Module expérimental "Impulsions laser femtosecondes"
Contexte
Les lasers femtosecondes permettent de produire de manière routinière des impulsions lumineuses dont la durée est de l’ordre de 10-14 à 10-13 seconde. Une telle brièveté permet d’atteindre des puissances crêtes gigantesques, ce qui explique que ces sources lasers soient devenues des outils de choix dans de nombreux domaines de l’industrie (chirurgie ophtalmique) ou de la recherche (contrôle cohérent).
Malgré des durées d’impulsions bien plus brèves que les temps de réponse des dispositifs électroniques les plus rapides, la production, la caractérisation et la manipulation de telles impulsions nécessitent des techniques qui sont aujourd’hui bien maitrisées. C’est l’objectif de ce MODAL que d’initier les élèves aux techniques spécifiques à ce domaine de l’optique ultrarapide.
Objectifs et organisation
Un laser TSUNAMI délivrant des impulsions d’une durée d’environ 200 femtosecondes autour de 800 nm a été mis en place pour ce MODAL afin de permettre aux élèves de se familiariser avec une cavité laser femtoseconde et avec les éléments spécifiques qui la constituent. Le phénomène de verrouillage des modes indispensable à la production de telles impulsions sera observé et analysé d’un point de vue expérimental.
La caractérisation temporelle des impulsions ultrabrèves nécessite quant à elle l’emploi de méthodes optiques (et non électroniques), exploitant le plus souvent un processus d’optique non-linéaire comme le doublage de fréquence (dont un exemple est donné sur la figure 1 ci-dessous) avec lequel les élèves auront l’occasion de se familiariser. L’une de ces méthodes est l’autocorrélation interférométrique qui consiste à séparer l’impulsion incidente en deux (comme indiqué sur la figure 2) puis à mesurer le signal résultant de l’interaction non-linéaire entre les deux faisceaux en fonction du retard entre les deux impulsions. Un interféromètre de Michelson construit par des élèves de la promotion 2008 dans le cadre d’un PSC sera utilisé à cet égard. Ces mesures de durées d’impulsions permettront aux élèves d’appréhender les effets de la propagation linéaire d’une impulsion brève.
Figure 1: Phénomène de doublage de fréquence d'un laser à 800 nm
Figure 2: Dispositif d'autocorrélation interférométrique utilisé pour la mesure de durées d'impulsions ultrabrèves