Réduire la durée des impulsions optiques

Des scientifiques financés par l'UE ont mis au point une nouvelle impulsion femtoseconde à faible nombre de cycles dans l'infrarouge proche et moyen. Elle sera utile en spectroscopie, pour le laser et d'autres techniques d'optique non-linéaire.

La plupart des lasers femtoseconde fonctionnent dans les infrarouges proches. En effet, la bande étroite de gain des lasers actuels ne permet pas de fournir directement des impulsions femtosecondes dans l'infrarouge moyen. La méthode classique consiste à utiliser des amplificateurs à paramètres optiques pour émettre dans le proche infrarouge. Cependant, pour produire des impulsions à faible nombre de cycles, il faut s'affranchir des limitations dans la bande passante de la conversion de fréquences.

Le projet COPULCO ("Cascaded optical pulse compressor") financé par l'UE a démontré qu'il était possible de générer de telles impulsions, puissantes, dans l'infrarouge moyen, via rayonnement Cherenkov avec un traitement optique non linéaire. Le projet a généré des impulsions à faible nombre de cycles (moins de 20 femtosecondes) en les comprimant via un compresseur de soliton quadratique en cascade.

Le rayonnement résulte de la perturbation de la propagation du soliton par une diffusion d'ordre élevé, et il est simplement considéré comme une adaptation de phase sur bande étroite avec le soliton. Cette nouvelle condition d'adaptation de phase du soliton est très importante pour améliorer considérablement la conversion de fréquence via rayonnement Cherenkov optique. Le projet a aussi étudié les conditions nécessaires d'onde de dispersion, accompagnée par la compression de l'impulsion à petit nombre de cycles. Ceci a permis un rendement très élevé de la conversion du rayonnement vers l'infrarouge moyen.

Les scientifiques ont réduit la durée des impulsions à l'aide de cristaux à quasi-adaptation de phase, modulés en fréquence. Ils ont utilisé un cristal non linéaire à plusieurs sections pour créer des non-linéarités quadratiques en cascade, générant ainsi des impulsions de haute qualité.

Ils ont consacré une partie de leurs travaux à comprendre et modéliser avec exactitude les interactions ultra rapides dans le support non linéaire quadratique en cascade. Pour étudier la compression de soliton en vue de la durée voulue, l'équipe a utilisé une nouvelle équation d'onde non linéaire dans le domaine des fréquences.

Le projet COPULCO a aussi étudié la nature anisotrope de la réponse de Kerr non linéaire dans certains cristaux non linéaires, à cause du coefficient non linéaire quadratique du cristal. Le point clé était de déterminer les composantes du tenseur cubique affectant les interactions de la génération des deuxièmes harmoniques en cascade. Les chercheurs ont constaté que la composante du tenseur non linéaire de Kerr, responsable de la modulation de phase propre dans les cascades, était bien plus grande que celle utilisée jusqu'alors. Ils ont aussi évalué l'impact de l'utilisation d'une telle réponse cubique anisotrope dans les expériences de cascade ultra rapide.

Les résultats du projet devraient consolider la position de l'Europe dans les processus femtoseconde ultra rapides.