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Simulation multiphysique dans les sources laser

Article de référence | Réf : AF3282 v2

Génération d’impulsions lasers ultracourtes jusqu’à la femtoseconde

Auteur(s) : Georges BOULON

Date de publication : 10 juil. 2017

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Amplification d’impulsions laser à dérive de fréquence

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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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MOTS-CLÉS

propagation des impulsions | effet Kerr | autofocalisation | laser à impulsions | verrouillage de modes

KEYWORDS

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

VERSIONS

Il existe des versions antérieures de cet article :

Version archivée 1 de janv. 2006 par Georges BOULON

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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...

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ANNEXES

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Sommaire
Sommaire détaillé

INTRODUCTION

1 - QUELQUES NOTIONS DE BASE

1.1 - Spectroscopies standards et lasers
1.2 - Quelques ordres de grandeurs entre valeurs fréquentielles et temporelles
1.3 - Limites des résolutions fréquentielles et temporelles
1.4 - Milieux linéaires et non linéaires

2 - PROPAGATION DES IMPULSIONS LUMINEUSES

2.1 - Constante de propagation
2.2 - Propagation dans un milieu absorbant : vitesse de groupe vg et coefficient de dispersion Dν
2.3 - Propagation des impulsions dans les milieux dispersifs non linéaires

$Rôle d’une paire de réseaux de diffraction pour compresser l’impulsion$

3 - GÉNÉRATION D’IMPULSIONS

3.1 - Les méthodes de déclenchement (Q-switching)
3.2 - Génération d’impulsions courtes à l’échelle de la nanoseconde
3.3 - Génération d’impulsions très courtes à l’échelle de la picoseconde
3.4 - Génération d’impulsions ultracourtes à l’échelle de la femtoseconde

4 - APPLICATIONS DES LASERS À IMPULSIONS ULTRACOURTES

4.1 - Application des lasers saphir : Ti3+ et LISAF : Cr3+ à la détection des polluants atmosphériques
4.2 - Application à la femtochimie
4.3 - Imagerie
4.4 - Spectroscopie des semi-conducteurs
4.5 - Perçage des matériaux
4.6 - Science des champs électromagnétiques de très hautes intensités. Vers la physique des plasmas et la fusion nucléaire

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

6 - CONCLUSION

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