From laser amplifiers to parametric amplifiers : optical parametric chirped-pulse amplification and mode-locked OPOs - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2005

From laser amplifiers to parametric amplifiers : optical parametric chirped-pulse amplification and mode-locked OPOs

Des amplificateurs laser aux amplificateurs paramétriques : études de l'amplification paramétrique optique à dérive de fréquence et du blocage de modes dans les oscillateurs paramétriques optiques

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Abstract

Like the well known Ti:Sapphire laser medium, some optical parametric amplifiers (OPA) exhibit gain bandwidths large enough to generate and amplify optical pulses among the shortest (<100fs). This statement is the starting point of this PhD work: to which extent can OPAs be used instead of laser amplifiers whether in chirped-pulse laser chains or in mode-locked oscillators ?
In the first section, the three wave mixing process is studied from a theoretical point of view, the plane wave solutions in a bulk non linear crystal are derived and a geometrical interpretation is given. Periodically poled non linear crystals are also studied as well as quasi-phase matching.
The second section is dedicated to the experimental study of optical parametric chirped-pulse amplification (OPCPA) at 1054nm. Two high gain (>106) preamplifiers, based on bulk BBO and PPLN crystals, are studied and compared. The question of temporal pulse contrast – a key issue for ultra-high intensity laser chains – is extensively studied. The contrast of several OPCPA systems is compared and its various contributions (parametric fluorescence, amplitude noise of the pump pulse) are identified and quantified.
The last section of this work deals with continuous mode-locked optical parametric oscillators (ML-OPO), as well from a theoretical point of view than from an experimental point of view. The first quasi-continuous, actively mode-locked and doubly resonant ML-OPO is demonstrated at 1 micron.
A l'instar du Ti:saphir, certains amplificateurs paramétriques optiques (OPA) possèdent des bandes de gain suffisamment larges pour générer et amplifier des impulsions optiques parmi les plus courtes (<100fs). A partir de ce constat, une double problématique est développée : dans quelle mesure peut-on utiliser des amplificateurs paramétriques en lieu et place des amplificateurs laser utilisés, que ce soit dans les chaînes d'amplification à dérive de fréquence (CPA) ou dans les oscillateurs à modes bloqués ?
La première partie de ce mémoire est consacrée à un rappel de la physique du mélange à trois ondes dans les cristaux massifs, suivi d'une interprétation géométrique des solutions obtenues en ondes planes.
La seconde partie est consacrée à l'étude expérimentale des performances de l'amplification paramétrique optique à dérive de fréquence (OPCPA) à 1054 nm..
Deux préamplificateurs OPCPA présentant des gains supérieurs à 106, l'un à base de cristaux massifs de BBO, l'autre à base de PPLN, sont étudiés et comparés expérimentalement. La question du contraste temporel des impulsions amplifiées par OPCPA – question centrale pour les sources ultra-intenses – fait l'objet d'études théoriques et expérimentales spécifiques. Le contraste de plusieurs sources OPCPA sont comparés et ses diverses composantes (fluorescence paramétrique, bruit d'amplitude sur l'impulsion de pompe) sont identifiées et quantifiées.
La dernière partie du travail de thèse porte sur la possibilité de réaliser un oscillateur paramétrique optique à modes bloqués (ML-OPO) à partir d'une source de pompe continue. Ce travail comporte également un volet théorique et un volet expérimental : une étude théorique systématique des ML-OPO (simplement et doublement résonnants) et la première démonstration expérimentale d'un ML-OPO quasi-continu et doublement résonnant à 1 micron.
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tel-00288940 , version 1 (19-06-2008)

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  • HAL Id : tel-00288940 , version 1

Cite

Nicolas Forget. Des amplificateurs laser aux amplificateurs paramétriques : études de l'amplification paramétrique optique à dérive de fréquence et du blocage de modes dans les oscillateurs paramétriques optiques. Physique Atomique [physics.atom-ph]. Ecole Polytechnique X, 2005. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00288940⟩
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