Prix du Jury pour la thèse de Loïc Lavenu

Amélioration de la durée d’impulsion des sources laser à fibre dopée Yb de haute énergie

Le vendredi 6 décembre dernier, Loïc Lavenu, ancien thésard d’Amplitude, a été déclaré lauréat du prix de thèse 2019 du Département Physique des Ondes et de la Matière (PhOM*) de l’Université Paris-Saclay avec deux autres doctorants, dans la spécialité « Lumière Extrême ».  L’université récompense ainsi ces trois années de travaux effectués en collaboration avec le groupe Laser du Laboratoire Charles Fabry, et portant sur l’amélioration de la durée d’impulsion des lasers Ytterbiums, avec un sujet intitulé : « Sources laser à fibre dopée Yb de haute énergie délivrant des impulsions de quelques cycles optiques. »

 

 

 

 

Particularités du Ti :Sa et de l’Ytterbium pour les domaines industriels et scientifiques

Les lasers femtosecondes à fibre dopée à l’ytterbium sont aujourd’hui largement utilisés dans le domaine industriel puisqu’ils permettent de générer des impulsions énergétiques à très haute cadence, et donc de forte puissance moyenne. Cela permet, notamment, d’accélérer les processus de fabrication et d’obtenir une meilleure productivité. Dans le milieu scientifique cependant, la durée d’impulsion de ces lasers (de 300fs à 1ps) est un point limitant pour de nombreuses applications. De ce fait, les lasers à cristaux dopés Ti-Sa qui génèrent des impulsions de moins de 30fs sont privilégiés.

 

Comment atteindre un taux de répétition de 6.8 fs

Le travail de Loïc Lavenu a tout d’abord permis de réduire fortement les durées d’impulsion en sortie d’amplificateur à fibre dopée ytterbium. Pour atteindre cela, l’architecture laser fut d’abord optimisée afin de limiter l’impact du rétrécissement spectral par le gain. Cette technique permet actuellement de générer des impulsions de 130 fs.

Ensuite et dans le but d’obtenir des durées encore plus courtes, une seconde technique de réduction de la durée des impulsions a ensuite été développée en aval du laser. Elle consiste à faire interagir de manière fortement non-linéaire les impulsions lasers avec un gaz. Pour cela, cette interaction est généralement réalisée dans un capillaire creux rempli de gaz. L’utilisation de cette méthode a ainsi permis de générer des durées d’impulsions de 15 fs. Cette solution reste cependant limitée par son encombrement et sa transmission. Pour surpasser ces limites, une autre méthode a été spécifiquement développée, et a permis de dupliquer ce principe dans une cellule multi-passage et ainsi de préserver les paramètres incidents du laser (énergie et puissance).

Pour générer des durées d’impulsions de quelques cycles optiques, Loïc Lavenu et l’équipe de Palaiseau ont également proposé de combiner les deux architectures (capillaire et cellule multi-passage) étudiées en utilisant les avantages de chacune. Ils ont ainsi réussi à générer des impulsions de 2 cycles optiques (6.8 fs), parmi les plus courtes qu’ils soient possibles de faire avec des lasers Ytterbium.

 

Une performance technique et un nouvel outil pour la science

Cette architecture globale permet la création, pour la science, de sources d’impulsions ultracourtes compactes et efficaces répondant aux standards industriels. Loïc Lavenu et l’équipe Yb :HR ont ainsi pu développer l’option ShortPulse du Tangerine, et mettre au point le nouveau module Compress. Ils ont ainsi rendu encore plus attractif l’accès pour les scientifiques à la technologie Ytterbium. Nous remercions encore Loïc pour son travail, le félicitons pour sa récompense bien méritée, et nous lui souhaitons une belle carrière !

 

*Le Département PhOM regroupe 33 laboratoires et quelques 700 chercheurs et chercheurs enseignants en physique, dont le LCF. Il a pour mission de coordonner et d’implémenter la stratégie de recherche de cet ensemble, de développer la collaboration entre unités, et de stimuler l’attractivité et la visibilité internationale de la physique sur le périmètre de l’Université Paris-Saclay.