Compresseur à miroir déformable

Le compresseur à miroir déformable que nous avons réalisé est très proche du compres- seur à prismes de la figure III.1. La seule différence est que le miroir de repli est remplacé par un miroir à membrane déformable , comme cela est schématisé sur la figure III.2 page suivante. Ce miroir (Oko 19-channel linear micromachined deformable mirrors) est consti- tué d’une membrane suspendue à 19 actionneurs piézo-électriques. La membrane offre une surface de 11x39 mm. Chaque actionneur est commandé en tension (entre 0 et 280 V codé sur 8 bits) et permet un déplacement local de la membrane (maximum de 6 µm). Pour un jeu de tensions appliqué, le miroir présente un profil M(x), x étant la direction d’étalement des composantes spectrales (voir la figure III.2 b)). Les différentes composantes spectrales parcourent donc un trajet plus ou moins long selon la position x où elles se réfléchissent. En notant ω(x) la dispersion au niveau du miroir, on a une phase spectrale introduite par le miroir : φM(ω) = 2π λ(x)2M(x) = 4π c ω(x)M(x) (III.1) Grâce au miroir déformable, on peut ajouter à la phase quadratique introduite par le compresseur une phase arbitraire φM(ω).

a)

b)

Fig. III.2 – Compresseur à miroir déformable : a) vue de dessus, b) détail du miroir et notations.

Outre le fait qu’il ne contrôle que la phase, le façonneur ainsi obtenu est très différent du façonneur haute résolution. Tout d’abord, sa résolution est très faible. Cela est dû en grande partie au faible nombre de paramètres libres (19 actionneurs seulement). S’ajoute à cela le fait que les différentes composantes spectrales ne sont pas proprement imagées au niveau du miroir déformable : chaque composante spectrale possède au niveau du miroir déformable le même profil spatial que le faisceau incident. Le masque de phase φM(ω) est

donc convolué par un profil spatial relativement large, ce qui peut dégrader la résolution de ce façonneur.

Par contre, la phase φM(ω) est une fonction continue de la pulsation. En effet la mem-

brane se déforme de façon continue d’un actionneur à l’autre. Cela présente un avantage considérable par rapport à notre façonneur pixellisé : aucune réplique n’est générée. Cependant, les phases programmables sont beaucoup plus restreintes tant en forme qu’en excursion. Ainsi, contrairement à un masque pixellisé, on ne peut pas reproduire de saut abrupt. Il est donc impossible d’introduire un saut de phase, par exemple. Cela limite aussi la gamme de phases que l’on peut reproduire, même dans le cas d’une phase continue. En effet, avec un masque pixellisé, on peut toujours replier la phase à programmer dans l’intervalle [0, 2π] : il est ainsi possible de reproduire des phases présentant des excursions importantes. Ici au contraire, la membrane interdit de tels repliements et on est limité par l’excursion maximale que la membrane peut supporter.

Ces deux limitations ne sont pas gênantes. En effet, le but du façonneur à membrane est ici simplement de corriger une phase résiduelle. En effet, le plus gros de la phase est déjà corrigé par les prismes et il n’est pas nécessaire d’introduire des phases très importantes. Enfin, la phase résiduelle à corriger ne présente pas de sauts abrupts. Toutefois, si on souhaite aussi utiliser ce façonneur pour mettre en forme l’impulsion corrigée, on sera fortement limité.

que les cristaux liquides limitent ce dernier à une dizaine de Hz, le miroir à membrane atteint des taux de l’ordre de 5 kHz. Cette rapidité de mise à jour ainsi que le faible nombre de paramètres libres le rendent tout à fait approprié à des optimisations en boucle fermée. Ceci est d’autant plus intéressant qu’on ne connaît habituellement pas à l’avance la phase résiduelle à compenser et qu’une optimisation en boucle fermée est donc tout à fait indiquée.

Plusieurs éléments limitent l’utilisation de ce type de miroir. Tout d’abord, ils ne supportent pas de densité de puissance élevée. Il est apparemment difficile de faire des traitements résistant au flux sur la membrane flexible. Ce défaut est d’autant plus gênant qu’il existe peu (voire même pas du tout) d’informations sur la tenue au flux pour des impulsions courtes. Le plus souvent, les données existantes traitent des lasers continus ou nanosecondes.

Ensuite, le miroir à membrane tend à déformer le profil spatial de l’impulsion. En particulier, le fait de déformer le profil transverse tant à modifier aussi le rayon de courbure selon l’axe vertical. Le miroir déformable a ainsi tendance à modifier la divergence et le pointé du faisceau sortant du compresseur, ce qui est très gênant. Pour limiter ces effets- là, on peut introduire une lentille cylindrique qui focalisera le faisceau selon la dimension verticale, comme cela est schématisé sur la figure III.3. Cela permet de rendre le profil

a)

b)

Fig. III.3 – Ajout d’une lentille cylindrique dans le compresseur à miroir dé- formable : a) vue de dessus, b) vue de côté.

vertical insensible aux déformations de la membrane. Par contre, cela augmente la densité de puissance sur le miroir, ce qui compte tenu de la faible tenue au flux, limite d’autant plus l’énergie des impulsions à mettre en forme. Nous avons ainsi modifié le compresseur en introduisant une lentille cylindrique de 40 cm de focale pour limiter les déformations du faisceau de sortie. Cela nous a permis d’obtenir un pointé et une divergence presque insensible aux déformations programmées, mais nous a limité à des énergies de l’ordre du µJ en sortie du compresseur sur la dizaine de µJ que peut délivrer le NOPA installé au STEACIE Institute.

Malheureusement, je n’ai pas de résultats probants à présenter sur l’amélioration de la compression grâce au miroir déformable. En effet, lors de ce séjour au STEACIE Institute, de nombreux problèmes de stabilité de la chaîne amplifiée nous ont empêchés d’obtenir des résultats convenables. Ces problèmes de stabilité sont depuis réglés et un nouveau séjour

est planifié pour mener à terme ces études.

Comme nous venons de le montrer le miroir à membrane déformable au sein du compresseur permet d’obtenir des impulsions plus courtes et plus propres en sortie du NOPA. Il permet aussi de mettre en forme l’impulsion de sortie. Cette mise en forme est toutefois extrêmement limitée et seules des phases continues avec de faibles excursions sont réalisables. De plus, il ne possède qu’un très petit nombre de degrés de liberté. Au final, le façonneur à membrane déformable présenté ici doit être considéré plus comme un compresseur versatile et performant que comme un réel outil de mise en forme.

Ensuite, le compresseur à prismes, avec ou sans miroir déformable, nécessite un ré- alignement complet lorsqu’on accorde la longueur d’onde du NOPA. Ce réalignement peut s’avérer fastidieux et complique la procédure d’accord du NOPA. Enfin, l’encombrement de ce compresseur est important. Il rajoute un chemin optique considérable (de l’ordre du mètre), et ce dernier doit être compensé pour la réalisation d’éventuelles expériences pompe-sonde.

Il est possible de réaliser un compresseur beaucoup plus compact et ne nécessitant aucun réalignement à l’aide d’un AOPDF. Il est même possible d’obtenir de véritables capacités de mise en formes directement en sortie du NOPA.