Caméra

La caméra placée dans le plan focal du spectro-imageur est le modèle ASI-1600MM fourni par la société ZWO. Elle utilise la technologie CMOS permettant d'atteindre de très faibles bruits de lecture (1.2 électrons en moyenne). Le convertisseur ADC permet d'atteindre une dynamique de 12 bits. Le capteur CMOS mesure 17,7x13,3 mm2 et les pixels sont des carrés de 3,8 µm de côté (soit 16 Mégapixels). Elle se xe à l'arrière du spectro-imageur comme montrée sur la photographie de l'ensemble sur la gure 4.15.

La caméra permet de xer la dynamique maximale dmax de la mesure. Celle-ci s'exprime suivant l'égalité de Parseval :

d_max ≈ F.N.RSB, (4.4.3)

où F est le facteur de remplissage d'amplitude du capteur, N est le nombre de pixels (ici les 16 millions) et RSB et le rapport signal-sur-bruit que l'on a vu précédemment. Pour notre caméra, RSB vaut 20 dB et si on suppose F à 0,25, dmax vaut 86 dB.

L'utilisation d'une caméra 16 bits permettrait de gagner seulement 6 dB. On peut égale-ment gagner 6 dB si on arrive à remplir entièreégale-ment le capteur de signal utile. On serait alors proche des 10 ordres de grandeur.

Conclusion

Dans cette partie, j'ai décrit la technique SRSI-ETE permettant la mesure spatio-spectrale d'une impulsion femtoseconde. Le montage expérimental ainsi que le traitement de données ont été présentés et reposent sur les mêmes principes que la technique d'origine SRSI. L'algorithme de reconstruction est robuste vis-à-vis des modulations spatiales du faisceau mais nécessite de faibles valeurs de distorsions pour converger.

A la lumière de la partie précédente, on pourra précéder une mesure SRSI-ETE par un diagnostic du spectre XPW pour vérier dans un premier temps qu'il n'y a pas de trop fortes distorsions. Celles-ci peuvent alors être diminuées par les méthodes décrites dans la partie précé-dente pour se ramener dans un régime viable de fonctionnement de l'algorithme. Celui-ci pourra alors mesurer des détails plus ns de l'impulsion.

La technique SRSI-ETE permet également de mesurer le contraste temporel de l'impulsion en mono-coup et au prix d'une seule TF2D. Avec le matériel en notre possession, la mesure est sur une plage temporelle allant jusqu'à 37 ps et jusqu'à 9 ordres de grandeur. Dans l'objectif d'atteindre les 12 ordres de grandeur de dynamique nécessaire à la caractérisation d'une im-pulsion pour interaction sur cible solide, la technique SRSI-ETE ne remplit pas l'objectif mais possède donc des avantages non négligeables pour des chaines laser de type PW au faible taux de répétition.

Chapitre 5

Mesure expérimentale du contraste

temporel par la technique SRSI-ETE et

comparaison avec le TOUNDRA

Introduction

Dans cette partie, je présente les résultats de mesure de la technique SRSI-ETE pour le contraste temporel. Ces mêmes données seront ensuite utilisées pour l'aspect mesure spatio-temporelle dans la prochaine partie. Ces mesures ont été réalisées sur l'amplicateur de la salle noire 3.0.

Le laser de la salle noire 3.0 au LOA a pour projet de suivre le même procédé de généra-tion d'impulsions courtes que le laser de la salle noire 2.0 [120], [133]-[137] tout en augmentant l'énergie. Le front-end est composé d'un oscillateur [138] avec contrôle CEP et d'un amplicateur CPA [139] commerciaux (oscillateur Rainbow et Femtopower de Spectra-Physics). Un appareil reposant sur un ltre acousto-optique (Dazzler [140], [141], Fastlite) permet de faire de la mise en forme spectrale de l'impulsion. Celles-ci font 30 fs à 2 mJ et sont émises à une cadence de 1 kHz. Elles sont envoyées vers un dispositif de ltrage par l'eet non-linéaire XPW. Le second étage CPA permet d'amplier moins de ∼20 µJ restant jusqu'à une dizaine de mJ. Pour les raisons de compacité pour maintenir une CEP stable, le design de l'étireur est le même que pour le premier CPA : un étireur massique. Par contre, le compresseur est basé sur la technologie des GRISMS [142] (Grating+Prisms : réseau prisme). Ce design de compresseur permet de s'aranchir des limites imposées par le design de compresseur à réseaux de diraction en transmission. En eet, ceux-ci ont le défaut d'introduire un ratio xe troisième ordre de phase spectrale sur deuxième ordre. La translation d'un réseau dans le dispositif à GRISMS permet le contrôle de ce ratio et de s'adapter à n'importe quel matériau utilisé comme élément dispersif. Les impulsions en sortie du booster font ∼ 23 fs, 10 mJ et 23 mm (à 1/e2).

La dernière étape pour obtenir des impulsions de quelques cycles optiques consiste à élargir le spectre de l'impulsion. Cela est accompli dans une bre creuse remplie de gaz rare [143]-[146] en utilisant le phénomène de Self-Phase Modulation (SPM ou automodulation de phase). Il s'agit d'un eet optique non-linéaire qui advient lorsque l'impulsion modie par eet Kerr l'indice de réfraction du milieu dans lequel elle se propage. Cela induit un changement de phase temporelle provoquant un élargissement du spectre. Cet eet produit des spectres hautement modulés dont la largeur dépend de la distance de propagation dans la bre. L'impulsion en sortie de bre a un spectre dont la durée LTF est 2.8 fs [136], [147]-[149] et une énergie de 5 mJ. Cet eet ne se fait pas sans aecter la phase spectrale qui doit être recomprimée par des miroirs chirpés dans une enceinte à vide. Le faisceau est ensuite transporté vers les chambres d'expérimentation (gaz ou solide).

Pour le moment, seul le front-end est installé dans la salle noire 3.0 et elle est donc com-posée de : un oscillateur Rainbow (Spectra-Physics) suivi d'un amplicateur CPA T i : Saph (Femtopower, Spectra-Physics). Un ltre acousto-optique permet de faire de la mise en forme spectrale de l'impulsion. La chaine laser est en cours de montage et donc pour l'instant, seul le ltrage non-linéaire par XPW est installé. Un schéma du projet est présenté sur la gure 5.1

dont la paternité est la thèse [150]. J'ai réalisé les mesures CROISSANT et SRSI-ETE sur ce laser directement en sortie d'amplicateur. Celui-ci fournit actuellement des impulsions de 30 fs, à 1 kHz et de ∼2 mJ. Le diamètre du faisceau (à 1/e2) vaut 12 mm.

Figure 5.1: Schéma-bloc du front-end de la salle noire 3.0 au LOA.

Celui-ci est spécié avec un contraste de 8 ordres de grandeur. Le but de ces mesures est donc de vérier les paramètres de mesure spéciés : 8 voire 9 ordres de grandeur de dynamique et 37 ps d'excursion temporelle. Dans un premier temps, j'étudie l'inuence de certains paramètres de mesure et caractéristiques de l'impulsion sur la mesure de contraste. Ensuite, je compare les résultats obtenus avec un appareil commercial utilisé sur la plupart des chaines laser TW et PW.

5.1 Inuence de paramètres sur la mesure du contraste

Dans ce premier chapitre, j'observe la TF2D d'un interférogramme qui comporte beaucoup d'informations en plus du contraste temporel de l'impulsion. Ensuite, je mets en évidence d'une part l'impact de l'angle entre les deux impulsions de l'interféromètre puis celui de la phase spectrale.

5.1.1 Analyse de la TF2D d'un interférogramme