En entrée d’amplificateur, les impulsions ont une énergie de 25 µJ environ et une durée de 45 ps. Afin d’amplifier ces impulsions jusqu’à plus de 10 mJ, on a opté pour une configuration en deux étapes: la première permet dans un schéma confocal compact et disponible commercialement d’atteindre un niveau d’énergie supérieure au millijoule; la seconde permet d’augmenter l’énergie au niveau désiré dans un amplificateur 3 passages. Ces choix ont en grande partie été dictés par la puissance de pompe disponible lors de la réalisation pratique de l’amplificateur. Notre idée de départ avait été d’utiliser 35 W en sortie de la pompe Photonics In- dustries DM50 dont nous disposions pour pomper un simple étage d’amplification en cinq passages. A l’époque, nous espérions injecter cet amplificateur avec 50 µJ au minimum. Le fait que nous ne disposions pas de ces 50 µJ a constitué un premier frein à la réalisation de cet amplificateur. Néanmoins, le véritable point d’arrêt cor- respond au fait que nous avons observé une diminution notoire des performances de la pompe, si bien qu’elles ne permettaient de toute façon plus d’obtenir une énergie de 10 mJ après 5 passages. Le choix a alors été fait de s’orienter vers le schéma en deux étapes mentionné précédemment.
La pompe Photonics déjà présente fournissait l’énergie de pompe compatible avec les schémas d’amplificateur multi-passages confocaux de Femtolasers que nous connaissions bien. Il paraissait alors plus logique d’utiliser cette puissance de pompe disponible pour booster l’énergie au maximum avant de l’amplifier fi- nalement au niveau de la dizaine de millijoules. Cette deuxième étape nécessitait l’achat d’une nouvelle pompe délivrant largement 35 W, donc de type Photonics DM50. Je présente dans la suite la réalisation du booster qui a permis de quali- fier les nouveaux grismes "haute-énergie" à un niveau supérieur au millijoule et de caractériser la chaine jusqu’à cette étape intermédiaire ce qui est en soit un très bon résultat. L’étape suivante d’amplification au niveau 10 mJ et l’utilisation des grismes à ce niveau-là aura lieu peu de temps après la fin de la thèse.
6.5.1 Etage de ré-amplification "booster" multi-mJ
Cet amplificateur 6 passages est proposé par Femtolasers et reprend les 6 der- niers passages du Femtopower (Fig. 6.17). Les avantages de ce système sont mul- tiples. D’abord, il est compatible avec la CEP. Ensuite, des masques spatiaux limitent la dégradation du contraste pour le niveau de gain concerné. Ayant utilisé le Femtopower de longue date, on sait aussi que son alignement est robuste et la stabilité de pointé et d’énergie en sortie excellente. De plus, nous avions précédem- ment utilisé la pompe Photonics pour pomper le Femtopower, ce qui est un gage
A A après P5 avant P6 après P1 après P3 avant P2 avant P4 inutilisés B B après P4 avant P5 après P2 avant P3 inutilisés A B polariseur (Lv3) (Lv2) (Lv1) retour pompe ascenseur down ascenseur up (Lr2) (Lr1) IN OUT M1 M4M3 MC1 MC2 M2 Prism Ti:Sa 8mm
Figure 6.17 – Schéma de l’amplificateur confocal 6 passages. Lv1 à Lv3 : lentilles de mise en forme du faisceau de pompe; MC1/MC2 : miroirs confo- caux; M1/M2 miroirs d’injection; Lr1/Lr2 : lentilles de mise en forme du faisceau infra-rouge avant le passage 5; Prism : prélèvement pour éjec- tion; A et B: masques de filtrage spatial; AA et BB : représentation de la position des différents passages (P1 à P6) sur les masques A et B.
de compatibilité de la pompe avec cet amplificateur. Le principal travail a donc été de mettre en forme les impulsions à injecter en entrée d’amplificateur d’une part et les impulsions pompe d’autre part.
L’injection a une taille d’environ 2 mm (diamètre à 1/e2) après propagation dans le Dazzler. On utilise une lentille de 5 m placée environ deux mètres avant le miroir confocal pour ajuster la taille et la divergence du faisceau. Le choix et le positionnement de cette lentille se sont faits de manière expérimentale en observant la taille et la position du foyer par rapport à la position du cristal de Ti:Sa. Dans la situation finale, le foyer est légèrement après le cristal et la taille sur le cristal est 170 µm en diamètre à mi-hauteur. Pour la mise en forme de la pompe, on utilise le triplet de lentilles proposé par Femtolasers (+50 mm, -200 mm et +400 mm). On ajuste ainsi une taille de pompe de 600 µm (diamètre à 1/e2) sur le cristal avec un foyer situé quelques centimètres avant le cristal. L’énergie
de la pompe en entrée d’amplificateur (après lame demi-onde et polariseur) est de 20 W. Partant d’impulsions de 25 µJ, on a ainsi obtenu des impulsions amplifiées de 3,7 mJ avec une stabilité en énergie de 2% rms. Ces impulsions sont idéales pour tester les grismes et caractériser les performances complètes de la chaine (stabilité en énergie, compression et durée d’impulsions, contraste, stabilité CEP). Les résultats sont regroupés dans la partie6.6.
6.5.2 Amplificateur de puissance 3 passages
Cette amplificateur fait immédiatement suite au booster. Sa réalisation pra- tique ne présente pas de difficultés particulières. Elle reprend l’architecture de notre amplificateur 3 passages précédemment utilisé [20]. Le cristal de 6 mm de Ti:Sa est taillé à Brewster (polarisation S). On vise un gain d’énergie d’un facteur 4 pour avoir des impulsions de 16 mJ avant compression par les grismes. D’après les simulations CommodPro avec prise en compte de pertes par réflexion sur le cristal (1% par face) et les optiques (2%), on peut obtenir ce facteur d’amplification avec une pompe de 35 W recyclée (78% d’absorption => énergie recyclée de 7,5 mJ) en suivant le schéma suivant:
– diamètre de pompe de 1000 µm super-gaussien d’ordre 2 à mi-hauteur à l’aller (35 W);
– diamètre de pompe de 1000 µm super-gaussien d’ordre 2 à mi-hauteur au retour (7,5 W);
– fluence de pompe totale maximale ≈ 2 J/cm2 sur la face d’entrée du cristal; – taille de l’injection de 600 µm gaussien à mi-hauteur pour le premier passage
(3,5 mJ -> 8 mJ);
– taille de l’injection de 950 µm gaussien à mi-hauteur pour le deuxième pas- sage (7,8 mJ -> 11,7 mJ);
– taille de l’injection de 1100 µm à mi-hauteur pour le troisième passage (11,4 mJ -> 14,4 mJ);
– fluence total de l’impulsion ≈ 3,5 J/cm2 sur la face d’entrée du cristal. Les gains sont donc successivement 2,3 puis 1,5 et enfin 1,26 au dernier passage. La fluence totale sur la face d’entrée du cristal ne dépasse pas 4 J/cm2, limite communément admise.