Caractérisation d'une impulsion ultra-brève

L’essor spectaculaire des lasers à impulsions ultra-brèves soulève un problème de métrologie très spécifique, dans la mesure où les impulsions lumineuses ainsi produites constituent les événements les plus brefs que l’on sache réaliser. Il n’est donc pas possible d’avoir recours à un phénomène encore plus bref pour caractériser les impulsions toujours plus courtes produites par de tels lasers. Ainsi, les lasers ultra-brefs n’ont pu se développer que de concert avec de nouvelles méthodes de caractérisation, dont cet article fait l’objet.

L’extraordinaire diversité des méthodes conçues lors des dernières décennies ne saurait être traitée ici de manière exhaustive, aussi un certain nombre de choix – parfois arbitraires – ont-ils été nécessaires. Tout d’abord, par impulsion brève ou ultra-brève, on entend une impulsion dont la durée est comprise entre quelques femtosecondes et quelques picosecondes. Pour des impulsions plus longues, on pourra en effet préférer des méthodes de mesure de nature électronique. À l’inverse, le domaine sub-femtoseconde (ou attoseconde ) fait l’objet de méthodes de mesure très spécifiques non développées ici, même si ces méthodes dérivent souvent de concepts qui seront évoqués dans cet article. Par ailleurs, certains aspects comme le contraste de l’impulsion ou la phase de la porteuse par rapport à l’enveloppe ne seront pas discutés, malgré le rôle essentiel qu’ils jouent en particulier dans le domaine de la physique des hautes intensités.

Après un rappel des principes fondamentaux, qui permettront de distinguer deux principales classes de méthodes de mesure, l’article abordera successivement les méthodes dites non stationnaires (le plus souvent linéaires), puis les méthodes dites non linéaires, qui exploitent une non-linéarité optique du second ou du troisième ordre.