Optical electric field shaping and characterization: applications to femtosecond pulses
Manipulation et caractérisation du champ électrique optique: applications aux impulsions femtosecondes
Résumé
This thesis deals with femtosecond pulse shaping and temporal characterization. The originality of the work resides in the proposed approach in which metrology plays the essential role. The thesis' first part addresses the problem of the theoretical and experimental limitations of short pulse shaping via an Acousto-Optic Programmable Dispersive Filter (AOPDF). A detailed and accurate analysis of the device was performed by spectral interferometry to determine its precision. An essential step in this work consisted in characterizing the precision available through spectral interferometry beforehand. A systematic study of the precision of first to fourth-order polynomial phases generated with the AOPDF was then undertaken. The main factors responsible for the observed discrepancies between the programmed and applied phases are presented and discussed. A method is proposed to correct them. The second part of the thesis is devoted to the study of three different pulse characterization techniques: a reference one, " Spectral Phase Interferometry for Direct Electric-field Reconstruction " (SPIDER) and two others developed during the thesis: " Local Spectral Compression " (LSC) and " Self-Referenced Spectral Interferometry " (SRSI). The precision of the measurement of quadratic and cubic phases generated with the AOPDF was determined for each method. All of these precisions were compared with each other. Pulses were also compressed to their Fourier limit using a feedback loop between the LSC device and an AOPDF first, and secondly the SRSI device and an AOPDF. Finally, each technique's advantages and limitations are discussed.
Cette thèse porte sur le façonnage d'impulsions femtosecondes et leur caractérisation temporelle. L'originalité du travail repose sur une approche dans laquelle l'aspect métrologique joue un rôle essentiel. La première partie de la thèse aborde le problème des limites théoriques et expérimentales du façonnage d'impulsions courtes par un filtre acousto-optique dispersif programmable (AOPDF). Une caractérisation fine de ce dispositif a ainsi été réalisée par interférométrie spectrale pour déterminer sa précision. Une étape essentielle du travail a consisté à caractériser, au préalable, la précision de mesure accessible par interférométrie spectrale. Une étude systématique de la précision de génération, par AOPDF, de phases polynomiales d'ordre 1 à 4 a ensuite été réalisée. Une interprétation des écarts obtenus entre phase programmée et phase appliquée ainsi qu'une méthode de correction sont proposées et discutées. La seconde partie de la thèse est consacrée à l'étude de trois techniques de caractérisation d'impulsions courtes : une méthode de référence, l'interférométrie spectrale à décalage (SPIDER) et deux nouvelles méthodes développées au cours de la thèse : la " Local Spectral Compression " (LSC) et l'interférométrie spectrale autoréférencée (SRSI). Dans chaque cas, la précision de mesure de phases spectrales quadratiques et cubiques a été déterminée puis comparée à celle obtenue avec les autres méthodes. Les techniques LSC et SRSI ont été également utilisées pour comprimer des impulsions à leur limite de Fourier. Les avantages et inconvénients de chaque méthode sont enfin discutés.
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