Brevet FR3080495A1 — publié le 20191025

La présente invention concerne les procédés de génération d'impulsions ultracourtes et les installations pour la mise en oeuvre de ces procédés. Etat de la technique Il est connu de générer des impulsions ultracourtes à l'aide d'installations reposant sur une technologie d'amplification paramétrique optique d'impulsions à dérive de fréquence (encore appelée OPCPA, pour « Optical Parametric Chirped-Pulse Amplification » en anglais). Ces amplificateurs OPCPA comportent un cristal non-linéaire assurant le transfert d'énergie entre une impulsion d'un faisceau pompe fortement énergétique et une impulsion d'un faisceau signal à spectre large, étirée temporellement et peu énergétique. Avant d'être amplifiée, un étireur permet d'étirer temporellement l'impulsion ultracourte du faisceau signal de manière à abaisser sa puissance crête. Pour qu'il y ait amplification paramétrique, les impulsions des faisceaux pompe et signal doivent être superposées temporellement dans le cristal. L'amplificateur OPCPA est donc associé à une synchronisation temporelle des sources lasers générant les faisceaux pompe et signal. Un compresseur optique permet de recomprimer l'impulsion du faisceau signal. Afin que les impulsions des faisceaux pompe et signal soient superposées temporellement dans le cristal, il est connu d'utiliser deux sources lasers indépendantes à verrouillage de modes synchronisées électroniquement, l'une des sources lasers étant un oscillateur Titane Saphir (TiS) générant les impulsions ultracourtes du faisceau signal. Toutefois, la synchronisation électronique entraine des dérives de phase à long terme dues à la dérive thermique et au bruit de phase. Une alternative consiste en ce que les deux sources lasers indépendantes soient synchronisées optiquement. Ce type de synchronisation présente toutefois une mise en oeuvre complexe et un manque de fiabilité à long terme. Une autre solution consiste à utiliser une seule et même source laser, un oscillateur TiS à très large bande spectrale, permettant à la fois la génération des impulsions du faisceau pompe et les impulsions du faisceau signal. Cependant, les oscillateurs TiS présentent un coût relativement élevé et une mise en oeuvre complexe, en plus de nécessiter une importante maintenance. Par ailleurs, ces oscillateurs nécessitent des configurations complexes d'amplification, notamment multi-étages et volumineuses, associées à des étireurs et compresseurs très sensibles et longs, ce qui contribue à des problèmes de stabilité 2 des impulsions générées, en particulier pour les amplificateurs OPCPA fonctionnant dans le régime de quelques picosecondes (ps-OPCPA) qui nécessitent une synchronisation très stricte ( REVENDICATIONS1. Procédé de génération d'impulsions (20 ; 30) ultracourtes, dans lequel : on dirige à travers un matériau de porte optique (11) un faisceau maître (17) présentant des impulsions (14) ultracourtes et au moins un faisceau esclave (18), le matériau de porte optique (11) et les impulsions (14) du faisceau maître (17) étant choisis de telle sorte à induire un effet Kerr lors de la traversée du matériau de porte optique (11) par le faisceau maître (17), l'effet Kerr produisant une modulation de la phase du faisceau esclave (18) en lien avec les impulsions (14) du faisceau maître (17) lors de la traversée du matériau de porte optique (11) par le faisceau esclave (18), et - on transforme la modulation de la phase du faisceau esclave (18) en une modulation de l'amplitude de celui-ci à l'aide d'un dispositif optique complémentaire, de façon à générer un faisceau esclave (18) en aval du matériau de porte optique (11) présentant des impulsions (20 ; 30) ultracourtes. 2. Procédé selon la revendication 1, le faisceau esclave (18) en amont du matériau de porte optique (11) étant continu ou impulsionnel, de préférence impulsionnel. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, le faisceau esclave (18) en amont du matériau de porte optique (11) étant de plus faible intensité que le faisceau maître (17). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, les impulsions (14) des faisceaux maître (17) et esclave (18) en amont du matériau de porte optique (11) se superposant temporellement, cette superposition étant de préférence obtenue au moyen d'une synchronisation électronique assurant une précision inférieure ou égale à 500 ps, mieux inférieure ou égale à 100 ps, et encore mieux inférieure ou égale à 10 ps. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, les faisceaux maître (17) et esclave (18) présentant des longueurs d'onde centrales différentes. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, le faisceau maître (17) ayant une longueur d'onde centrale centrée sur 800 nm. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, le faisceau esclave (18) ayant une longueur d'onde centrale centrée sur 1064 nm. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, la modulation de la phase du faisceau esclave (18) par les impulsions (14) du faisceau maître 13 (17) lors de la traversée du matériau de porte optique (11) par le faisceau esclave (18) étant instantanée ou s'effectuant avec un retard inférieur ou égal à 20 fs, mieux inférieur ou égal à 10 fs, et encore mieux inférieur ou égal à 5 fs. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, la modulation de 5 la phase du faisceau esclave (18) par effet Kerr s'accompagnant d'une modulation de sa polarisation à la traversée du matériau de porte optique (11) par le faisceau esclave (18) lorsque les faisceaux maître (17) et esclave (18) en entrée du matériau de porte optique (11) sont polarisés différemment, le dispositif optique complémentaire comportant des moyens d'ajustement de l'état de polarisation du faisceau esclave (18) en amont du matériau de porte 10 optique (11) et un polariseur aval (46) en aval du matériau de porte optique (11), croisé avec la polarisation du faisceau esclave (18) en entrée du matériau de porte optique, pour bloquer la partie non modulée en polarisation du faisceau esclave (18). 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, le dispositif optique complémentaire comportant un interféromètre configure pour faire interférer au 15 moins un faisceau esclave (18) ayant traversé le matériau de porte optique (11) avec au moins un autre faisceau issu de la même source que le faisceau esclave (18) afin de produire une modulation d'amplitude du faisceau esclave (18). 11. Procédé selon la revendication 10, l'interféromètre étant un interféromètre de Sagnac dans lequel le faisceau esclave (18) est séparé en deux faisceaux (27 ; 28) se 20 propageant dans des directions opposées à travers le matériau de porte optique (11) et recombinés après traversée de celui-ci. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, la modulation de la phase du faisceau esclave (18) par effet Kerr s'accompagnant d'une modulation de sa divergence à la traversée du matériau de porte optique (11) par le faisceau esclave (18) en 25 présence d'un gradient spatial, notamment radial, d'intensité du faisceau maître (17) au sein du matériau de porte optique (11), le dispositif optique complémentaire comportant un filtre spatial (25) en aval du matériau de porte optique (11) pour bloquer la partie non modulée en divergence du faisceau esclave (18). 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel 30 le faisceau esclave (18), après traversée du matériau de porte optique (11), est amplifié au sein d'un amplificateur laser. 14 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, les impulsions (20 ; 30) ultracourtes du faisceau esclave (18) générées en aval du matériau de porte optique (11) et les impulsions (21) du faisceau maître (17) en aval du matériau de porte optique (11) se superposant temporellement. 5 15. Installation pour générer des impulsions (20; 30) ultracourtes, notamment pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant : une première source laser (41) générant un faisceau maître (17) présentant des impulsions (14) ultracourtes, 10 au moins une deuxième source laser (42) générant au moins un faisceau esclave (18), un matériau de porte optique (11) disposé sur le trajet des faisceaux maître (17) et esclave (18), le matériau de porte optique (11) et les impulsions (14) du faisceau maître (17) étant choisis de telle sorte à induire un effet Kerr lors de la traversée du matériau de porte optique (11) par le faisceau maître (17), l'effet Kerr produisant une 15 modulation de la phase du faisceau esclave (18) en lien avec les impulsions (14) du faisceau maître (17) lors de la traversée du matériau de porte optique (11) par le faisceau esclave (18), un dispositif optique complémentaire pour transformer la modulation de la phase du faisceau esclave (18) en une modulation de l'amplitude de celui-ci. 20 16. Installation selon la revendication 15, le faisceau esclave (18) en amont du matériau de porte optique (11) étant de plus faible intensité que le faisceau maître (17). 17. Installation selon la revendication 15 ou 16, la deuxième source laser (42) étant de type SLM. 18. Installation selon l'une quelconque des revendications 15 à 17, comportant 25 des moyens d'amplification optique pour amplifier le faisceau esclave (18) en aval du matériau de porte optique (11). 19. Installation selon l'une quelconque des revendications 15 à 18, la modulation de la phase du faisceau esclave (18) par effet Kerr s'accompagnant d'une modulation de sa polarisation à la traversée du matériau de porte optique (11) par le faisceau 30 esclave (18) lorsque les faisceaux maître (17) et esclave (18) en entrée du matériau de porte optique (11) sont polarisés différemment, le dispositif optique complémentaire comportant des moyens d'ajustement de l'état de polarisation du faisceau esclave (18) en amont du 15 matériau de porte optique (11) et un polariseur aval (46) en aval du matériau de porte optique (11), croisé avec la polarisation du faisceau esclave (18) en entrée du matériau de porte optique (11), pour bloquer la partie non modulée en polarisation du faisceau esclave (18). 20. Installation selon l'une quelconque des revendications 15 à 18, le dispositif 5 optique complémentaire comportant un interféromètre configure pour faire interférer au moins un faisceau esclave (18) ayant traversé le matériau de porte optique (11) avec au moins un autre faisceau issu de la même source que le faisceau esclave (18) afin de produire une modulation d'amplitude du faisceau esclave (18). 21. Installation selon la revendication 20, le dispositif optique complémentaire 10 comportant un interféromètre de Sagnac dans lequel le faisceau esclave (18) est séparé en deux faisceaux (27 ; 28) se propageant dans des directions opposées à travers le matériau de porte optique (11) et recombinés après traversée de celui-ci. 22. Installation selon l'une quelconque des revendications 15 à 18, la modulation de la phase du faisceau esclave (18) par effet Kerr s'accompagnant d'une 15 modulation de sa divergence à la traversée du matériau de porte optique (11) par le faisceau esclave (18) en présence d'un gradient spatial, notamment radial, d'intensité du faisceau maître (17) au sein du matériau de porte optique (11), le dispositif optique complémentaire comportant un filtre spatial (25) en aval du matériau de porte optique (11) pour bloquer la partie non modulée en divergence du faisceau esclave (18).