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Article

1 - QUELQUES NOTIONS DE BASE

2 - PROPAGATION DES IMPULSIONS LUMINEUSES

3 - GÉNÉRATION D’IMPULSIONS

4 - APPLICATIONS DES LASERS À IMPULSIONS ULTRACOURTES

5 - UNE AUTRE ÉTAPE : LE DÉVELOPPEMENT DES IMPULSIONS À L’ÉCHELLE DE L’ATTOSECONDE

6 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : AF3282 v2

Quelques notions de base
Génération d’impulsions lasers ultracourtes jusqu’à la femtoseconde

Auteur(s) : Georges BOULON

Date de publication : 10 juil. 2017

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Sommaire

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RÉSUMÉ

Cet article décrit la propagation des impulsions lumineuses dans un milieu absorbant et dans un milieu dispersif non linéaire. Les méthodes de déclenchement produisant des impulsions courtes à l’échelle de la nanoseconde (1ns=10-9s) et de la picoseconde (1ps=10-12s) sont détaillées, de même que les impulsions lasers ultracourtes de quelques femtosecondes (1fs=10-15s), décrites par l’autofocalisation ou lentille de Kerr et de l’automodulation de phase. Les applications novatrices ainsi que les perspectives des champs électromagnétiques de très hautes intensités de lasers pétawatts (1015watts/cm2) sont présentées.

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ABSTRACT

Ultra-Short Pulsed Laser Generation Up to Femtosecond

This article presents the fundamental physics of the propagation of pulsed beams of light within an absorber material and a dispersive nonlinear material. First, we show Q-switching methods to create short pulses within nanosecond (1 ns = 10?9 s) and picosecond (1 ps = 10?12 s) time ranges. For ultrashort femtosecond (1 fs = 10?15 s) laser pulses obtained from self-focusing or Kerr lens and self-phase modulation, we look at novelty applications and give perspectives for very high intensity electromagnetic fields for petawatt (1015 watts/cm2) laser sources.

Auteur(s)

  • Georges BOULON : Professeur des universités - Institut Lumière Matière, Unité Mixte de Recherche CNRS 5306 - Université Claude Bernard Lyon1, Université de Lyon, Lyon, France

INTRODUCTION

Cet article sur la génération d’impulsions lasers courtes (ns) à ultracourtes jusqu’à la femtoseconde (fs) est associé aux trois articles sur les sources lasers à l’état solide : fondements [AF3275], la luminescence cristalline appliquée aux sources lasers [AF3276] et les cristaux et l’optique non linéaires [AF3278].

Il a pour objectif de montrer la nécessité de disposer de sources lasers à impulsions de plus en plus brèves et de décrire les diverses méthodes physiques, surtout optiques, nécessaires à leur production tout en donnant les principaux paramètres physiques de caractérisations.

Après avoir défini le vocabulaire sur les notions de base de la propagation des impulsions lumineuses nous détaillons les méthodes de déclenchements pour générer des impulsions courtes aux échelles de la nanoseconde et de la picoseconde puis ultracourtes à l’échelle de la femtoseconde en donnant de plus quelques applications et perspectives originales.

Mentionnons que les références sont relatives à la bibliographie récente des ouvrages et articles sur le sujet des sources lasers à impulsions ultrabrèves jusqu’à la femtoseconde avec, en outre, la précision des titres.

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KEYWORDS

pulsed light propagation   |   Kerr effect   |   self-focalisation   |   pulsed laser   |   mode-locking

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-af3282


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1. Quelques notions de base

La dynamique électronique interne aux atomes actifs en optique s’est joué pendant longtemps à des échelles de temps comprises entre quelques nanosecondes et des fractions de seconde. Les connaissances dans ce domaine ont donc progressé parallèlement aux avancées des sources à impulsions rendant possible le pompage des niveaux d’énergie atomiques dans les gaz, liquides et solides, c’est-à-dire principalement avec les outils lasers mis au service des chercheurs, particulièrement efficaces, à la fois, par leur intensité et par leur double sélectivité fréquentielle et temporelle. En réalité, on ne pouvait pas s’arrêter là et les efforts dans la recherche de sources encore plus rapides, en deçà de la nanoseconde, ont abouti progressivement à franchir l’échelle de temps de la picoseconde (1 ps = 10–12 s) puis de la femtoseconde (1 fs = 10–15 s), c’est-à-dire l’échelle de temps pour les échanges d’atomes ou de groupes d’atomes des systèmes à plusieurs corps comme les molécules isolées, les protéines ou les solides. Les premiers travaux sur les mouvements des molécules ont été réalisés dès 1945 par Porter et Norrish en mettant au point la technique de photolyse par flashs ce qui leur valut le prix Nobel de chimie en 1967. Plus récemment, l’utilisation de lasers à impulsions à l’échelle de la femtoseconde ont valu le prix Nobel de chimie à Zewail en 1999.

À titre d’exemple nous donnons sur la figure 1 des ordres de grandeur des échelles de temps intervenant dans les phénomènes physico-chimiques et biochimiques. C’est la femtochimie qui permet d’observer le comportement dynamique des atomes et des molécules ou de visualiser l’évolution des réactions chimiques.

1.1 Spectroscopies standards et lasers

Avant l’invention du laser, les spectroscopies mises en jeu concernaient les mesures d’absorption, de transmission, de réflexion et d’émission de la lumière par les milieux en fonction de la longueur d’onde ou de la fréquence ou encore du nombre d’onde. La découverte du laser a rendu possible des mesures qui n’étaient pas accessibles auparavant. En effet, les spécificités des sources lasers sont nombreuses : cohérence spatiale et cohérence temporelle élevées, largeur de raie...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - ABRAHAM (E.), OBERLÉ (J.), JONUSAUSKAS (G.), RULLIÈRE (C.) -   Analyse de réactions chimiques par spectroscopie non linéaire résolue en temps dans La femtochimie,  -  L’Actualité Chimique, février (2001).

  • (2) - GAUDUEL (Y.), HALLOU (A.) -   Réactivité ultrarapide en chimie radicalaire dans La femtochimie,  -  L’Actualité Chimique, février (2001).

  • (3) - GUSTAVSSON (T.), MONS (M.), VISTICOT (J.-P.) -   Femtochimie : de la molécule isolée à la phase liquide dans La femtochimie,  -  L’Actualité Chimique, février (2001).

  • (4) - BRATOS (S.), GALE (G.M.), GALLOT (G.), LEICKNAM (J.-C), POMMERET (S.) -   Femtochimie de l’eau liquide dans La femtochimie,  -  L’Actualité Chimique, février (2001).

  • (5) - BUNTINX (G.), LAPOUGE (C.), POIZAT (O.) -   Spectrochimie Raman et suivi structural d’espèces chimiques en cours de réaction dans La femtochimie,  -  L’Actualité...

1 Site Internet

Laboratoire Ondes et Matière d’Aquitaine (LOMA) : https://www.loma.cnrs.fr

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