impulsion d'entrée et l'impulsion de sortie, mais pas les impulsions étirées avec L2 L17 alors l'épaisseur epl est bien sûr déterminée en fonction de h1, la plus grande dimension. 15 REVENDICATIONS1. Compresseur (3) replié pour chaîne à dérive de fréquence de taux d'étirement prédéterminé et qui comporte : - un réseau de compression positionné pour recevoir une impulsion d'entrée (T1) et une impulsion de sortie (T4) du compresseur, monté sur un dispositif (310) de réglage dynamique en translation et en rotation, - un dièdre de repli (41) et - au moins un dièdre (42) de changement de hauteur, le réseau de compression et les dièdres étant configurés pour former sur le réseau de compression au moins deux impulsions étirées (T3, T4), caractérisé en ce que le réseau de compression est divisé en deux sous-réseaux (31a, 31b) de compression de mêmes propriétés optiques, montés sur ledit dispositif de réglage (310) : - un premier sous-réseau de compression (31a) de longueur L1 déterminée pour contenir les impulsions étirées (T3, T4), mais pas les impulsions d'entrée (T1) et de sortie (T4), - un second sous-réseau de compression (31b) de longueur L2 pour contenir les impulsions d'entrée (T1) et de sortie (T4), mais pas les impulsions étirées (T3, T4), avec L2 2. Compresseur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le premier sous-réseau de compression (31a) a une épaisseur ep1, le deuxième sous-réseau de compression (31b) a une épaisseur ep2 avec ep2 3. Compresseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'impulsion d'entrée (T1) a une puissance moyenne supérieure à 300 W. 4. Chaîne à dérive de fréquence comportant un étireur (1), un amplificateur (2) et un compresseur (3) selon l'une des revendications précédentes.