FR2965673A1

FR2965673A1 - Dispositif d'amplification a derive de frequence pour un laser impulsionnel

Info

Publication number: FR2965673A1
Application number: FR1057933A
Authority: FR
Inventors: Gilles Cheriaux
Original assignee: Ecole Polytechnique
Current assignee: Ecole Polytechnique
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2012-04-06
Anticipated expiration: 2030-09-30
Also published as: US20130223460A1; FR2965673B1; WO2012042186A1; US8774240B2; JP2013539228A; EP2622694A1

Abstract

L'invention concerne un dispositif d'amplification à dérive de fréquence pour un laser impulsionnel, comprenant successivement : - un étireur (2) apte à étirer temporellement une impulsion laser incidente (91) ; - au moins un milieu amplificateur (3, 4, 5) apte à amplifier l'impulsion laser (92) ; - un compresseur principal (6) apte à compresser temporellement l'impulsion laser jusqu'à la durée souhaitée pour l'impulsion de sortie (94) du dispositif d'amplification ; comprenant au moins un compresseur d'ajustement (7), placé entre l'étireur (2) et le compresseur principal (6), dans lequel l'impulsion laser subit quatre diffractions sur des réseaux de diffraction (71-74), de façon à compresser temporellement l'impulsion laser étirée jusqu'à une durée supérieure à la durée souhaitée pour l'impulsion de sortie (94) du dispositif d'amplification

Description

" Dispositif d'amplification à dérive de fréquence pour un laser impulsionnel "

1. Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif d'amplification pour un laser impulsionnel intense, utilisant la technologie dite d'amplification à dérive de fréquence. Cette technologie sert à produire des impulsions laser de très faible durée, par exemple de l'ordre de quelques femtosecondes, et de très forte puissance de crête. 2. Art antérieur Les lasers impulsionnels, ou lasers à impulsions, permettent d'atteindre de grandes puissances instantanées pendant une durée très brève, de l'ordre de quelques picosecondes (10-12s) ou de quelques femtosecondes (10-15s). Dans ces lasers, une impulsion laser ultra-brève est générée dans un oscillateur avant d'être amplifiée dans des milieux amplificateurs. L'impulsion laser initialement produite, même de faible énergie, engendre une grande puissance instantanée puisque l'énergie de l'impulsion est délivrée en un temps extrêmement bref. Pour permettre l'augmentation de l'énergie de l'impulsion laser sans que la puissance instantanée très élevée ne génère des effets non linéaires, il a été imaginé d'étirer temporellement l'impulsion avant son amplification, puis de la recompresser après son amplification. Les puissances instantanées mises en oeuvre dans les milieux amplificateurs peuvent ainsi être diminuées. Cette méthode appelée « amplification à dérive de fréquences » (souvent désignée « CPA », de l'anglais "Chirped Pulses Amplification"), permet d'augmenter la durée d'une impulsion d'un facteur de l'ordre de 103 à 105, puis de la recompresser afin qu'elle retrouve une durée proche de sa durée initiale.

Cette méthode « CPA », décrite dans l'article de D. Strickland et G. Mourou, "Compression of amplified chirped optical pulses," (Opt. Commun. 56, 219-221 - 1985) utilise une décomposition spectrale de l'impulsion, permettant d'imposer un trajet d'une longueur différente aux différentes longueurs d'ondes pour les décaler temporellement. La figure 1 représente de façon schématique l'amplification d'une impulsion laser par cette méthode 10 d'amplification à dérive de fréquences. Un oscillateur 1 émet une impulsion laser 91, appelée impulsion d'entrée, de très faible durée AT, par exemple de 10 femtosecondes, et de relativement faible énergie E, par exemple de l'ordre de quelques nanojoules. 15 Cette impulsion d'entrée 91 passe par un étireur 2 qui répartie dans le temps ses différentes composantes spectrales en fonction de leur longueur d'onde. Plusieurs méthodes peuvent être utilisées pour réaliser l'étireur 2. 20 Un étireur 2 couramment utilisé met en oeuvre des réseaux de diffraction réfléchissant les rayons lumineux incidents avec une orientation différente selon la longueur d'onde. La structure d'un tel étireur est notamment décrite dans l'article de O.E. Martinez, "3000 25 times grating compressor with positive group velocity dispersion: application to fiber compensation in 1.3-1.6 µm region." (IEEE Journal of quantum Electronics, Vol. qe-23, p. 59, 1987.) Les différentes composantes spectrales formant 30 l'impulsion d'entrée 91 ne parcourent pas le même trajet dans l'étireur 2. En fonction de la construction de cet étireur 2, les composantes de longueur d'onde plus courte peuvent ainsi parcourir un trajet plus long, ou au contraire moins long, que les composantes de longueur 35 d'onde plus élevée. Cette différence de longueur de trajet entraine un décalage temporel des composantes spectrales en fonction de leur longueur d'onde dans l'impulsion 92, qui est appelée impulsion étirée. Cette impulsion étirée 92 présente en conséquence une durée plus importante que la durée OT de l'impulsion d'entrée 91, pouvant être par exemple de l'ordre de 105 AT. Cette plus grande durée entraine une diminution très importante de la puissance instantanée de cette impulsion 92 par rapport à celle de l'impulsion d'entrée 91, ce qui permet son amplification dans de meilleures conditions.

Une autre méthode pouvant être utilisée pour étirer des impulsions laser est la propagation de ces impulsions dans des fibres optiques sur de longues distances. La dispersion de vitesse de groupe des composantes spectrales de l'impulsion dans le matériau au coeur de la fibre permet d'obtenir l'allongement temporel souhaité. Encore une autre méthode d'étirement connue consiste en un réseau de diffraction de Bragg réalisé dans un matériau photosensible, dont le pas n'est pas constant selon l'épaisseur. Les différentes composantes spectrales de l'impulsion laser sont alors réfléchies à différentes profondeurs, ce qui crée un retard de certaines des composantes spectrales par rapport à d'autres et étire ainsi l'impulsion. Une telle méthode est notamment décrite dans l'article de Vadim Smirnov, Emilie Flecher, Leonid Glebov, Kai-Hsiu Liao, et Almantas Galvanauskas, « Chirped bulk Bragg gratings in PTR glass for ultrashort pulse stretching and compression » (Proceedings of Solid State and Diode Lasers Technical Review. Los Angeles 2005, SS2-1.).

L'impulsion étirée 92 sortant de l'étireur 2 est ensuite amplifiée à l'aide de milieux amplificateurs classiques, qui augmentent sa puissance. A titre d'exemple, trois milieux amplificateurs sont représentés sur la figure 1.

Le premier milieu amplificateur 3, dit « amplificateur de fort gain », augmente la puissance de l'impulsion étirée 92 jusqu'à lui conférer une énergie de l'ordre de 106 fois l'énergie E de l'impulsion incidente 91, par exemple de quelques millijoules. Le deuxième milieu amplificateur 4 et le troisième milieu amplificateur 5 augmentent également la puissance de l'impulsion laser de telle sorte que l'impulsion étirée amplifiée 93 présente une énergie de l'ordre de 1010 fois l'énergie E de l'impulsion d'entrée 91, par exemple de 25 joules. Bien que l'impulsion présente une énergie relativement importante, sa durée est relativement longue, ce qui fait que sa puissance de crête est suffisamment faible pour éviter les effets non linéaires dans les milieux amplificateurs 3, 4 et 5. Le milieu amplificateur utilisé est le plus souvent un milieu amplificateur par émission stimulée, comme par exemple un cristal de Titane-Saphir dopé. Selon une variante possible, l'amplification de l'impulsion laser peut se faire suivant une méthode usuellement appelée en anglais « Optical Parametric Chirped Pulse Amplification », qui allie l'amplification paramétrique d'impulsion laser à la technique d'amplification à dérive de fréquence. Cette méthode d'amplification est notamment décrite dans l'article de A. Dubietis et al. "Powerful femtosecond pulse generation by chirped and stretched pulse parametric amplification in BBO crystal" (Opt. Commun. 88, 433 (1992». Les amplificateurs mettant en oeuvre une amplification par émission stimulée ou une amplification paramétrique sont indifféremment désignés comme des « milieux amplificateurs » dans la suite de la demande de brevet. Le retour de l'impulsion à une durée courte, proche de la durée OT de l'impulsion d'entrée, s'effectue dans un dispositif optique appelé compresseur 6, comprenant quatre réseaux de diffraction 61, 62, 63 et 64 réfléchissant les rayons lumineux incidents avec une orientation différente selon la longueur d'onde.

Ainsi, un premier réseau 61 disperse spectralement l'impulsion étirée 93. A titre illustratif, les trois rayons 911, 912 et 913, correspondant à deux longueurs d'onde extrêmes de l'impulsion 910 et à une longueur d'onde médiane, sont représentés sur la figure 1. Un second réseau 62 renvoi parallèlement les composantes spectrales, notamment 911, 912 et 913, composant l'impulsion laser, qui sont ainsi étalées spatialement. Le troisième réseau 63 permet de rassembler ces différentes composantes spectrales sur un même point du quatrième réseau 64, qui renvoie toutes ces composantes spectrales, notamment 911, 912 et 913, dans une même direction, pour former une nouvelle impulsion laser 94.

Les différentes composantes spectrales, notamment 911, 912 et 913, formant l'impulsion d'entrée 91 ne parcourent pas le même trajet dans le compresseur 6. Plus précisément, le compresseur 6 est construit de façon à ce que les composantes spectrales qui ont un trajet plus long dans l' étireur 2 aient un trajet plus court dans le compresseur 6. Cette différence de longueur de trajet entraine un décalage temporel des composantes spectrales en fonction de leur longueur d'onde, s'opposant au décalage généré par l'étireur 2.

Ainsi, les composantes spectrales qui étaient retardées temporellement dans l'impulsion 92 ou 93 rattrapent leur retard, de telle sorte que toutes les composantes spectrales soient rassemblées temporellement dans une impulsion de sortie 94 présentant une durée semblable à la durée OT de l'impulsion d'entrée 91, par exemple de 20 femtosecondes, et une puissance de crête très importante, par exemple de l'ordre de 1014 W La technique d'amplification par dérive de fréquence permet donc la production d'impulsions laser de très forte puissance instantanée. Dans les dispositifs habituellement utilisés pour l'amplification à dérive de fréquence d'impulsions laser, le réglage de la durée souhaitée de l'impulsion finale amplifiée se fait en déplaçant les composants du compresseur, afin de modifier les caractéristiques de la compression. Plus précisément, il est nécessaire de modifier l'angle des réseaux de diffraction et leur position relative. Pour les lasers de forte puissance, le compresseur 6 devant supporter des niveaux d'énergie très élevés, les réseaux de diffractions qui le composent sont de grande taille et doivent être placés dans une chambre à vide. Leur manipulation pour régler la durée de l'impulsion ou pour ajuster temporellement celle-ci, nécessitant des modifications de l'orientation des réseaux et des distances les séparant, est donc particulièrement malaisée. L'ajustement précis de la durée de l'impulsion finale pose des problèmes particuliers. En effet, cet ajustement doit être réalisé en fonction des conditions d'expérience, et peut être modifié au cours d'une expérience ou d'une série d'expériences. Pour effectuer cet ajustement sans ouvrir la chambre à vide, certains dispositifs d'amplification à dérive de fréquence comprennent des réseaux de diffraction dont les déplacements sont motorisés. Cette solution technique engendre cependant des coûts importants. Par ailleurs, les dispositifs d'amplification à dérive de fréquence génèrent des aberrations temporelles dans l'impulsion laser, et notamment des résiduels de phase temporelle. Ces aberrations, qui apparaissent principalement dans les impulsions les plus courtes (ayant une durée avant étirement inférieure à 30 fs) ayant une plus grande largeur spectrale, rendent impossible la compression de l'impulsion à la durée la plus courte qui pourrait être théoriquement obtenue.

Dans certains dispositifs d'amplification à dérive de fréquence, des systèmes programmables de modification de phase et d'amplitude peuvent être mis en place pour réaliser l'ajustement temporel et pour corriger les aberrations temporelles de l'impulsion. Ces systèmes ne peuvent cependant résister qu'à des impulsions de relativement faible énergie, et de plus, pour certains, engendrent des pertes d'énergie d'autant plus importantes que la correction est importante. Par ailleurs, le coût de ces systèmes programmables de modification de phase et d'amplitude est très important. 3. Objectifs de l'invention La présente invention a pour objectif de pallier à ces inconvénients de l'art antérieur. En particulier, l'invention a pour objectif de fournir un dispositif d'amplification à dérive de fréquence d'impulsions laser dont la durée de l'impulsion finale puisse être réglée facilement. Un autre objectif de l'invention est de fournir un tel dispositif d'amplification à dérive de fréquence d'impulsions laser dans lequel les aberrations temporelles de l'impulsion peuvent être corrigées facilement, afin d'obtenir des impulsions finales amplifiées de très courte durée. Un objectif particulier de l'invention est d'apporter de telles améliorations à un tel dispositif d'amplification à dérive de fréquence pour un coût réduit, et sans entrainer de modification importante de ce dispositif. 4. Exposé de l'invention Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront plus clairement par la suite, sont atteints par un dispositif d'amplification à dérive de fréquence pour un laser impulsionnel, comprenant successivement : - un étireur apte à étirer temporellement une impulsion laser incidente ; - au moins un milieu amplificateur apte à amplifier 35 l'impulsion laser ; - un compresseur principal apte à compresser temporellement l'impulsion laser jusqu'à la durée souhaitée pour l'impulsion de sortie du dispositif d'amplification ; le dispositif d'amplification comprenant, selon l'invention, au moins un compresseur d'ajustement, placé entre l'étireur et le compresseur principal, dans lequel l'impulsion laser subit quatre diffractions sur des réseaux de diffraction, de façon à compresser temporellement l'impulsion laser étirée jusqu'à une durée supérieure à la durée souhaitée pour l'impulsion de sortie du dispositif d'amplification. Un tel compresseur d'ajustement peut être réglé pour régler la durée de l'impulsion de sortie du dispositif d'amplification, beaucoup plus facilement que le compresseur principal. Par ailleurs, il permet de corriger les aberrations temporelles de l'impulsion. Enfin, la mise en oeuvre de ce compresseur d'ajustement dans le dispositif d'amplification peut se faire à un cout réduit, sans apporter de modification importante par rapport aux dispositifs d'amplification de l'art antérieur. Avantageusement, le taux de compression du compresseur d'ajustement est inférieur à 20% du taux de compression du compresseur principal. Ce faible taux de compression, qui est préférentiellement inférieur à 10% du taux de compression du compresseur principal, permet de réaliser un réglage efficace de la durée de l'impulsion de sortie du dispositif d'amplification, en conservant pourtant une impulsion étirée, dont la faible puissance instantanée ne constitue pas un obstacle à l'amplification dans un milieu amplificateur. Avantageusement, le compresseur d'ajustement est placé à une position où l'énergie de l'impulsion laser est inférieure à 300 millijoules, et de préférence inférieure à 200 millijoules. Cette position au début de la chaine d'amplification permet de mettre en oeuvre facilement le compresseur d'ajustement. En effet, ce compresseur n'est pas soumis, comme le compresseur principal, à des niveaux d'énergie trop importants. Il peut donc être constitué par des réseaux de petite taille, placés à l'air libre.

Avantageusement, le compresseur d'ajustement est placé après le premier milieu d'amplification dans une chaine d'amplification formée par au moins deux milieux d'amplification. Cette position après le premier milieu d'amplification permet de réaliser la compression d'ajustement sur une impulsion de faible énergie, tout en limitant la perte d'énergie de l'impulsion entre sa création et sa première amplification. Selon un mode de réalisation possible de l'invention, le compresseur d'ajustement comprend quatre réseaux de diffraction sur lesquels l'impulsion laser est diffractée successivement. Cette construction du compresseur d'ajustement est semblable à la construction classique du compresseur 20 principal. Selon un autre mode de réalisation possible de l'invention, le compresseur d'ajustement comprend deux réseaux de diffraction et un dièdre de repli imposant à l'impulsion laser deux diffractions sur chacun des 25 réseaux de diffraction. Cette utilisation d'un dièdre de repli, connue en elle-même, permet une réduction de la taille du compresseur d'ajustement, et un réglage facilité. En effet, le nombre de composant à déplacer pour effectuer 30 ce réglage est moins élevé. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le compresseur d'ajustement est placé à l'air libre, et le compresseur principal est placé dans une chambre à vide. 35 Cette disposition, rendue possible par le faible niveau d'énergie traversant le compresseur d'ajustement, permet de faciliter le réglage de ce compresseur d'ajustement. Selon un mode de réalisation avantageux, le compresseur d'ajustement comprend des réseaux de diffraction transmissifs. Les réseaux de diffraction transmissifs, utilisables dans le compresseur d'ajustement du fait du faible niveau d'énergie le traversant, peuvent présenter de meilleures performances énergétiques.

Selon un autre mode de réalisation avantageux, le compresseur d'ajustement comprend des réseaux de diffraction réflectifs. De façon avantageuse, le compresseur d'ajustement comprend des réseaux de diffraction présentant un pas et un angle d'incidence identique aux réseaux de diffraction mis en oeuvre dans le compresseur principal. L'utilisation de réseaux de diffraction optiquement identiques dans le compresseur principal et le compresseur d'ajustement permet un réglage plus aisé de la durée d'impulsion. Selon une caractéristique alternative, le compresseur d'ajustement comprend des réseaux de diffraction présentant un pas et/ou un angle d'incidence différent des réseaux de diffraction mis en oeuvre dans le compresseur principal. Cette utilisation de réseaux différents permet de disposer de plus de paramètres de réglage pour corriger les aberrations temporelles de l'impulsion. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le dispositif d'amplification comporte au moins deux compresseurs d'ajustement, les réseaux de diffraction mis en oeuvre dans les différents compresseurs présentant un pas et/ou un angle d'incidence différent. Cette utilisation de plusieurs compresseurs d'ajustement différents permet de disposer de plus de paramètres de réglage pour corriger les aberrations temporelles de l'impulsion.

Selon un autre mode de réalisation particulier de l'invention, le dispositif d'amplification comprend également un système programmable de modification de phase et d'amplitude, placé entre l'étireur et le compresseur principal. Cette utilisation d'un compresseur d'ajustement associé à un autre dispositif de réglage connu permet de disposer de plus de paramètres de réglage pour corriger les aberrations temporelles de l'impulsion. 5. Liste des figures La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation préférés de l'invention, pris à titre d'exemples illustratifs et non limitatifs, et accompagnée des dessins parmi lesquels : - la figure 1, déjà décrite ci-dessus, est un schéma simplifié d'un dispositif d'amplification à dérive de fréquence d'une impulsion laser, selon l'art antérieur; - la figure 2 est un schéma simplifié d'un dispositif d'amplification à dérive de fréquence d'une impulsion laser selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est un schéma simplifié d'un dispositif d'amplification à dérive de fréquence d'une impulsion laser selon un second mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 est un schéma simplifié d'un dispositif d'amplification à dérive de fréquence d'une impulsion laser selon un troisième mode de réalisation de l'invention. 6. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 2 représente de façon schématique un dispositif d'amplification à dérive de fréquence selon un premier mode de réalisation de l'invention. Les éléments de ce dispositif d'amplification, ainsi que ceux des figures 2 et 4, qui sont identiques ou similaires à celui de l'art antérieur décrit en référence à la figure 1 portent les mêmes références numériques. Comme dans l'art antérieur, un oscillateur 1 émet une impulsion laser d'entrée 91 qui passe par un étireur 2. L'impulsion 92, étirée temporellement, sortant de l'étireur 2, passe par une chaine d'amplification comprenant plusieurs milieux amplificateurs 3, 4 et 5. Le compresseur 6 comporte, comme le compresseur de l'art antérieur, quatre réseaux de diffraction 61, 62, 63 et 64 imposant aux différentes composantes spectrales de l'impulsion différentes longueurs de trajet, entrainant un décalage temporel en fonction de leur longueur d'onde s'opposant au décalage généré par l'étireur 2.

Selon l'invention, un dispositif d'ajustement 7 permettant d'ajuster temporellement une impulsion finale 94 produite par le dispositif d'amplification est inséré dans ce dispositif d'amplification entre l'étireur 2 et le compresseur 6, au sein de la chaîne d'amplification.

Dans l'exemple représenté, le dispositif d'ajustement 7 est placé dans la chaîne d'amplification entre un premier milieu amplificateur 3 et le second milieu amplificateur 4. Cette position dans la chaîne amplificatrice permet au dispositif d'ajustement 7 de ne subir qu'un niveau d'énergie relativement faible, de l'ordre de quelques dizaines de millijoules. Par ailleurs, cette position après le premier milieu amplificateur 3 permet de limiter les pertes d'énergie survenant entre la création de l'impulsion laser dans l'oscillateur 1 et sa première amplification. Cette limitation des pertes permet de limiter l'apparition d'aberrations dans l'impulsion. Selon l'invention, le dispositif d'ajustement 7 est constitué par un compresseur, appelé par la suite compresseur d'ajustement 7, mettant en oeuvre des réseaux de diffraction, qui peut être semblable au compresseur 6, appelé par la suite compresseur principal, utilisé pour la compression finale de l'impulsion. Ainsi, selon le premier mode de réalisation de la figure 2, le compresseur d'ajustement 7 comprend quatre réseaux de diffractions 71, 72, 73 et 74 qui agissent de façon identique aux réseaux de diffraction respectivement 61, 62, 63 et 64 du compresseur principal 6. Ainsi, le réseau 71 disperse spectralement l'impulsion étirée. Le second réseau 72 renvoie parallèlement les composantes spectrales composant l'impulsion laser, qui sont ainsi étalées spatialement. Le troisième réseau 73 permet de rassembler ces différentes composantes spectrales sur un même point du quatrième réseau 74, qui renvoie toutes ces composantes spectrales dans une même direction, pour former une nouvelle impulsion laser. La différence de longueur de trajet des différentes composantes spectrales entraine un décalage temporel des composantes spectrales en fonction de leur longueur d'onde, s'opposant au décalage spectral généré par l'étireur 2. Les distances entre les réseaux de diffraction 71, 72, 73 et 74, combinées avec les caractéristiques de ces réseaux, sont cependant choisies pour que le compresseur d'ajustement 7 réalise une compression très inférieure à celle réalisée par le compresseur principal 6. Ainsi, le taux de compression de ce compresseur d'ajustement 7 est inférieur à 20% du taux de compression du compresseur principal 6, et préférentiellement de l'ordre de 10% de ce taux. Le compresseur d'ajustement 7 permet ainsi une compression faible de l'impulsion laser, permettant de réduire sa durée faiblement. La fonction de compression qui est réalisée, dans le montage de la figure 1, uniquement par le compresseur principal 6, est alors réalisée, dans le montage selon l'invention de la figure 3, conjointement par le compresseur d'ajustement 7 et par le compresseur principal 6. Le compresseur d'ajustement 7 présentant un taux de compression faible, il n'impacte pas la durée de l'impulsion étirée suffisamment significativement pour que cette impulsion présente des niveaux de puissance instantanée gênants l'amplification de l'impulsion dans les milieux amplificateurs 4 et 5. La présence du compresseur d'ajustement 7 permet de 10 faciliter considérablement l'ajustement temporel de l'impulsion compressée. En effet, le niveau de compression total de l'impulsion étant égal au produit du taux de compression du compresseur d'ajustement 7 et du compresseur principal 15 6, il est possible de régler ce taux de compression total uniquement en modifiant les caractéristiques du compresseur d'ajustement 7. Ainsi, il n'est plus nécessaire de procéder à cet ajustement par modification des positions des 20 constituants du compresseur principal 6 qui, devant supporter des niveaux d'énergie très élevés, sont de grande taille et doivent être placés dans une chambre à vide. Au contraire, le compresseur d'ajustement 7 n'étant 25 soumis qu'à une impulsion de faible niveau d'énergie, peut être constitué par des réseaux de diffraction de petite taille situés à l'air libre. Le réglage de leur orientation et de la distance les séparant peut donc être fait extrêmement facilement. 30 Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, il est également possible que le compresseur d'ajustement 7 mette en oeuvre des réseaux par transmission, à la place des réseaux de diffraction réflectifs utilisés habituellement pour le compresseur 35 principal 6. L'usage de réseaux transmissifs, rendu possible par le faible niveau d'énergie de l'impulsion traversant le dispositif d'ajustement, permet d'améliorer l'efficacité énergétique du compresseur d'ajustement. De façon avantageuse, notamment pour l'amplification des impulsions de durée initiale supérieure à 30 fs, le compresseur d'ajustement 7 peut mettre en oeuvre des réseaux ayant les mêmes caractéristiques (angle d'incidence et pas, correspondant au nombre de traits) que les réseaux constituants le compresseur principal 6. Ce mode de réalisation permet une détermination plus facile des paramètres de réglage de la durée d'impulsion finale. En effet, dans ces conditions, un déplacement des réseaux composant le compresseur d'ajustement a les mêmes effets optiques sur l'impulsion finale 94 qu'un déplacement de même distance des réseaux du compresseur principal 6. Pour les impulsions les plus courtes, au contraire, il peut être avantageux de mettre en oeuvre dans le compresseur d'ajustement 7 des réseaux de diffraction ayant des caractéristiques optiques différentes de ceux du compresseur principal 6. Il est ainsi possible d'agir sur un plus grand nombre de paramètres pour corriger les aberrations de l'impulsion laser. La figure 3 représente un autre mode de réalisation possible de l'invention, dans lequel le compresseur 25 d'ajustement 70 présente une forme repliée. Ainsi, les sous-ensembles formés, dans le compresseur d'ajustement 7 de la figure 1, d'une part par les réseaux 71 et 72 et, d'autre part, par les réseaux 73 et 74, sont repliés de façon classique dans le 30 compresseur d'ajustement 70 de la figure 3, en mettant en oeuvre un dièdre de repli 77, afin qu'un seul sous-ensemble constitué des réseaux 75 et 76 soit parcouru deux fois par l'impulsion laser. Ce mode de réalisation, qui est rendu possible par 35 les faibles niveaux d'énergie de l'impulsion parcourant le compresseur d'ajustement 70, est plus facile à mettre en oeuvre et engendre des coûts de fabrication plus réduits. La taille du compresseur d'ajustement est ainsi réduite, et son réglage facilité. En effet, le nombre de composants à déplacer pour effectuer ce réglage est moins élevé. Les caractéristiques optiques de ce compresseur d'ajustement 70 sont identiques à celles du compresseur d'ajustement 7. Les jeux de miroirs permettant de renvoyer l'impulsion sortant du compresseur d'ajustement 70 vers les milieux d'amplification 4 et 5 ne sont pas représentés sur la figure 3. La figure 4 représente de façon schématique un mode de réalisation particulier de l'invention dans lequel le compresseur principal 8 comprend un milieu amplificateur 85. Ce mode de réalisation particulier du compresseur principal 8 ne modifie pas le mode d'action du compresseur d'ajustement 7 ni les avantages qu'il procure. D'autres variantes de l'invention peuvent sans difficulté être mises en oeuvre par l'homme du métier.

Il peut notamment être avantageux, pour rendre plus facile et plus efficace l'ajustement temporel de l'impulsion et l'atténuation des aberrations temporelles, d'utiliser conjointement un compresseur d'ajustement selon l'invention et un autre dispositif d'ajustement connu, comme par exemple un système programmable de modification de phase et d'amplitude de l'impulsion. Ces deux systèmes peuvent alors être placés l'un derrière l'autre dans la chaîne d'amplification, leurs effets se combinant avantageusement.

Il est également possible de placer le compresseur d'ajustement avant le premier milieu amplificateur de la chaine d'amplification de l'impulsion laser, juste après l'étireur. Un tel mode de réalisation présenterait cependant l'inconvénient de réduire fortement l'énergie de l'impulsion avant sa première amplification, ce qui peut générer des aberrations dans l'impulsion.

Il est encore possible de placer le compresseur d'ajustement à toute autre position de la chaine d'amplification. L'intérêt de tels modes de réalisation est cependant faible, la mise en oeuvre du compresseur d'ajustement devenant difficile pour les faisceaux de trop forte énergie, ayant une largeur supérieure à environ 2 cm, ce qui correspond à environ 200 millijoules. Le compresseur d'ajustement est donc préférentiellement placé à une position de la chaine d'amplification où l'énergie de l'impulsion est inférieure à 300 millijoules, et de préférence inférieure à 200 millijoules. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, plusieurs compresseurs d'ajustement peuvent être prévus dans la chaine d'amplification. Ce mode de réalisation peut notamment permettre, en utilisant des réseaux de diffraction ayant des caractéristiques différentes dans les différents réseaux, de disposer d'un plus grand nombre de paramètres de réglage de l'impulsion de sortie du dispositif d'amplification à dérive de fréquence. Il pourrait également être possible, selon un mode de réalisation particulier, de mettre en oeuvre un compresseur d'ajustement comprenant un seul réseau de diffraction, un jeu de miroir permettant que l'impulsion laser subisse quatre diffractions sur ce réseau. Un tel compresseur d'ajustement serait, optiquement, semblable aux compresseurs d'ajustement représentés sur les figures 2 à 4.30

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif d'amplification à dérive de fréquence pour un laser impulsionnel, comprenant successivement : - un étireur (2) apte à étirer temporellement une impulsion laser incidente (91) ; - au moins un milieu amplificateur (3, 4, 5) apte à amplifier l'impulsion laser (92) ; - un compresseur principal (6, 8) apte à compresser temporellement l'impulsion laser jusqu'à la durée souhaitée pour l'impulsion de sortie (94) du dispositif d'amplification ; caractérisé en ce qu'il comprend au moins un compresseur d'ajustement (7, 70), placé entre l'étireur (2) et le compresseur principal (6, 8), dans lequel l'impulsion laser subit quatre diffractions sur des réseaux de diffraction (71-76), de façon à compresser temporellement l'impulsion laser étirée jusqu'à une durée supérieure à la durée souhaitée pour l'impulsion de sortie (94) du dispositif d'amplification.
2. Dispositif d'amplification selon la revendication 1, caractérisé en ce que le taux de compression du compresseur d'ajustement (7, 70) est inférieur à 20% du taux de compression du compresseur principal (6, 8 ) .
3. Dispositif d'amplification selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le compresseur d'ajustement (7, 70) est placé à une position où l'énergie de l'impulsion laser est inférieure à 300 millijoules.
4. Dispositif d'amplification selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le compresseur d'ajustement (7, 70) est placé après le premier milieu d'amplification (3) dans une chaine d'amplification formée par au moins deux milieux d'amplification (3, 4,
5).5. Dispositif d'amplification selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le compresseur d'ajustement (7) comprend quatre réseaux de diffraction (71, 72, 73, 74) sur lesquels l'impulsion laser est diffractée successivement.
6. Dispositif d'amplification selon l'une quelconque des revendications 1 et 4, caractérisé en ce que le compresseur d'ajustement (70) comprend deux réseaux de diffraction (75, 76) et un dièdre de repli (77) imposant à l'impulsion laser deux diffractions sur chacun des réseaux de diffraction (75, 76).
7. Dispositif d'amplification selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le compresseur d'ajustement (7, 70) est placé à l'air libre, et le compresseur principal (6,
8) est placé dans une chambre à vide. 8. Dispositif d'amplification selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le compresseur d'ajustement (7, 70) comprend des réseaux de diffraction transmissifs.
9. Dispositif d'amplification selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le compresseur d'ajustement (7, 70) comprend des réseaux de diffraction (71-76) réflectifs.
10. Dispositif d'amplification selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le compresseur d'ajustement (7, 70) comprend des réseaux de diffraction (71-76) présentant un pas et un angle d'incidence identique aux réseaux de diffraction (61-64, 81-84) mis en oeuvre dans le compresseur principal (6, 8).
11. Dispositif d'amplification selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le compresseur d'ajustement (7, 70) comprend des réseaux de diffraction (71-76) présentant un pas et/ou un angle d'incidence différents des réseaux de diffraction(61-64, 81-84) mis en oeuvre dans le compresseur principal (6, 8 )
12. Dispositif d'amplification selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux compresseurs d'ajustement, les réseaux de diffraction mis en oeuvre dans les différents compresseurs d'ajustement présentant un pas et/ou un angle d'incidence différent.
13. Dispositif d'amplification selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend également un système programmable de modification de phase et d'amplitude, placé entre l'étireur (2) et le compresseur principal (6, 8).