WO2015121578A1 - Systeme laser femtoseconde a grande energie et impulsion de duree reduite - Google Patents

Systeme laser femtoseconde a grande energie et impulsion de duree reduite Download PDF

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WO2015121578A1
WO2015121578A1 PCT/FR2015/050323 FR2015050323W WO2015121578A1 WO 2015121578 A1 WO2015121578 A1 WO 2015121578A1 FR 2015050323 W FR2015050323 W FR 2015050323W WO 2015121578 A1 WO2015121578 A1 WO 2015121578A1
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WO
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pulse
mirror
laser pulse
flexible film
transparent
Prior art date
Application number
PCT/FR2015/050323
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English (en)
Inventor
Gérard MOUROU
Sergey MIRONOV
Efim KHAZANOV
Alexander SERGEY
Original Assignee
Ecole Polytechnique / Dgar
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0057—Temporal shaping, e.g. pulse compression, frequency chirping
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2202/00—Materials and properties
    • G02F2202/02—Materials and properties organic material
    • G02F2202/022—Materials and properties organic material polymeric
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/18—Function characteristic adaptive optics, e.g. wavefront correction
    • G—PHYSICS
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    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/26—Pulse shaping; Apparatus or methods therefor

Definitions

  • the present invention relates to a high energy femto second laser system and more particularly to a system for obtaining a laser pulse of reduced duration.
  • the invention relates to a system for generating a reduced-duration laser pulse comprising:
  • Means for generating an input laser beam providing a femtosecond laser pulse of wavelength ⁇ , propagating along an axis z, spatially uniform in amplitude;
  • a transparent plate positioned secant to the axis z of propagation of the pulse, the laser pulse having a pfd density such as to induce a phase auto-modulation during the crossing of the pulse in the transparent plate of so as to generate an extended spectrum laser pulse;
  • Compression means arranged to compress the expanded spectrum laser pulse so as to generate a reduced-duration laser pulse.
  • the system according to the invention is essentially characterized in that the means for generating the input laser beam are adapted so that the pulse has an energy greater than 1 Jouleand the transparent blade is formed of a transparent flexible film.
  • the flexible film is formed by a continuous process
  • the flexible film is composed of one of the following materials: amorphous thermoplastic polymers, PVdC, additivated PVC, cellulose tri acetate, polyester;
  • the transparent flexible film is arranged at a Brewster angle with the z axis so as to minimize the partial reflection of the input laser beam on the film;
  • the flexible film has a thickness of less than 1 millimeter and a diameter greater than 15 centimeters
  • a wavefront corrector device Downstream of the flexible film is disposed a wavefront corrector device so as to correct the wavefront offsets generated by the thickness irregularities of the flexible film;
  • the wavefront corrector device is a deformable mirror
  • the input laser beam is focused by a first mirror having a focal point f, said first mirror being positioned between the means generation and the transparent flat plate, and the transparent plate being positioned between said first mirror and its focal point f;
  • the first mirror is a parabolic mirror
  • a spatial filter is positioned at the height of the focal point f of the first mirror
  • a second mirror is positioned downstream of the focal point f of the first mirror and has a focal length adapted to provide the compression means with a broad spectrum beam having an image at infinity;
  • the second mirror is a deformable mirror adapted to correct the wavefront variations of the pulse generated by the thickness variations of the flexible film.
  • FIG. 1 represents a first embodiment of a system according to the invention
  • FIG. 2 represents the shape of the laser pulses
  • a high-energy, short-time laser pulse generation system 1 comprises means 3 for generating an input laser beam.
  • the energy of the pulse is greater than 1 Joule.
  • this laser is capable of producing pulses having an energy greater than 10 J or even 100 J. Indeed, for this type of laser, often called laser “top hat “. the higher the energy, the more uniform the energy distribution is over the entire width of the pulse.
  • CETAL laser from Bucharest which is a petawatt laser capable of producing pulses of 25 Joules and 25 femtoseconds with a substantially constant energy distribution over the entire section of the pulses.
  • a transparent film in the form of a flexible film 5 is positioned on the path of the input laser beam 3.
  • Transparently it is meant that the film is transparent at least at the wavelength ⁇ of the input laser beam as well as to the entire useful spectrum around this wavelength ⁇ .
  • This film is intended to generate an expansion of the spectrum of the pulse by a self-phase modulation (SPM) generated by the nonlinear refractive index n 2 of the material composing the film and the intensity of the pulse (Kerr effect).
  • SPM self-phase modulation
  • the intensity must be sufficiently large.
  • the power density is greater than 10 12 W / cm -2 .
  • the input laser pulse 3 being spatially uniform in amplitude, the intensity of the pulse and the surface density of power are also constant over the entire section of the pulse. This gives an identical effect for the photons passing in the center as for the photons at the periphery of the pulse.
  • the film 5 In addition to phase auto-modulation, the film 5 generates a Group Velocity Dispersion (GVD) which slightly stretches the pulse.
  • VLD Group Velocity Dispersion
  • the transparent plate is formed by a quartz, an SiO2 silica or a borosilicate crown glass such as BK7, or N-BK7 (trade name Schott AG).
  • the manufacture of such a blade consists of taking a flat glass, for example a float glass, then thinning it by polishing until the desired thickness is obtained with the precision required, which can be less than one tenth of a wavelength.
  • the glass is replaced by a flexible transparent film, ductile, typically plastic.
  • the material used can be chosen, for example, from amorphous thermoplastic polymers, PVdC, additivated PVC, cellulose triacetate, polyester, etc.
  • the choice of the material is made according to its optical transparency qualities with respect to the wavelength ⁇ of the laser and its nonlinear n 2 refractive index as well as its mechanical capacity to produce films having a uniform thickness less than one millimeter.
  • the flexibility of the film is an element to take into account for the ease of implementation and the reduction of risks of breakage, unlike traditional materials (glass, quartz) which are fragile, non-ductile.
  • a wave compressor 7 typically in the form of mirrors chirped in series, to transform the expanded spectrum pulse into a pulse of reduced duration.
  • FIG. 2 shows the different states of the pulse upstream of film 5 for column A, downstream from it and upstream of wave compressor 7 for column B and after wave compressor 7 for column C.
  • the first line 8 schematizes the duration of the pulse. In the second state, it is slightly increased by the group speed dispersion effect, t 2 ⁇ - While the compressor 7 will reduce it, t 3 ⁇ ti, in proportion to the spread spectrum effected by film 5. This spectrum variation is shown schematically on line 9 with ⁇ 2 > ⁇ . The spectrum remains practically unchanged after passing through the wave compressor 7, therefore ⁇ 3 ⁇ ⁇ 2 .
  • the third line 19 schematizes the constant amplitude on the section of the pulse that is found in the first two stages of the system. However, the principle of conservation of the energy makes that at the exit of the compressor, the duration of the pulse having been reduced, the amplitude increases in proportion.
  • a first mirror 11 On the optical path of the input laser beam 3 is positioned a first mirror 11 having a focal point f. This first mirror 11 is positioned between the generating means 3 and the flexible film 5 so that the flexible film 5 is between the first mirror 11 and its focal point f.
  • this first mirror January 1 is a parabolic mirror having a numerical aperture of about 10.
  • this mirror also makes it possible to eliminate the high spatial frequencies produced by the nonuniformities of the beam.
  • a spatial filter 13 is positioned at the height of the focal point f or, more precisely, at the focusing point of the beam, which may be slightly offset from the point focal f by the presence of the flexible film 5.
  • the size of the spatial filter 13 is adapted to eliminate the spatial components of the unfocused beam.
  • a second mirror 15 Downstream of the spatial filter 13 a second mirror 15 is positioned.
  • This second mirror 15 is advantageously a parabolic mirror for reimaging the beam at infinity.
  • the second mirror 15 is also deformable, which makes it possible to make up for the wavefront deformations possibly generated by variations in the thickness of the flexible film.
  • the pulse can be measured downstream of the second mirror 15 by an autocorrelator (in English "single shot auto correlator") not shown.
  • FIG. 4 the system is composed of 2 systems like that of FIG. 2 in series, that is to say that the reduced-duration pulse at the output of the first system is injected. in the second system to obtain a pulse of even shorter duration.
  • a laser produces a pulse of 25 J and 25 fs.
  • a first film of thickness about 500 ⁇ generates on the pulse a B of about 6.
  • the pulse obtained has a duration of 5fs.
  • the second stage is similar to the first stage except that the flexible film has a thickness of about 100 ⁇ and generates a B of about 4.
  • the diameter of the sheet is about 20 cm to accept a 16 cm diameter beam.
  • the pulse has a duration of 2 fs.
  • the flexible film 5 is shown perpendicular to the z-axis of the laser beam.
  • the objective being to obtain the most energetic impulse and the most concentrated energy possible, it is desirable to limit the various losses such as those due to parasitic reflections on the film 5.
  • Another variant embodiment consists in separating the function "deformable mirror” and the "image at infinity" function provided by the second mirror 15 of the second embodiment by having them made by two separate mirrors, although the second embodiment is preferred because allowing a more compact system.
  • the third embodiment comprises two stages in series, it is understood that it is possible to make a system having 3, 4 or more stages in series.

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Abstract

La présente invention se rapporte à un système (1) de génération d'une impulsion laser à durée réduite comprenant; des moyens de génération (3) d'un faisceau laser d'entrée fournissant une impulsion laser (4) femtoseconde de longueur d'onde λ, se propageant selon un axe z, spatialement uniforme en amplitude; une lame transparente (5) positionnée sécante à l'axe z de propagation de l'impulsion, l'impulsion laser ayant une densité de puissance surfacique telle qu'elle induit une auto modulation de phase lors de la traversée de l'impulsion dans la lame transparente de sorte à générer une impulsion laser à spectre élargi; des moyens de compression (7) agencés pour compresser l'impulsion laser à spectre élargi de sorte à générer une impulsion laser à durée réduite. Le système est tel que les moyens de génération (3) du faisceau laser d'entrée sont adaptés pour que l'impulsion ait une énergie supérieure à 1 Joule, et la lame transparente (5) est formée d'une pellicule flexible transparente.

Description

SYSTEME LASER FEMTOSECONDE A GRANDE ENERGIE ET IMPULSION DE DUREE REDUITE
DESCRIPTION
Domaine technique
[01] La présente invention se rapporte à un système laser femto seconde à grande énergie et plus particulièrement à un système permettant d'obtenir une impulsion laser de durée réduite.
[02] Plus précisément, l'invention concerne un système de génération d'une impulsion laser à durée réduite comprenant :
• des moyens de génération d'un faisceau laser d'entrée fournissant une impulsion laser femtoseconde de longueur d'onde λ, se propageant selon un axe z, spatialement uniforme en amplitude ;
• une lame transparente positionnée sécante à l'axe z de propagation de l'impulsion, l'impulsion laser ayant une densité de puissance surfacique telle qu'elle induit une automodulation de phase lors de la traversée de l'impulsion dans la lame transparente de sorte à générer une impulsion laser à spectre élargi ;
• des moyens de compression agencés pour compresser l'impulsion laser à spectre élargi de sorte à générer une impulsion laser à durée réduite.
Etat de la technique
[03] Un tel système est connu de l'homme du métier, notamment par l'exemple qu'en donne le brevet de la demanderesse FR 2 934 722, déposé le 1 août 2008.
[04] Toutefois, avec l'augmentation d'énergie fournie par les lasers femto seconde de nouvelle génération, par exemple le laser ELI-NP développé en Roumanie et qui délivre 10PW, la section utile du faisceau laser dépasse la dizaine de centimètres alors que l'épaisseur de la lame transparente doit être faible, inférieure au millimètre. [05] Il devient alors difficile, et coûteux, de fabriquer les lames en quartz ou en silice nécessaire.
[06] Il existe donc un réel besoin pour un dispositif palliant ces défauts, inconvénients et obstacles de l'art antérieur, en particulier d'un dispositif permettant de maîtriser la fabrication des lames transparentes, réduire les coûts et d'améliorer la densité d'énergie des impulsions produites.
Description de l'invention
[07] Avec cet objectif en vue, le système selon l'invention, par ailleurs conforme au préambule cité ci-avant, est essentiellement caractérisé en ce que les moyens de génération du faisceau laser d'entrée sont adaptés pour que l'impulsion ait une énergie supérieure à 1 Jouleet la lame transparente est formée d'une pellicule flexible transparente.
[08] Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont :
· la pellicule flexible est formée par un procédé en continu ;
• la pellicule flexible est composé d'un des matériaux suivants : polymères thermoplastiques amorphes, PVdC, PVC additivé, tri acétate de cellulose, polyester ;
• l'impulsion laser étant polarisée, la pellicule flexible transparente est disposée selon un angle de Brewster avec l'axe z de façon minimiser la réflexion partielle du faisceau laser d'entrée sur la pellicule ;
• la pellicule flexible a une épaisseur inférieure à 1 millimètre et un diamètre supérieur à 15 centimètres ;
· en aval de la pellicule flexible est disposé un dispositif correcteur de front d'onde de sorte à corriger les décalages de front d'onde générés par les irrégularités d'épaisseur de la pellicule flexible ;
• le dispositif correcteur de front d'onde est un miroir déformable ;
• le faisceau laser d'entrée est focalisé par un premier miroir ayant un point focal f, ledit premier miroir étant positionné entre les moyens de génération et la lame plane transparente, et la lame transparente étant positionnée entre ledit premier miroir et son point focal f ;
• le premier miroir est un miroir parabolique ;
• un filtre spatial est positionné à la hauteur du point focal f du premier miroir ;
• un second miroir est positionné en aval du point focal f du premier miroir et a une focale adaptée pour fournir aux moyens de compression un faisceau à spectre élargi ayant une image à l'infini ; et/ou
· le second miroir est un miroir déformable adapté pour corriger les variations de front d'onde de l'impulsion générées par les variations d'épaisseur de la pellicule flexible.
Brève description des figures
[09] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d'exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles :
- La figure 1 représente un premier mode de réalisation d'un système selon l'invention;
- La figure 2 représente la forme des impulsions laser ;
- La figure 3 représente un deuxième mode de réalisation; et
- La figure 4 représente un troisième mode de réalisation.
Modes de réalisation
[10] Selon un premier mode de réalisation général représenté sur la figure 1 , un système 1 de génération d'impulsion laser à haute énergie et à durée réduite comprend des moyens de génération 3 d'un faisceau laser d'entrée
4 fournissant une impulsion laser femtoseconde de longueur d'onde λ, se propageant selon un axe z, spatialement uniforme en amplitude. L'énergie de l'impulsion est supérieure à 1 Joule. De préférence, ce laser est capable de produire des impulsions ayant une énergie supérieure à 10 J, voire 100 J. En effet, pour ce type de laser, souvent appelé laser « top hat ». plus l'énergie est élevée, plus lala distribution d'énergie est uniforme sur toute la largeur de l'impulsion.
[1 1] Un exemple d'un tel laser est le laser CETAL de Bucarest qui est un laser petawatt capable de produire des impulsions de 25 Joules et de 25 femtosecondes avec une distribution d'énergie pratiquement constante sur l'ensemble de la section des impulsions.
[12] On peut également citer le laser BELLA (acronyme pour « Berkeley
Lab Laser Accelerator) comme exemple de laser petawatt.
[13] Ces lasers produisent des faisceaux ayant des sections de diamètre supérieur à 10 cm, typiquement entre 15 et 25 cm. Dans l'espace, on peut imager une telle impulsion comme une « galette » de photons ayant sur l'axe z une épaisseur égale à la « vitesse de la lumière » par la « durée de l'impulsion » et dans un plan perpendiculaire à cet axe z une forme circulaire d'un diamètre déterminé par les capacités du laser.
[14] Une lame transparente sous forme d'une pellicule flexible 5 est positionnée sur la trajectoire du faisceau laser d'entrée 3.
[15] Par transparente, on entend que la pellicule est transparente au moins à la longueur d'onde λ du faisceau laser d'entrée ainsi qu'à l'ensemble du spectre utile autour de cette longueur d'onde λ.
[16] Cette pellicule est destinée à générer un élargissement du spectre de l'impulsion par une automodulation de phase (en anglais « self-phase modulation » ou SPM) générée par l'indice de réfraction n2 non-linéaire du matériau composant la pellicule et l'intensité de l'impulsion (effet Kerr).
[17] On remarquera que pour obtenir un effet significatif, l'intensité doit être suffisamment grande. Ainsi, typiquement, la densité surfacique de puissance est supérieure à 1012 W/cm"2.
[18] Par ailleurs, l'impulsion laser d'entrée 3 étant spatialement uniforme en amplitude, l'intensité de l'impulsion et la densité surfacique de puissance sont également constantes sur toute la section de l'impulsion. On obtient ainsi un effet identique pour les photons passant au centre que pour les photons en périphérie de l'impulsion. [19] En complément de l'automodulation de phase, la pellicule 5 génère une dispersion de vitesse de groupe (en anglais « Group Velocity Dispersion » ou GVD) qui étire légèrement l'impulsion.
[20] La contribution des deux effets permet la formation d'une impulsion chirpée linéairement, et plus généralement ayant un spectre élargi.
[21 ] Traditionnellement, la lame transparente est formée par un quartz, une silice SiO2 ou un verre borosilicate crown comme le BK7, ou N-BK7 (appellation commerciale de Schott AG).
[22] La fabrication de telle lame consiste à prendre un verre plat, par exemple un verre flotté (en anglais « float »), puis à l'amincir par polissage jusqu'à obtenir l'épaisseur désirée avec la précision demandée, qui peut être inférieure au dizième de longueur d'onde.
[23] Dans le système décrit, le verre est remplacé par une pellicule transparente flexible, ductile, typiquement en plastique.
[24] Le matériau utilisé peut être choisi, par exemple, parmi les polymères thermoplastiques amorphes, le PVdC, le PVC additivé, le triacétate de cellulose, le polyester, etc.
[25] Ces matériaux ont l'avantage de se travailler facilement par des procédés en continu comme l'extrusion ou le laminage pour obtenir des pellicules de faible (typiquement inférieure au millimètre), voire très faible (inférieure au demi millimètre) épaisseur.
[26] Le choix du matériau est fait en fonction de ses qualités optiques de transparence par rapport à la longueur d'onde λ du laser et de son indice de réfraction n2 non-linéaire ainsi que de sa capacité mécanique à produire des pellicules ayant une épaisseur uniforme inférieure au millimètre.
[27] Il est à noter que plus les énergies mises en jeu sont importantes, plus l'épaisseur de la pellicule transparente doit être réduite. Ainsi, comme le montre la simulation décrite ci-après, il est particulièrement avantageux d'être capable de réaliser des pellicules ayant une épaisseur inférieure à 500 μιτι, voire inférieure ou égale à 100 μιτι. [28] Il est souhaitable que la variation d'épaisseur soit inférieure à la longueur d'onde λ du laser. Cependant la variation de front d'onde générée par cette variation d'épaisseur peut également être corrigée par un miroir déformable.
[29] La flexibilité de la pellicule est un élément à prendre en compte pour la facilité de mise en œuvre et la diminution des risques de casse, contrairement aux matériaux traditionnels (verre, quartz) qui sont fragiles, non ductiles.
[30] De ce point de vue, il est à noter que, pour la qualité de l'effet d'automodulation de phase et/ou de la dispersion de vitesse de groupe, il n'est pas nécessaire que la pellicule soit plane. Par contre, un paramètre significatif est l'épaisseur puisque, en première approximation, l'intégrale B qui définit l'élargissement du spectre est proportionnelle à la longueur du matériau traversé, donc à l'épaisseur de la pellicule.
[31] Comme indiqué ci-dessus, le maintien de la surface d'onde et la possibilité d'atteindre la tache de diffraction la plus petite possible peuvent être réalisés par l'utilisation d'un miroir déformable (non représenté) en aval de la pellicule flexible 5.
[32] Ainsi, avantageusement, une lame de verre poli qui peut coûter plusieurs milliers d'euros est remplacée par une pellicule plastique qui coûte quelques euros, ou dizaines d'euros.
[33] Cet avantage est d'autant plus intéressant que, vu l'énergie des impulsions laser, des irrégularités optiques peuvent entraîner des points chauds destructifs dans la pellicule 5.
[34] Dans le système décrit, en aval de la pellicule flexible 5 est positionné un compresseur d'onde 7, typiquement sous forme de miroirs chirpés en série, pour transformer l'impulsion à spectre élargi en une impulsion de durée réduite.
[35] La figure 2 image les différents états de l'impulsion en amont de la pellicule 5 pour la colonne A, en aval de celle-ci et en amont du compresseur d'onde 7 pour la colonne B et après le compresseur d'onde 7 pour la colonne C.
[36] La première ligne 8 schématise la durée de l'impulsion. Dans le deuxième état, elle est légèrement augmentée par l'effet de dispersion de vitesse de groupe, t2≥ - Alors que le compresseur 7 va réduire celle-ci, t3 < ti, en proportion de l'étalement de spectre effectué par la pellicule 5. Cette variation du spectre est schématisée sur la ligne 9 avec Δλ2 > Δλι . Le spectre reste pratiquement inchangé après passage dans le compresseur d'onde 7, donc Δλ3 ~ Δλ2. La troisième ligne 19 schématise l'amplitude constante sur la section de l'impulsion qui se retrouve aux deux premières étapes du système. Cependant, le principe de conservation de l'énergie fait qu'en sortie du compresseur, la durée de l'impulsion ayant été réduite, l'amplitude augmente en proportion.
[37] Dans le deuxième mode de réalisation illustré en Figure 3, les éléments communs au mode de réalisation de la Figure 1 ont les mêmes références.
[38] Sur le chemin optique du faisceau laser d'entrée 3 est positionné un premier miroir 1 1 ayant un point focal f. Ce premier miroir 1 1 est positionné entre les moyens de génération 3 et la pellicule flexible 5 de telle sorte que la pellicule flexible 5 se trouve entre le premier miroir 1 1 et son point focal f.
[39] Avantageusement, ce premier miroir 1 1 est un miroir parabolique ayant une ouverture numérique d'environ 10.
[40] Ceci permet avantageusement de focaliser le faisceau et, en déplaçant la pellicule flexible 5 d'amont en aval d'augmenter, ou de diminuer en déplaçant d'aval en amont, l'intensité du faisceau sur la pellicule.
[41 ] De plus, ce miroir permet également d'éliminer les hautes fréquences spatiales produites par les non uniformités du faisceau.
[42] A la hauteur du point focal f ou, plus précisément, au point de focalisation du faisceau, celui-ci pouvant être légèrement décalé du point focal f par la présence de la pellicule flexible 5, un filtre spatial 13 est positionné. La dimension du filtre spatial 13 est adaptée pour éliminer les composantes spatiales du faisceau non focalisées.
[43] En aval du filtre spatial 13 un second miroir 15 est positionné. Ce second miroir 15 est avantageusement un miroir parabolique permettant de réimager le faisceau à l'infini.
[44] De plus, avantageusement le second miroir 15 est également déformable, ce qui permet de rattraper les déformations de fronts d'onde éventuellement générées par des variations de l'épaisseur de la pellicule flexible.
[45] On notera que l'impulsion peut être mesurée en aval de ce second miroir 15 par un autocorrélateur (en anglais « single shot auto correlator ») non représenté.
[46] Dans un troisième mode de réalisation, Figure 4, le système est composé de 2 systèmes comme celui de la Figure 2 en série, c'est-à-dire que l'impulsion à durée réduite en sortie du premier système est injectée dans le second système pour obtenir une impulsion de durée encore plus réduite.
[47] Des simulations montrent qu'un tel système à deux étages permet d'obtenir des durées d'impulsion de 2fs, c'est-à-dire de l'ordre de la période de la lumière.
[48] Pour cela, en entrée, un laser produit une impulsion de 25 J et 25 fs. Un premier film d'épaisseur environ 500 μιτι génère sur l'impulsion un B d'environ 6. Après compression, l'impulsion obtenue a une durée de 5fs. Le second étage est similaire au premier étage sauf que la pellicule flexible a une épaisseur d'environ 100 μιτι et génère un B d'environ 4. Le diamètre de la feuille est d'environ 20 cm pour accepter un faisceau de diamètre 16 cm. A la sortie de ce second étage, l'impulsion a une durée de 2 fs.
[49] L'invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donnée à titre d'exemple et non comme limitant l'invention a cette seule description. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles.
[50] Par exemple, dans les différentes figures, la pellicule flexible 5 est représentée perpendiculaire à l'axe z du faisceau laser. Or, il est avantageux d'incliner la lame selon l'angle de Brewster en tenant compte de la polarisation du faisceau laser de façon à minimiser la réflexion partielle du faisceau laser d'entrée sur la pellicule. En effet, et de façon générale, l'objectif étant d'obtenir une impulsion la plus énergétique et la plus concentrée en énergie possible, il est souhaitable de limiter les pertes diverses comme celles dues aux réflexions parasites sur la pellicule 5.
[51] Une autre variante de réalisation consiste à séparer la fonction « miroir déformable » et la fonction « image à l'infini » assurées par le second miroir 15 du deuxième mode de réalisation en les faisant réaliser par deux miroirs distincts bien que le deuxième mode de réalisation soit préféré car permettant de réaliser un système plus compact.
[52] Par ailleurs, de la même façon que le troisième mode de réalisation comprend 2 étages en série, on comprend qu'il est possible de faire un système ayant 3, 4 ou plus étages en série.
[53] Dans les revendications, le mot « comprenant » n'exclue pas d'autres éléments et l'article indéfini « un/une » n'exclue pas une pluralité.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Système (1 ) de génération d'une impulsion laser à durée réduite comprenant :
· des moyens de génération (3) d'un faisceau laser d'entrée fournissant une impulsion laser (4) femtoseconde de longueur d'onde λ, se propageant selon un axe z, spatialement uniforme en amplitude ;
• une lame transparente (5) positionnée sécante à l'axe z de propagation de l'impulsion, l'impulsion laser ayant une densité de puissance surfacique telle qu'elle induit une auto modulation de phase lors de la traversée de l'impulsion dans la lame transparente de sorte à générer une impulsion laser à spectre élargi ;
• des moyens de compression (7) agencés pour compresser l'impulsion laser à spectre élargi de sorte à générer une impulsion laser à durée réduite,
le système étant caractérisé en ce que les moyens de génération (3) du faisceau laser d'entrée sont adaptés pour que l'impulsion ait une énergie supérieure à 1 Joule, et la lame transparente (5) est formée d'une pellicule flexible transparente.
2. Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la pellicule flexible (5) est formée par un procédé en continu pour obtenir une épaisseur inférieure au millimètre.
3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la pellicule flexible (5) est composé d'un des matériaux suivants : polymères thermoplastiques amorphes, PVdC, PVC additivé, tri acétate de cellulose, polyester.
4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, l'impulsion laser étant polarisée, la pellicule flexible (5) est disposée selon un angle de Brewster avec l'axe z de façon minimiser la réflexion partielle du faisceau laser d'entrée sur la pellicule.
5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pellicule flexible (5) a une épaisseur inférieure à 1 millimètre et un diamètre supérieur à 15 centimètres.
6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, en aval de la pellicule flexible (5) est disposé un dispositif correcteur de front d'onde (15) de sorte à corriger les décalages de front d'onde générés par les irrégularités d'épaisseur de la pellicule flexible.
7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif correcteur de front d'onde (15) est un miroir déformable.
8. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le faisceau laser d'entrée (4) est focalisé par un premier miroir (1 1 ) ayant un point focal f, ledit premier miroir étant positionné entre les moyens de génération (3) et la lame plane transparente (5), et la lame transparente étant positionnée entre ledit premier miroir et son point focal f.
9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que le premier miroir (1 1 ) est un miroir parabolique.
10. Système selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'un filtre spatial (13) est positionné à la hauteur du point focal f du premier miroir.
1 1 . Système selon la revendication 8, 9 ou 10, caractérisé en ce qu'un second miroir (15) est positionné en aval du point focal f du premier miroir et a une focale adaptée pour fournir aux moyens de compression un faisceau à spectre élargi ayant une image à l'infini.
12. Système selon la revendication 1 1 , caractérisé en ce que le second miroir (15) est un miroir déformable adapté pour corriger les variations de front d'onde de l'impulsion générées par les variations d'épaisseur de la pellicule flexible.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP4109687A1 (fr) * 2021-06-25 2022-12-28 Ecole Polytechnique Génération d'impulsions laser ultracourtes haute énergie

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0529763A1 (fr) * 1991-08-23 1993-03-03 Robert R. Alfano Méthode et système pour la compression et l'amplification d'impulsions laser ultracourtes
FR2934722A1 (fr) 2008-08-01 2010-02-05 Ecole Polytech Dispositif de generation d'une impulsion laser a duree reduite.

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0529763A1 (fr) * 1991-08-23 1993-03-03 Robert R. Alfano Méthode et système pour la compression et l'amplification d'impulsions laser ultracourtes
FR2934722A1 (fr) 2008-08-01 2010-02-05 Ecole Polytech Dispositif de generation d'une impulsion laser a duree reduite.

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHVYKOV V ET AL: "Compression of ultra-high power laser pulses", CONFERENCE ON LASERS AND ELECTRO-OPTICS (CLEO) AND QUANTUM ELECTRONICS AND LASER SCIENCE CONFERENCE (QELS), 2010 : 16 - 21 MAY 2010, SAN JOSE, CA, USA, IEEE, PISCATAWAY, NJ , USA, 16 May 2010 (2010-05-16), pages 1 - 2, XP031702008, ISBN: 978-1-55752-890-2 *
KANAI M ET AL: "Self-phase modulation in perfluorinated polymer-based GI polymer optical fiber with intense fenitosecond laser pulse", LEOS 2001. 14TH ANNUAL MEETING OF THE IEEE LASERS AND ELECTRO-OPTICS SOCIETY (CAT. NO.01CH37242) IEEE PISCATAWAY, NJ, USA; [ANNUAL MEETING OF THE IEEE LASERS AND ELECTRO-OPTICS SOCIETY], IEEE, vol. 2, 14 November 2001 (2001-11-14), pages 634 - 635, XP010566610, ISBN: 978-0-7803-7105-7, DOI: 10.1109/LEOS.2001.968975 *
KOEHLER: "White Light Generation and Pulse Compression with a Ti:SapphireHigh Energy Oscillator", SPIE, PO BOX 10 BELLINGHAM WA 98227-0010 USA, 2010, XP040517702 *
LI XIAO-FANG ET AL: "High-Power Extracavity Pulse Compression in Solid Materials", CHINESE PHYSICS LETTERS, INSTITUTE OF PHYSICS PUBLISHING, BRISTOL, GB, vol. 23, no. 12, 1 December 2006 (2006-12-01), pages 3278 - 3280, XP020097370, ISSN: 0256-307X, DOI: 10.1088/0256-307X/23/12/043 *
MÉVEL E ET AL: "Extracavity Compression Technique for High-Energy Femtosecond Pulses", JOURNAL OF THE OPTICAL SOCIETY OF AMERICA - B, OPTICAL SOCIETY OF AMERICA, WASHINGTON, US, vol. 20, no. 1, 1 January 2003 (2003-01-01), pages 105 - 108, XP002518721, ISSN: 0740-3224, DOI: 10.1364/JOSAB.20.000105 *

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