Modifier la fréquence d'impulsion du laser ultracourt super puissant

Modifier la fréquence des pulsations delaser ultracourt super puissant

Les lasers ultracourts super-rapides désignent généralement des impulsions laser d'une durée de quelques dizaines à quelques centaines de femtosecondes, d'une puissance de crête de l'ordre du térawatt ou du pétawatt, et dont l'intensité lumineuse focalisée dépasse 10¹⁸ W/cm². Ces lasers, ainsi que les sources de rayonnement et de particules de haute énergie qu'ils génèrent, présentent un large éventail d'applications dans de nombreux domaines de la recherche fondamentale, tels que la physique des hautes énergies, la physique des particules, la physique des plasmas, la physique nucléaire et l'astrophysique. Les résultats de ces recherches peuvent ensuite être mis au service des industries de pointe, de la santé, de l'environnement, de l'énergie et de la sécurité nationale. Depuis l'invention de la technologie d'amplification d'impulsions chirpées en 1985, le premier laser de puissance supérieure à 10¹⁸ W/cm² a vu le jour.laserDepuis 1996 et la réalisation du premier laser mondial de 10 watts-battements en 2017, l'objectif principal des lasers ultracourts était d'obtenir une lumière d'une intensité maximale. Ces dernières années, des études ont montré que, tout en maintenant des impulsions laser ultracourtes, le contrôle de leur vitesse de transmission permettrait, dans certaines applications physiques, de doubler les performances avec deux fois moins d'efforts, ce qui devrait réduire la taille des dispositifs ultracourts.dispositifs lasermais améliorer son effet dans les expériences de physique laser à champ élevé.

Distorsion du front d'impulsion d'un laser ultracourt ultra-puissant
Afin d'obtenir la puissance de crête avec une énergie limitée, la largeur d'impulsion est réduite à 20-30 femtosecondes par élargissement de la bande passante du gain. L'énergie d'impulsion du laser ultracourt de 10 watts-becs actuel est d'environ 300 joules, et le faible seuil d'endommagement du réseau de compression permet généralement d'obtenir une ouverture de faisceau supérieure à 300 mm. Le faisceau pulsé, avec une largeur d'impulsion de 20-30 femtosecondes et une ouverture de 300 mm, est sujet à la distorsion de couplage spatio-temporel, notamment au niveau du front d'impulsion. La figure 1 (a) illustre la séparation spatio-temporelle entre le front d'impulsion et le front de phase due à la dispersion du faisceau ; le premier présente une inclinaison spatio-temporelle par rapport au second. L'autre correspond à la courbure spatio-temporelle plus complexe induite par le système de lentilles. La figure 1 (b) montre les effets d'un front d'impulsion idéal, d'un front d'impulsion incliné et d'un front d'impulsion courbé sur la distorsion spatio-temporelle du champ lumineux sur la cible. En conséquence, l'intensité lumineuse focalisée est fortement réduite, ce qui n'est pas propice à l'application en champ intense du laser ultra-court.

Figure 1 (a) : inclinaison du front d’impulsion due au prisme et au réseau ; (b) : effet de la distorsion du front d’impulsion sur le champ lumineux spatio-temporel de la cible.

Contrôle de la vitesse d'impulsion des ultra-fortslaser ultracourt
Actuellement, les faisceaux de Bessel, produits par superposition conique d'ondes planes, présentent un intérêt applicatif en physique des lasers de haute intensité. Si un faisceau pulsé à superposition conique possède une distribution de front d'impulsion axisymétrique, l'intensité au centre géométrique du paquet d'ondes X généré (voir figure 2) peut être supralumineuse constante, sous-lumineuse constante, supralumineuse accélérée ou sous-lumineuse décélérée. L'association d'un miroir déformable et d'un modulateur spatial de lumière à phase permet même de produire une forme spatio-temporelle arbitraire du front d'impulsion, et par conséquent une vitesse de transmission contrôlable. Cet effet physique et sa technique de modulation permettent de transformer la « distorsion » du front d'impulsion en « contrôle » de celui-ci, et ainsi de moduler la vitesse de transmission d'un laser ultracourt de très haute intensité.

FIG. 2 Les impulsions lumineuses générées par superposition, (a) à vitesse supralumineuse constante, (b) à vitesse sublumineuse constante, (c) à vitesse supralumineuse accélérée et (d) à vitesse sublumineuse décélérée, sont situées au centre géométrique de la région de superposition.

Bien que la découverte de la distorsion du front d'impulsion soit antérieure à celle des lasers superultracourts, elle a suscité un vif intérêt parallèlement au développement de ces derniers. Longtemps, cette distorsion a constitué un obstacle à la réalisation de l'objectif principal des lasers superultracourts : une intensité lumineuse focalisée ultra-élevée. Les chercheurs se sont donc efforcés de la supprimer, voire de l'éliminer, sous toutes ses formes. Aujourd'hui, grâce au « contrôle du front d'impulsion », la régulation de la vitesse de transmission des lasers superultracourts est devenue possible, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour leurs applications en physique des lasers de haute intensité.