Un compresseur d’impulsions local, double passage, `a l’air, a ´et´e install´e au pilote Pico2000 afin de pouvoir caract´eriser le profil temporel des impulsions amplifi´ees recom- prim´ees. Les param`etres du compresseur sont les mˆemes que ceux de l’´etireur : une densit´e de traits des r´eseaux de 1740 mm−1
, un angle d’incidence de 60.15◦
et une distance entre les r´eseaux de 1800 mm. La caract´erisation exp´erimentale du profil temporel des impul- sions se fait `a l’aide de deux diagnostics diff´erents. Le premier est un autocorr´elateur 2ω mono-coup qui permet de mesurer la largeur temporelle de l’impulsion. Le second est un cross-corr´elateur 3ω qui apporte une connaissance sur le contraste temporel de l’impulsion avec une grande dynamique et sur une fenˆetre temporelle tr`es grande (>100 ps).
10.4.1
Mesure de la dur´ee d’impulsion par autocorr´elateur 2ω
Le calcul de la transform´ee de Fourier du spectre amplifi´e, pr´esent´e par la figure 10.12, en consid´erant une phase spectrale nulle, donne une dur´ee d’impulsion de 440 fs avec l’au- tocorr´elation du second-ordre correspondante (figure 10.13a). La forme du spectre (SG6) influe sur le profil temporel en cr´eant des rebonds dans les pieds de l’impulsion visible en ´echelle lin´eaire. La mesure de l’autocorr´elation 2ω (figure 10.13b) permet de d´eduire la dur´ee d’impulsion et de la comparer au calcul donn´e par la transform´ee de Fourier du spectre. Apr`es d´econvolution de la trace d’autocorr´elation (hypoth`ese gaussienne), la dur´ee d’impulsion est estim´ee `a 560 fs. L’impulsion comprim´ee est donc de ∼1.3 fois la limite de Fourier.
Fig. 10.13 – (a) Calcul de la transform´ee de Fourier du spectre exp´erimental amplifi´e donnant une largeur temporelle `a mi-hauteur de 440 fs (courbe verte) et calcul de l’auto- corr´elation du second-ordre (courbe bleue). (b) Mesure exp´erimentale de l’autocorr´elation du second-ordre ajust´ee par une gaussienne. La dur´ee d’impulsion apr`es d´econvolution (hypoth`ese gaussienne) donne une largeur temporelle `a mi-hauteur de 560 fs. La largeur temporelle de l’impulsion est `a ∼1.3 fois la limite de Fourier.
Pour expliquer ce r´esultat, consid´erons tout d’abord, la relation d’´etirement donnant la dur´ee d’impulsion ´etir´ee T´etir´ee en fonction de la dur´ee d’impulsion limit´ee par la transfor-
m´ee de Fourier T0 : T´etir´ee = T0 µ 1 + (4 ln 2∆φ2) 2 T2 0 ¶1/2 (10.4) o`u ∆φ2 correspond au d´ephasage quadratique responsable du d´esaccord de phase spec-
trale. Pour un ´elargissement temporel de 440 fs `a 560 fs, le d´ephasage quadratique est calcul´e `a partir de la relation 10.4 et donne une valeur ∆φ2 ≃ ±142500 fs2. Connais-
sant l’expression de la phase quadratique introduite par le compresseur d’impulsions (φ2 = −LN2λ30/c2π cos2β0), nous d´emontrons que cette valeur de d´ephasage quadra-
tique correspond `a une variation de la distance entre les r´eseaux de ∆L=0.37 mm. La distance entre les r´eseaux du compresseur, de mˆeme que l’angle d’incidence, doivent donc ˆetre ajust´es avec une tr`es grande pr´ecision pour obtenir une impulsion comprim´ee `a la limite de Fourier, ce qui est rendu difficile du fait de la taille des r´eseaux.
10.4.2
Mesure du contraste temporel par cross-corr´elation 3ω
La corr´elation crois´ee du 3`eme est, tout d’abord, calcul´ee `a partir du spectre exp´eri-
mental sur une fenˆetre temporelle allant de -25 ps `a 25 ps (figure 10.14a). Les modulations pr´esentes sur le spectre limite le contraste temporel `a une valeur comprise entre 10−4
et 10−5
`a -25 ps. Le contraste temporel est ensuite mesur´e par un cross-corr´elateur r´ecurrent du troisi`eme ordre (Sequoia - Amplitude Technologies). La fenˆetre temporelle de mesure est de 200 ps (de -100 ps `a +100 ps), avec des pas de 50 fs et une ´energie de mesure de 300µJ (figure 10.14b).
Fig. 10.14 – (a) Calcul de la corr´elation crois´ee du 3`eme ordre `a partir du spectre exp´eri-
mental sur une fenˆetre temporelle allant de -25 ps `a +25 ps. (b) Mesure de la corr´elation crois´ee du 3`eme ordre sur une fenˆetre temporelle de 200 ps. Le contraste temporel est de
3×10−6
`a -100 ps.
La mesure pr´esent´ee ici tient compte du coefficient de d´econvolution du signal d’autocor- r´elation 3ω. Nous avons donc le profil temporel de l’impulsion sur un ´echelle de temps
picoseconde o`u la partie n´egative (t<0) correspond `a l’avant de l’impulsion et la partie positive (t>0) correspond `a l’arri`ere de l’impulsion. La limite de d´etection de l’appareil est de 10−10
, mesur´ee en bloquant successivement la voie ω, puis la voie 2ω, puis les deux voies. L’analyse de la mesure du contraste temporel apr`es le compresseur du pilote Pico2000 permet de dresser plusieurs conclusions. Tout d’abord, un contraste temporel de 3×10−6
`a -100 ps, limit´ee par le niveau d’´emission spontan´ee amplifi´ee (ASE), est assez d´ecevant apr`es un amplificateur r´eg´en´eratif. En comparaison, le contraste temporel apr`es l’ampli- ficateur r´eg´en´eratif Ti :Sa du laser 100TW du LULI est de 2×10−8
, soit un contraste meilleur de deux ordres de grandeur. Toutefois, ces deux syst`emes sont difficilement com- parables puisque les milieux amplificateurs (Nd :verre pour Pico2000 et Ti :Sa pour 100 TW) et les gains d’amplification ne sont pas les mˆemes. De plus, le pilote 100 TW ne poss`ede pas de filtres bir´efringents intra-cavit´e. Le spectre amplifi´e du pilote 100TW est gaussien et ne pr´esente pas de modulations `a la diff´erence du spectre amplifi´e du pilote Pico2000.
D’autre part, la forme dissym´etrique du profil temporel sur une ´echelle de temps court (<10 ps) observ´ee sur la figure 10.13b est associ´ee aux termes r´esiduels de phase spectrale d’ordres sup´erieurs impairs. Enfin, un piedestal entre -50 ps et +50 ps, durant lequel le front de mont´ee et de descente de l’impulsion est progressif, est clairement visible. L’ori- gine de ce piedestal reste encore `a d´eterminer de mˆeme que les diff´erents pics secondaires `a -40 ps avant l’impulsion principale avec un niveau d’intensit´e de 4×10−3
et son sym´etrique `a +40 ps apr`es l’impulsion principale avec le mˆeme niveau d’intensit´e.
Le contraste temporel est donc alt´er´e ici par les modulations d’intensit´e du spectre, par les termes de phase spectrale d’ordres sup´erieurs ainsi que par un niveau d’´emission spontan´ee amplifi´ee important.