1 / 38

J. Boullet 1 , Y. Zaouter 1,2 , E. Mottay 2 , S. Petit 1 et E. Cormier 1

Amplificateurs fibrés à dérive de fréquence dans le régime linéaire et non-linéaire : application à la haute puissance. J. Boullet 1 , Y. Zaouter 1,2 , E. Mottay 2 , S. Petit 1 et E. Cormier 1 1 CELIA, Université Bordeaux 1, France 2 Amplitude Systèmes, Pessac, France. Plan. Motivations

love
Download Presentation

J. Boullet 1 , Y. Zaouter 1,2 , E. Mottay 2 , S. Petit 1 et E. Cormier 1

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Amplificateurs fibrés à dérive de fréquence dans le régime linéaire et non-linéaire : application à la haute puissance J. Boullet1, Y. Zaouter1,2, E. Mottay2, S. Petit1 et E. Cormier1 1 CELIA, Université Bordeaux 1, France 2Amplitude Systèmes, Pessac, France E. Cormier JNOG 2008

  2. Plan • Motivations • Solutions technologiques • Système FCPA très forte énergie • FCPA Classique • FCPA non-linéaire • Conclusions E. Cormier JNOG 2008

  3. INITIAL GOAL Applications des lasers à fibres femtoseconde: Procédés lasers et micro-usinage  10 à 100 µJ, 100 kHz à 1 MHz, grande qualité de faisceau Physique attoseconde: mesure d’évènement rares: Génération d’impulsions XUV à très haute cadence  I = 1014 W/cm2, 100 kHz à 1 MHz, t < 300 fs Amplification paramétrique optique (OPA, OPCPA, …)  100 kHz, 10-100 MW, qualité du faisceau et du front d’onde E. Cormier JNOG 2008

  4. hn g e- INITIAL GOAL Applications des lasers à fibres femtoseconde: Production de rayonnement g ou X par diffusion Compton  180 MHz, 100 W, 4 ps Experiment Theory Champ fort en physique atomique et moléculaire  I = 1014 W/cm2, 100 kHz à 1 MHz, t < 100 fs E. Cormier JNOG 2008

  5. INITIAL GOAL Performances requises: Pulse quality: TEM00 Pulse duration: <300 fs Pulse energy: 1-1000 µJ Repetition rate 100 kHz - 1 MHz Average power up to 100 W Vers des sources lasers femtoseconde de 100 W moyen  Amplificateurs à fibres dopées et à dérive de fréquence E. Cormier JNOG 2008

  6. INITIAL GOAL Contraintes et solutions: Beaucoup d’énergie Impulsions courtes Propagation dans une fibre monomode  Effets non linéaires majeurs (SPM, SRS, Autofoc, …) Réduction des effets non-linéaires Dans le temps: Technique CPA Dans l‘espace: Fibres à large coeur E. Cormier JNOG 2008

  7. Fibres microstructurées Rod type Ø = 300 µm Ø = 40 µm • ON gaine = 0.7 • 22 db/m • 0.5 à 1.5 m Fused silica Ø= 1.2 mm E. Cormier JNOG 2008

  8. Amplification à dérive de fréquence: D. Strickland and G. Mourou, “Compression of amplified optical pulses,” Opt. Comm. 56, 3, 219 (1985). E. Cormier JNOG 2008

  9. FCPA Yb haute énergie Jena Imra Celia Southampton Cornell E. Cormier JNOG 2008

  10. FCPA Yb haute énergie Jena Imra Celia Southampton Cornell P = 50 W @ 50 kHz E ~ 1 mJ p ~ 800 fs E. Cormier JNOG 2008

  11. FCPA Yb haute énergie Jena Imra Celia Southampton Cornell P = 1 W @ 150 kHz E ~ 6 mJ p ~ 240 fs E. Cormier JNOG 2008

  12. FCPA Yb haute énergie Jena Imra Celia Southampton Cornell P = 30 W @ 300 kHz E ~ 100 mJ p ~ 270 fs E. Cormier JNOG 2008

  13. FCPA Yb haute énergie Jena Imra Celia Southampton Cornell P = 12 W @ 100 kHz E ~ 125 mJ p ~ 280 fs E. Cormier JNOG 2008

  14. Différents régimes de CPA Régime non-linéaire Régime linéaire Intégrale B 0 Systèmes FCPA classiques FCPA faiblement non-linéaires FCPA non-linéaires Dt = 300 - 1000 fs E ~ 100 – 1000 µJ Ppower ~ 300-1000 MW Large setup B = 0-2p Dt ~ 250 fs E ~ 100 µJ Ppower ~ 30-400 MW Compact setup B = 2p-6p Dt = 250 fs E ~ 10 µJ Ppower ~ Compact setup B = 6p-20p E. Cormier JNOG 2008

  15. Propagation dans les fibres dopées • NLSE : • Champ : Non-linearité Dispersion Gain [m]-1 Gestion du deuxième et troisième ordre de dispersion E. Cormier JNOG 2008

  16. Gestion de la phase spectrale CPA en régime linéaire Source femto Amplificateurs Compresseur Etireur j2 > 0j3 < 0 j2 = 0j3 = 0 j2 = - j2ej3 = - j3e 00 j2 = 0j3 = 0 = + + + CPA en régime non-linéaire Source femto Amplificateurs Compresseur Etireur j2 > 0j3 < 0 j2 ≠ 0j3 ≠ 0 j2 < 0j3 > 0 00 j2 = 0j3 = 0 = + + + E. Cormier JNOG 2008

  17. Dispositif expérimental du CPA classique Étireur de Offner Source large bande Oscillator AOM Compresseur Ampli #1 Ampli #2 OI OI E. Cormier JNOG 2008

  18. Dispositif expérimental OI OI Stretcher Oscillateur AOM Compressor Amplifier #1 • Oscillateur: • Yb:KYW • 170 nJ @ 10 MHz • l = 1030 nm • Dt = 390 fs • Dl = 2.5 nm Amplifier #2 E. Cormier JNOG 2008

  19. Dispositif expérimental OI OI Stretcher Oscillator AOM Compressor • Elargissement spectral par SPM: • 5 cm • LMA 40 µm • passive Amplifier #1 Amplifier #2 P = 800 mW E = 80 nJ Dl = 9 nm Dt = 390 fs (potentiellement 170 fs)  Nouvelle source E. Cormier JNOG 2008

  20. Dispositif expérimental Oscillator AOM • Etireur de Offner : • transmission gratings • 85 % efficiency par passage • Overall efficiency ~30% • Pulse picking: • AOM 10MHz 100 kHz ~ 1MHz OI OI P = 4 – 30 mW E = 30 nJ Dl = 9 nm Dt = 600 ps  Compressor Amplifier #1 Amplifier #2 E. Cormier JNOG 2008

  21. Dispositif expérimental Oscillator AOM OI OI Gain ~ 30dB  Dl = 7 nmDt ~ 600 ps • Préamplificateur à fibres microstructurées: • doped core f = 40 µm • pump clad f = 170 µm • Length = 1.2 m • Diode pumping : • up to 25 W Compressor Amplifier #2 E. Cormier JNOG 2008

  22. Dispositif expérimental Oscillator 80 µm AOM OI OI • Microstructured fiber power amplifier: • doped core f = 80 µm • pump clad f = 200 µm • Length = 1.2 m • Diode pumping : • up to 100 W 200 µm Compressor Gain = 30 - 100  Dl = 5.5 nmDt = 470 ps 120 cm E. Cormier JNOG 2008

  23. Dispositif expérimental Oscillator AOM OI OI • Bulk grating stretcher : • transmission gratings • 50 % efficiency  Dl = 5.5 nmDt = 270 fs E. Cormier JNOG 2008

  24. Caractéristique optique-optique  Très bonne efficacité d’extraction E. Cormier JNOG 2008

  25. Caractéristique spatialles E. Cormier JNOG 2008

  26. Caractéristique temporelle Trace FROG Cadence = 100 kHz 25 W avant compression 12,5 W après compression 125 µJ recomprimé FWHM < 280fs  Puissance crête : 450 MW E. Cormier JNOG 2008

  27. Dispositif expérimental du CPA non-linéaire Dt = 360 fs l0= 1028 nm Dl = 3.7 nm E = 30 nJ frep = 44 MHz E. Cormier JNOG 2008

  28. Dispositif expérimental du CPA non-linéaire Pulse picker Fiber Stretcher Pre- amplifier Dt = 360 fs l0= 1028 nm Dl = 3.7 nm E = 30 nJ frep = 44 MHz E. Cormier JNOG 2008

  29. Dispositif expérimental du CPA non-linéaire Pulse picker Fiber stretcher Pre-amplifier PCF fcoeur= 40µm L = 25 m PM LMA fcore = 25 µm L = 1.2 m PCF 40 / 200 PM E. Cormier JNOG 2008

  30. Dispositif expérimental du CPA non-linéaire Pulse picker Fiber stretcher Pre-amplifier PCF fcoeur= 40µm L = 25 m PM LMA fcore = 25 µm L = 1.2 m PCF 40 / 200 PM Dt = 7 ps l0= 1030 nm Dl = 9.5 nm E = 2.7 µJ frep = 300 kHz E. Cormier JNOG 2008

  31. Dispositif expérimental du CPA non-linéaire Pulse picker Fiber stretcher Pre-amplifier PCF fcoeur= 40µm Grating Compressor Isolator Power Amplifier Grating stretcher E. Cormier JNOG 2008

  32. Dispositif expérimental du CPA non-linéaire Pulse picker Fiber stretcher Pre-amplifier PCF fcoeur= 40µm Isolator Power Amplifier Grating Compressor Grating stretcher Dt = 250 ps Transmission gratings 1740 l/mm TOD/GVD = - 15 fs E. Cormier JNOG 2008

  33. Dispositif expérimental du CPA non-linéaire Pulse picker Fiber stretcher Pre-amplifier PCF fcoeur= 40µm Isolator Power Amplifier PCF fcoeur= 80µm Grating Compressor Grating stretcher E. Cormier JNOG 2008

  34. Réglage du CPA non-linéaire Pulse picker Fiber stretcher Pre-amplifier Isolator Power Amplifier Grating Compressor Grating stretcher Procédure de réglage Compresseur Séparation des réseaux Σβ2 = 0 1 Etireur Angle du réseau Ajustement de β3/β2 2 E. Cormier JNOG 2008

  35. Caractéristiques temporelles et spectrales Pulse picker Fiber stretcher Pre-amplifier Isolator Power Amplifier Grating Compressor Grating stretcher E = 100 µJ f = 300 kHz P = 340 MW Dl = 7.2 nm TBP ~ 0.55 E. Cormier JNOG 2008

  36. Conclusion • Systèmes fibrés CPA haute énergie • Sources large bande • Amplificateur basé sur une fibre double gaine Rod type • Cadence : 100 kHz to 1 Mhz • Durée : 280 fs • Energie : > 100 µJ • Puissance crète : > 350 MW • Perspectives • Atteindre 1 mJ avec moins de 300 fs • Puissance moyenne 100 W • Réduction de la durée à 40 fs par postcompression • Applications E. Cormier JNOG 2008

  37. Dépolarisation du faisceau E. Cormier JNOG 2008

  38. Outlooks INITIAL GOAL Harmonic generation @ 100-1000 kHz rep. rate CPA Fiber amplifier@1030 XUV gaz • Constraints: • Intensity dependent process: ~ 1014 W/cm² • Ionisation must be limited : • < 300 fs FCPA performances @100 kHz: Dt = 280 fs E = 125 µJ Ppower ~ 450 MW First demonstration of HHG production from a FCPA E. Cormier JNOG 2008

More Related