Développement d'un système laser haute cadence de durée sub-15fs stabilisé en CEP optimisé pour la génération d'impulsion attoseconde intense

par Anna Golinelli

Projet de thèse en Lasers, molécules, rayonnement atmosphérique

Sous la direction de David  Garzella et de Jean-François Hergott.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Ondes et Matière , en partenariat avec Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (laboratoire) , SLIC (equipe de recherche) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 27-07-2015 .


  • Résumé

    Le groupe SLIC (Saclay Laser Interaction Center) est en charge de l'exploitation et du maintien en conditions opérationnelles des systèmes laser Ti :S femtoseconde (1fs=10-15s) du CEA/IRAMIS. En plus de cette activité de serveur, et du lien étroit avec les équipes utilisatrices, le groupe SLIC a développé depuis 2009 le laboratoire commun Impulse avec la société Amplitude Technologies pour la R&D. Les objectifs principaux étant la réduction de la durée d'impulsion et le contrôle de l'allure temporelle au niveau d'une fraction de cycle optique (stabilisation de la porteuse au sein de l'enveloppe temporelle de l'impulsion). L'axe de recherche qui nous intéresse plus particulièrement porte sur la génération d'impulsions attoseconde unique (1as=10-18s) par génération d'harmonique d'ordre élevé. Pour une production efficace d'impulsion attoseconde intense et unique, il est impératif de partir d'un laser de génération aux caractéristiques bien spécifiques : durée ultra courte inférieure à 10fs, à CEP stabilisé, énergétique (multi mJ) et haute cadence afin de réduire les temps d'acquisition des expériences. L'association de ces deux dernières caractéristiques impliquent divers problèmes de gestion de la puissance moyenne au sein des milieux amplificateurs. Par ailleurs, la production d'impulsion sub-10fs se faisant par post-compression de l'impulsion en sortie du laser, celle-ci sera d'autant plus efficace que l'impulsion est courte au départ ; donc a spectre large. Dans ce contexte, le sujet de thèse proposé concerne le développement et l'intégration d'un système laser composé d'amplificateurs d'architecture spécifique, produisant des impulsions de durée sub-20fs et stabilisées en CEP. Le travail du candidat consistera à participer au développement de ce système laser et à l'optimisation de la stabilisation de la CEP. Une piste supplémentaire sera explorée consistant à stabiliser in-situ la CEP par rétroaction, à partir d'un signal expérimental de génération d'harmoniques d'ordre élevé. Ceci permet d'inclure l'expérience dans la boucle de stabilisation et donc d'en optimiser les performances. Ce travail sera effectué en association avec le groupe Attophysique du LIDyL. Il sera principalement d'ordre expérimental mais il pourra être accompagné d'une activité de simulation numérique sur les aspects de gestion de la thermique dans les milieux amplificateurs ou encore sur la stabilisation de la CEP. La thèse est une co-tutelle Amplitude Technologies/CEA dont le financement est d'ores et déjà obtenu par Amplitude Technologies dans le cadre du réseau européen H2020-MSCA-ITN-2014 MEDEA.

  • Titre traduit

    Development of high rep rate, sub-15fs, CEP stabilized laser optimized for intense attosecond pulse generation


  • Résumé

    The SLIC group (Saclay Laser Interaction Center) exploits and keeps the operation of the CEA/IRAMIS TI:S femtosecond (1fs= 10-15s) lasers facilities, and a tight synergy with the users. Moreover, since 2009 the SLIC team has developed a common laboratory with the society Amplitude Technologies in order to perform R&D “at the edge” investigations . Primary goals are the pulse duration reduction through post-compression and the fine control of the temporal shape of the pulse at a level lower than optical cycle (Carrier-Envelope Phase stabilization). Principal R&D studies are here carried out on the possibility to produce unique intense attoseconde pulses (1as=10-18s) with High Order Harmonics Generation in gases. To do this, one has to start with a laser with specific characteristics: ultrashort pulse duration, lower than 10 fs, CEP stabilized, high energy (multi mJ level) and high repetition rate pulses, to lower the acquisition times. Merging these two latter features calls for specific solutions aiming at controlling the mean thermal load in the amplifying medium. By the way, the ultrashort pulse duration being obtained by means of a post-compression stage at the laser output, the shorter the initial laser pulse duration (thus, a very large spectral distribution), the more effective will be the latter one. In this framework, the proposed thesis subject deals with the development and the integration of a laser systems composed of specific design amplifiers, allowing to produce sub 20fs , CEP stabilized pulses. The PhD candidate will contribute to the development of such laser system and to the optimization of the CEP stabilization. He will explore the possibility of stabilizing the CEP through a feedback system, by using an experimental signal coming from the High Order Harmonics generated in gas. This feature would allow to include the application experiment in the feedback loop, thus improving performances. This work will be carried out in close interaction with the Attophysics group in LIDyL. It will be mainly experimental, even if it will eventually be supported by numerical simulations aiming on side at understanding and controlling the thermal load in the laser amplifying media, and simulating CEP stabilization. This thesis associates Amplitude Technologies and CEA with financial support obtained by Amplitude Technologies within the european network H2020-MSCA-ITN-2014 MEDEA.