La mise au point des lasers à amplification par compression d'impulsions

La mise au point des lasers à amplification par compression d'impulsions (chirped pulse amplification ou CPA) a permis d'amplifier des impulsions inférieures à la picoseconde, et donc d'atteindre une énergie plus élevée. De ce fait, les laboratoires en université peuvent reprendre l'étude du domaine des hautes intensités. L'intensité en crête des impulsions générées par des systèmes laser très compacts dépasse de plus de trois ordres de grandeur celle des lasers conventionnels. Focalisées sur des cibles gazeuses ou solides, ces sources ont ouvert de nouvelles possibilités en matière de génération de faisceaux d'électrons et de protons, ainsi que pour l'amplification de faisceaux de rayons X.

Afin de réduire la lumière de fond, qui limite les performances des lasers CPA, les partenaires du projet SHARP ont utilisé un filtre non linéaire. En effet, le niveau de l'émission spontanée amplifiée (ESA) de fond dépasse souvent le seuil d'ionisation de la plupart des matériaux. Ceci a pour effet de modifier la cible solide, avant même l'arrivée de l'impulsion principale, dont l'interaction se déroule alors dans des conditions expérimentales. Le principe du filtre non linéaire est d'introduire un déphasage entre l'impulsion femtoseconde intense et son piédestal nanoseconde ESA, moins intense.

Les chercheurs du Laboratoire d'Optique Appliquée, en France, ont utilisé un interféromètre de Sagnac pour séparer les deux impulsions. Dans leur expérience, une chaîne laser à base de cristaux de saphir dopé au titane (Ti:Sa) a produit le train principal de 20 impulsions femtoseconde, qui a permis d'optimiser la configuration pour atténuer suffisamment l'ESA. La nouvelle technique s'est révélée efficace, réduisant l'ESA au niveau du bruit de fond, avant et après l'impulsion, et augmentant le contraste de quatre ordres de grandeur.

La modélisation numérique du filtrage a facilité la compréhension des résultats expérimentaux, et plus spécialement des modifications spatiales et temporelles induites par le processus de filtrage. Elle sera utilisée pour simuler les améliorations futures du filtre non linéaire initial, basé sur un interféromètre de Sagnac.