Amplification et compression paramétriques femtosecondes

par Stéphane Fournier

Thèse de doctorat en Optique non-linéaire

Sous la direction de François Salin.

Soutenue en 1999

à Palaiseau, Ecole polytechnique .

Le président du jury était Alain Barthélémy.

Le jury était composé de Patrick Georges, François Hache, Gilles Brassart, Jean-Paul Chambaret.

Les rapporteurs étaient Éric Freysz, Charles Hirlimann.

mots clés

• Optique non linéaire
• Amplificateurs paramétriques
• Rayonnement infrarouge

Résumé

Ce manuscrit est consacré à la génération et l'amplification d'impulsions ultra-brèves accordables en régime kilohertz. Cette étude est appliquée a la production d'impulsions aussi courtes que 20 fs dans un amplificateur paramétrique optique proche infra-rouge. Les lasers femtosecondes utilises pour les expériences d'amplification paramétrique reposent sur la technique d'amplification a dérive de fréquence. Le chapitre 2 s'attache à mettre en évidence les limitations de cette configuration en régime kilohertz, et propose une solution originale pour contourner les effets thermiques délétères. Apres avoir introduit la condition d'accord de phase et les grandeurs caractéristiques de l'interaction a trois ondes dans les milieux non-linéaires birefringents, le chapitre 3 en présente une modélisation semi-analytique. Celle-ci permet de démontrer que l'on peut tirer parti de certains phénomènes a priori indésirables pour comprimer les impulsions produites. Le chapitre 4 décrit le dimensionnement et les performances d'un amplificateur paramétrique femtoseconde visible. En outre, la prise en compte du paramètre d'accroissement de la dérive en fréquence permet de dégager une condition de compressibilité des impulsions amplifiées. Les non-linéarités du troisième ordre sont significatives pour les impulsions très intenses. De plus, certaines conditions expérimentales favorisent les cascades non-linéaires du deuxième ordre, équivalentes a un effet Kerr induit. Le chapitre 5 présente la conception et la réalisation d'un amplificateur paramétrique femtoseconde proche infra-rouge, qui permet une compression significative des impulsions amplifiées a certaines longueurs d'onde. L'interprétation des résultats expérimentaux, qui repose partiellement sur les cascades non-linéaires, s'appuie sur des simulations numériques intégrant les cinq ondes mises en jeu dans le processus.

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