Source 24 fs 1,26 mJ `a 1 kHz, stabilis´ee en CEP

Apr`es les miroirs chirp´es, les impulsions sont caract´eris´ees temporellement `a l’aide d’un dispositif SPI- DER. Afin d’optimiser la dur´ee des impulsions, la compensation de la phase spectrale d’ordre deux est r´ealis´ee en ajustant la distance entre les groupes de prismes. C’est d’ailleurs le seul terme de phase spec- trale ajustable de mani`ere ind´ependante pour ce dispositif (ce qui constitue son principal inconv´enient). Les termes r´esiduels de phase spectrale d’ordre trois et quatre sont compens´es grˆace au Dazzler de la chaˆıne. Le r´esultat de la mesure repr´esent´e sur la figure 2.16 indique que l’impulsion poss`ede une dur´ee `a mi-hauteur de 24 fs, sans distorsions majeures. Le r´esidu de phase spectrale est faible attestant de la qualit´e de la compression. Toutefois on peut noter la pr´esence d’oscillations dans la phase spectrale. Ces oscillations ont deux origines. La premi`ere est le r´esidu de phase spectrale lin´eaire non compens´e. La seconde contribution provient des termes de dispersion d’ordres sup´erieurs d ˆus `a l’auto-modulation de phase dans le cristal amplificateur et dans les prismes et qui ne sont pas compens´es. Des simu-

lations r´ealis´ees avec le logiciel CommodPro par Brigitte Mercier (LOA) sont en cours afin de mieux comprendre le ph´enom`ene. Ces oscillations sont pr´ejudiciables au sens o `u elles introduisent des impul- sions satellites parasites dans le profil d’intensit´e temporelle. Ceci entraˆıne une diminution du contraste coh´erent (contraste `a quelques centaines de fs de part et d’autre du maximum d’intensit´e de l’impul- sion). L’´energie de l’impulsion est de 1,26 mJ. L’efficacit´e globale du compresseur est donc de 63% ce qui est acceptable. Cette efficacit´e est limit´ee par le nombre importants de rebonds effectu´es sur les miroirs chirp´es.

Afin de v´erifier que le contraste de l’impulsion est satisfaisant, nous avons effectu´e une mesure `a l’aide d’un corr´elateur grande dynamique. La trace de corr´elation est repr´esent´ee sur la figure 2.17. Le contraste est de 7.105pour un d´elai de 3 ps et de 3.108`a un d´elai de 15 ps. Le niveau d’ASE est d’environ 1, 5.10−8 `a 40 ps. Le pi´edestal d’ASE entre -20 ps et -10 ps semble moins prononc´e que pour le cas pr´ecedent. Le niveau du bruit de mesure est `a 10−₁₀

FIG. 2.16 –Mesure SPIDER de l’impulsion apr`es compression hybride. a) Intensit´e temporelle et b) phase spectrale (en noir) et spectre reconstruit (en bleu). La dur´ee `a mi-hauteur de l’impulsion est de 24 fs.

FIG. 2.17 –Mesure de corr´elation grande dynamique de l’impulsion de 24 fs issue du syst`eme avec compresseur hybride. Le contraste est de 7.105<sub>pour un d´elai de 3 ps et de 3.10</sub>8 <sub>`a un d´elai de 15 ps. Le niveau d’ASE est d’environ 1, 5.10</sub>−8 _{`a 40 ps. Le}

pi´edestal d’ASE entre -20 ps et -10 ps semble moins prononc´e que pour le cas pr´ec´edent. Le niveau du bruit de mesure est `a 10−10_.

2.3.3

Stabilisation de la CEP

La figure 2.18 montre le r´esultat de mesure de la phase stabilis´ee en sortie du compresseur hybride. Le temps d’int´egration du spectrom`etre pour chaque point de mesure est de 10 ms. La valeur rms du jitter de la CEP ∆φ0est ´egale `a 202 mrad sur une dur´ee de 30 minutes. Cette valeur est tout `a fait acceptable, la compression hybride pr´eserve donc la stabilisation en CEP du syst`eme.

FIG. 2.18 –a) Mesure de la variation de la CEP des impulsions amplifi´ees. Le temps d’int´egration pour chaque mesure est de 10 ms. b) Histogramme donnant la distribution de la valeur de la CEP. La valeur rms du jitter de la CEP ∆φ0est ´egale `a 202 mrad

sur une dur´ee de 30 minutes.

2.4

Conclusion

Le compresseur hybride : prismes et miroirs chirp´es semble ˆetre un choix judicieux. En effet, avec cette configuration, la dur´ee de l’impulsion dans le dernier prisme du compresseur est suffisamment longue pour ´eviter les effets non lin´eaires introduits par la travers´ee du mat´eriau le constituant. Grˆace `a cette compression hybride, nous avons pu augmenter l’´energie des impulsions apr`es compression jusqu’`a 1,26 mJ. La dur´ee `a mi-hauteur en intensit´e des impulsions est alors de 24 fs ce qui correspond `a une puissance crˆete de 53 GW (soit 1,8 fois plus que le syst`eme commercial). Le contraste temporel est tout `a fait acceptable et la stabilisation en phase du syst`eme a ´et´e r´ealis´ee tout en restant tr`es proche des performances du syst`eme commercial. Ces r´esultats semblent ˆetre de bon augure pour la mise en place du compresseur hybride plac´e en aval du second ´etage d’amplification.

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Chapitre 3

D´eveloppement d’une source CPA 22 fs,

4 mJ, `a 1 kHz

Sommaire

3.1 Introduction . . . 85 3.2 Second ´etage d’amplification : mod´elisation et r´esultats exp´erimentaux . . . 85

3.2.1 Mod´elisation de l’amplification `a l’aide du mod`ele de Frantz-Nodvik . . . 85 Impulsion tr`es ´etir´ee . . . 85 Le mod`ele de Frantz-Nodvik pour les impulsions tr`es ´etir´ees . . . 86 3.2.2 Mod´elisation de l’amplificateur multipassages . . . 88 Param`etres des simulations . . . 88 Injection : . . . 88 Milieu Amplificateur : . . . 90 Laser de pompe : . . . 91

3.3 D´eveloppement du second ´etage d’amplification . . . 92

3.3.1 Architecture de l’amplificateur . . . 92 3.3.2 Comparaison entre les r´esultats th´eoriques et les valeurs exp´erimentales . . . 93 3.3.3 Evolution des profils de faisceaux . . . 95 Premier passage : . . . 96 Second et troisi`eme passages : . . . 97

3.4 Compression de l’impulsion amplifi´ee . . . 98

3.4.1 Gestion de la dispersion dans la chaˆıne . . . 98 3.4.2 Mod´elisation de la ligne `a prismes . . . 100 3.4.3 Mise en place du compresseur hybride . . . 102 3.4.4 Caract´eristiques temporelles de l’impulsion . . . 106 3.4.5 Caract´eristiques spatiales du faisceau . . . 107

3.5 Optimisation de la compression temporelle `a l’aide du Dazzlerscope . . . 108

3.5.2 R´esultats exp´erimentaux . . . 112

3.1

Introduction

Afin d’ˆetre amplifi´ees jusqu’`a un niveau d’´energie plus ´elev´e, les impulsions issues de l’amplificateur commercial sont ´etir´ees temporellement jusqu’`a une dur´ee de 10 ps. Elles sont ensuite inject´ees dans un second ´etage d’amplification d´evelopp´e au laboratoire. Nous avons choisi d’utiliser une architecture multi-passages. Le faible nombre de passages permet de limiter l’int´egrale B accumul´ee dans le cristal de Titane-Saphir. Enfin, le profil d’intensit´e temporelle en sortie d’amplificateur ne pr´esente pas d’im- pulsions satellites parasites comme c’est le cas avec un amplificateur r´eg´en´eratif.

L’impulsion ´etir´ee atteint en sortie du second amplificateur une ´energie de 6 mJ apr`es 3 passages. Il apparaˆıt n´ecessaire d’utiliser le Dazzler afin de mettre en forme le spectre et compenser des effets non lin´eaires apparaissant dans le second ´etage d’amplification et dus au fait que le facteur d’´etirement est faible. L’impulsion est ensuite comprim´ee temporellement `a l’aide d’un compresseur hybride compos´e de prismes et de miroirs chirp´es. Apr`es compression, elle poss`ede une dur´ee de 22 fs et une ´energie de 4 mJ.