Compression temporelle non-linéaires d'impulsions laser ultrabrèves et caractérisation

Nonlinear temporal compression of ultrashort laser pulses and characterization

• Auteur / Autrice : Rishabh Bhalavi
• Direction : Edouard Hertz, Antoine Dubrouil, Pierre Bejot
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 05/09/2023
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Carnot-Pasteur
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Bourgogne (1970-....)

Mots clés

Mots clés libres

Métrologie ultra-rapide

Optique non-linéaire

Pulse compression

Optique ultra-rapide

Ultrafast metrology

Non-linear optic

Pulse compression

Ultrafast optic

Résumé

Le développement des sources lasers femtosecondes (10 -15 s), au milieu des années 1960, a ouvert un panel d'applications riches et variées exploitant les caractéristiques spécifiques des impulsions délivrées : durées d'impulsions très brèves, intensité crête élevée ou largeurs spectrales importantes. Depuis l'avènement de ce type de sources, un travail important s'est porté vers la production d'impulsions de durées toujours plus courtes ou de longueurs d'ondes toujours plus étendues. La durée et la forme d'impulsion sont des paramètres cruciaux pour toutes les applications ou effets mettant en jeu de telles radiations. L'émergence de cette classe de laser a donc fait naître un intérêt croissant pour le développement d'outils de diagnostic fiables et polyvalents permettant de caractériser temporellement les impulsions générées. Ce besoin de métrologie s'est accentué avec la diversification des sources, des longueurs d'ondes accessibles et des applications conduites. De nombreuses sources laser femtosecondes sont en effet équipées d'amplificateurs paramétriques optiques permettant d'étendre la gamme de longueur d'ondes accessibles de l'IR lointain à l'UV. Il est par ailleurs possible, au travers d'effets non linéaires de produire un élargissement spectral à plusieurs octaves (super-continuum) conduisant à des impulsions de quelques cycles optiques après compression temporelle. Ce type de développement nécessitent d'adapter les performances des outils de caractérisation et d'investiguer de nouvelles architectures ou effets non linéaires. Les objectifs visés par cette thèse s'articulent autour des deux problématiques majeures discutées précédemment : la production d'impulsions courtes et la métrologie d'impulsions femtosecondes. Dans le premier volet, différentes stratégies d'élargissement spectral et de compression temporelle non-linéaires d'impulsions laser ultrabrèves seront investiguées. Le travail se focalisera notamment sur les techniques mettant en œuvre des cuves multi-passages en ciblant différents matériaux non linéaires. L'étude s'intéressera tout particulièrement à l'utilisation de cibles solides et visera le développement d'un prototype fiable, robuste, à maturité industrielle. Le second volet sera dédié au développement de techniques de caractérisations temporelles d'impulsions innovantes, pour des longueurs d'ondes ou environnements non standards avec différents niveaux de maturité, de la recherche très amont au développement de prototypes.

The development of femtosecond laser sources (10-15s), in the mid-1960s, opened up a range of rich and varied applications exploiting the specific characteristics of the pulses generated : short durations, high peak intensity or large spectral bandwidths. Since the advent of this type of sources, significant work has focused on the production of pulses of ever shorter durations or ever broader ranges of wavelengths. For all applications or effects involving such radiations, the duration and shape of the pulse are crucial parameters. The emergence of this class of laser has therefore given rise to a growing interest in the development of reliable and versatile diagnostic tools dedicated to the temporal characterization of the pulses. The need for metrology has increased with the diversification of sources, accessible wavelengths and user applications. Many femtosecond laser sources are equipped with an optical parametric amplifier extending the range of accessible wavelengths from far IR to UV. Furthermore, through a non-linear spectral broadening, it is possible to produce spectra of several octaves (super-continuum) and pulses of a few optical cycles after temporal compression. This type of development requires to adapt the performance of characterization tools and to investigate new architectures or non-linear effects. The objectives of this thesis relate to the two major issues discussed previously: the production of short pulses and the metrology of femtosecond pulses. In the first part, different strategies for nonlinear spectral broadening and temporal compression of ultrashort laser pulses will be investigated. The work will focus in particular on techniques using multi-pass cells targeting different non-linear materials. The study will focus particularly on the use of solid targets and will aim to develop a reliable, robust and industrially mature prototype. The second part will be dedicated to the development of innovative temporal characterization techniques, for non-standard wavelengths or environments, with different levels of maturity, from very upstream research to the development of prototypes.