" Génération dimpulsions mJ ultracourtes

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" Génération d’impulsions mJ ultracourtes <5 fs par compression dans une fibre creuse en polarisation circulaire " A. Malvache , X. Chen, A. Jullien, L. Canova, A. Borot, O. Albert, R. Lopez-Martens Laboratoire d’Optique Appliquée, ENSTA-PARISTECH-Ecole Polytechnique- CNRS, Palaiseau Journées des Phénomènes Ultrarapides, Bordeaux, mai 2009 1

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" Génération d’impulsions mJ ultracourtes <5 fspar compression dans une fibre creuse en polarisation circulaire "

A. Malvache, X. Chen, A. Jullien, L. Canova, A. Borot, O. Albert, R. Lopez-MartensLaboratoire d’Optique Appliquée, ENSTA-PARISTECH-Ecole Polytechnique-CNRS, Palaiseau

Journées des Phénomènes Ultrarapides, Bordeaux, mai 2009

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Plan

• But : Génération d’harmoniques sur cible solide

Plasma et impulsions attosecondes

• Compression dans une fibre creuse (FC) :

Effets non-linéaires et ionisation

• Polarisation circulaire vs linéaire dans une FC :

Résultats expérimentaux et simulation

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Groupe PCO, LOAGénération d’harmoniques au kHz

• Création d’un plasma en focalisant un laser

sur une cible solide

• Le plasma réfléchit (P. Gibbon [1]) :– Longueur d’onde fondamentale (λ=800 nm)– Harmonique du laser (λ/n, n entier)

• Des impulsions attosecondes (quelques 100 as*) sont obtenues en filtrant les harmoniques

• Applications : laser XUV intenses, optique non-linéaire dans les plasmas, imagerie attoseconde

Laser (800nm)

Laser + harmoniques

Densité Densité électroniqueélectronique

[1] P. Gibbon "Harmonic generation by femtosecond laser-solid interaction: A coherent water window light source ?" 

Phys. Rev. Lett., 76(1):50-53, Jan 1996 3

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• Génération d’impulsions courtes à haute intensité (<30 fs*, >2 mJ)

• Génération d’impulsions ultracourtes (<5 fs*) : interaction unique

• Stabilisation en phase (CEP) des impulsions

• Développement d’une cible tournante contrôlée à distance : expériences sous vide au kHz

Groupe PCO, LOACe que nous faisons

Cosinus 5fs pulse

Sinus 5fs pulse

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• Source laser avant compression dans la fibre creuse :25 fs, ~ 2 mJ, CEP-stabilisé (180 mrad RMS) @ 1kHzà partir d’un Femtopower reconfiguré :– Etirement verre dopé + Dazzler (L. Canova et al [2])– 2 étages d’amplification– Compresseur hybride (réseaux et miroirs à dispersion négative)– Stabilisation CEP avec 2 différentes boucles de rétroaction

• Source laser après compression dans la fibre creuse : 5 fs, ~ 1 mJ, CEP-stabilisé (200 mrad RMS) @ 1kHz

Groupe PCO, LOASource laser

[2] L. Canova,A. Trisorio, X. Chen, B. Mercier, O. Albert, and R. Lopez Martens, N. Forget, T. Oksenhendler “Closed-loop optimization of the temporal duration of a 21 fs, 4 mJ CPA laser system with high B-integral”, submitted to Optics Letters 5

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Compression dans la fibre creuseApproche simplifiée

• Elargir le spectre pour raccourcir l’impulsion

• Auto-Modulation de phase (AMP)

A haute intensité dans un milieu d’indice n0,

n=n0+n2I, n2 indice non-linéaire

Propagation dans du Néon– Ionisation à haute énergie

– Peu d’absorption et de dispersion

– Pression ajustable : n2(P)=n2(P0)*P/P0

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Compression dans la fibre creuseApproche simplifiée

• Utilisation d’un guide d’onde pour conserver un bon profil spatial :

Fibre creuse remplie de gaz

• Miroirs "chirpés"

Dispersion négative pour

mettre tout le spectre en phase

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AMP

Auto-focalisation

Ionisation

Décalagevers le bleu

Pertes

Spectreplus large,

asymétrique

Spectreplus large,symétrique

Défocalisation

Compression dans la fibre creuseCouplage AMP/ionisation

• Pour des énergies < 1 mJ : uniquement Auto-Modulation de Phase

• Pour des énergies > 1 mJ : ionisation et effets spatiaux dans la FC

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• Indice non linéaire plus petit (n2CP=2/3 n2LP [3])

– Moins d’auto-modulation de phase – Moins d’auto-focalisation

• Taux d’ionisation plus faible

La polarisation circulaire (CP) apparaît comme un bon compromis à haute énergie (>1mJ)

Compression dans la fibre creuseAvantages de la polarisation circulaire

[3] R. W. Boyd, Nonlinear Optics (Academic Press, Second Edition, New York, 2003) p203

PolarisationCirculaire

Intensité max (simulée) W/cm²

Taux d’ionisation s-1

1 mJ 2 bar 3e14 3.0e11

2 mJ 1 bar 5e14 5.6e12

PolarisationLinéaire

Intensité max (simulée) W/cm²

Taux d’ionisations-1

1 mJ 2 bar 3e14 1.4e12

2 mJ 1 bar 6.5e14 7.5e13

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CP vs LP dans la fibre creuse:Spectre et rendement

Spectres expérimentaux à 2.1 mJ, 1.3 bar

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CP vs LP dans la fibre creuse:Spectre et rendement

Pression plus haute : LP instable (énergie, spectre) et CP stable

Spectres expérimentaux à 2.1 mJ, 1.54 bar

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CP vs LP dans la fibre creuse: Oscillations longitudinales (1.6mJ 1.6bar)

Oscillation intrinsèque entre les deux premiers modes spatiaux (T=7cm)

Mesures expérimentalesRésultats de simulation

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J00

J01

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CP vs LP dans la fibre creuse: Profil spatio-temporel (2.5mJ 1bar)

Polarisation circulairePolarisation linéaire

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CP vs LP dans la fibre creuse: Impulsions comprimées

6 fs

Impulsions plus courtes et plus énergétiques en polarisation circulaire

Champ électrique et phase (expérience à 2.1 mJ)

5 fs

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Conclusion

• Polarisation circulaire requise pour comprimer dans une fibre creuse des impulsions >1mJ

• CP : diminution de l’ionisation et des effets de focalisation/défocalisation, résultats confirmés par les simulations

• Des impulsions mJ ultracourtes (<5 fs) ont ainsi été obtenues au kHz à partir d’impulsions de 2 mJ, 25 fs (X. Chen et al [4])

Merci de votreattention !

[4] X. Chen, A. Jullien, A. Malvache, L. Canova, A. Borot, A. Trisorio, C. Durfee, and R. Lopez-Martens, “Generation of 4.3 fs, 1 mJ laser pulses via compression of circularly polarized pulses in a gas-filled hollow-core fiber”, Vol. 34, No. 10, 2009, Optics Letters 15