Ultrafast lasers in the femtosecond regime : generation, amplification and measurement

par Oliveira Machado Andrade

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Frédérika Augé-Rochereau.

Soutenue en 2013

à Palaiseau, Ecole polytechnique .

  • Titre traduit

    Laser ultra-courts dans le régime femtoseconde : génération, amplification et mesure


  • Résumé

    Il est intuitif qu’avec de nouveaux outils, il devient possible d’explorer de nouveaux domaines de la physique. Les champs électromagnétiques ultra-rapides sont l’un de ces outils, ils permettent de sonder la matière à de nouvelles échelles de temps, à la fois pour développer de nouvelles applications et pour la recherche fondamentale. Néanmoins, ces champs constituent en eux-mêmes un phénomène méritant d’être analysé et étudié. Le travail présenté ici est divisé en deux parties, dont la première s’occupe de la génération et amplification de lasers ultracourtes. L’amplification paramétrique optique est discutée dans les différentes configurations, notamment dans le cas où le signal a une dérivé angulaire spectrale. On discute aussi deux oscillateurs à blocage de mode en phase. Ont présente aussi une nouvelle manière d’étudier son comportement en fonction des dimensions de la sous-cavité. La mesure de ces phénomènes représente également un défi en raison de l’échelle temporelle extrêmement réduite à laquelle ces phénomènes se produisent, échelle bien trop petite pour des méthodes de mesure traditionnelles. Dans ce manuscrit, nous avons abordé deux techniques de mesure bien connues: l’autocorrélation interférométrique (IAC) du second ordre et la corrélation croisée du 3ème ordre (TOCC). Avec l’IAC et une mesure de la puissance spectrale du champ, il est possible de reconstruire intégralement le champ électrique tandis que le TOCC associé à l’autocorrélation en intensité détermine le profil en intensité de manière unique, et ont présente des algorithmes que font la reconstruction avec un haut contraste. Nous avons par ailleurs étudié la réalisation d’une nouvelle configuration de corrélateur croisé monocoup.


  • Résumé

    It is intuitive that with new tools to analyze nature, new domains can be explored. Ultrafast electromagnetic fields are one of those tools, as they allow the probing of matter on new time scales, both for new applications and for basic research. However they are on their own right an important phenomenon that deserves to be analyzed, studied and probed. This work is divided in two parts one that deals with the generation and amplification of ultrashort pulses the second with the diagnostics of these lasers. We present a home-built tunable, narrow spectrum CPA amplification chain. We study the features of optical parametric amplification in several configurations. We made simulations regarding the amplification of a seed pulse that is angularly chirped, we also make some analytical calculations based on the same principle. Two mode-locked oscillators are presented one is a sub-12 fs laser oscillator used to produce the seed of the amplification chain, the second is a sub-6 fs laser oscillator. We describe the first laser oscillator in great detail. We devise and discuss models that can explain the parameters of the sub-cavity and the ability of these lasers to enter into mode-locking (ML), we compare the simulation results precise experimental measures made on the sub-6 fs oscillator. The measurement of ultrafast phenomena is also very challenging because their time scale is too short for common electronic devices. We have examined known measurements, such as third order cross correlations (TOCC) and interferometric second order autocorrelations (IAC) and obtained new analysis methods and new facts that broaden their usefulness. In particular, we have fully reconstructed the spectral phase of a pulse using an IAC trace and its power spectrum. We also prove that the existence of a TOCC plus an intensity autocorrelation is sufficient to retrieve the intensity profile of a pulse we present initial results on reconstruction algorithms, that might be able to do this with a high temporal contrast. We end this thesis with a study on simulation and implementation of a new configuration for single shot correlation measurements.

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  • Détails : 1 vol. (296 p.)
  • Annexes : Bibliographie : 223 réf.

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