Development of a Versatile 76 MHz Fiber Based Source of 9-fs Pulses in the Near-Infrared and Phase-Stable ps Pulses in the Mid-Infrared

Pour développer les outils en infrarouge moyen de notre laboratoire en optique ultrarapide, une source pulsée de durée de l’ordre des picosecondes atteignant un niveau d’énergie de 2nJ a été construite. Les sources de cette région spectrale sont d’un intérêt particulier, car elles permettent de sonder par spectroscopie des processus dynamiques dans les molécules organiques. Le point de départ du travail présenté dans ce mémoire est un système de laser et d’amplificateur fibré émettant dans le proche infrarouge (longueur d’onde d’environ 1555nm) qui a été construit par un ancien étudiant du groupe. Ce genre de source est de plus en plus utilisé pour produire des impulsions à bande spectrale extrêmement large et elle sert donc de tremplin pour atteindre l’infrarouge moyen. Les premières tâches accomplies furent d’apporter plusieurs modifications à ce système pour optimiser sa performance, avec comme objectif de générer des procédés nonlinéaires. Entre autres, la puissance moyenne fut augmentée d’environ 10% grâce à une optimisation du procédé d’épissure de fibres optiques dissimilaires dans le système. Un travail méticuleux d’optimisation du spectre de sortie du système est aussi présenté dans ce mémoire, menant à l’obtention d’impulsions de durée d’environ 80fs. Le système amélioré a ensuite été utilisé pour générer du supercontinuum par propagation dans un assemblage de fibre monomode et de fibre hautement nonlinéaire. Les impulsions ainsi obtenues peuvent être facilement altérées en changeant la compression initiale des impulsions en sortie de l’amplificateur fibré. D’une part, des impulsions de durée inférieure à 9 femtosecondes ont été mesurées après compression dans un compresseur à prismes à base de verre SF10. Cela correspond à un paquet d’ondes centré à 1200nm qui comprend 2.2 cycles d’oscillation du champ électrique, un record pour notre laboratoire. D’autre part, une autre configuration du supercontinuum a été utilisée pour effectuer de la différence de fréquences (effet nonlinéaire d’ordre 2) avec une portion des impulsions initiales. De cette manière, un train d’impulsion de puissance moyenne de 150uW a été mesuré, centré à 2.8um, dans l’infrarouge moyen. Dans le but d’augmenter la puissance et de pouvoir utiliser cette source comme un outil de métrologie, le résultat de la différence de fréquences a été introduit dans un second amplificateur fibré commercial. Le résultat en sortie est une source à plus de 2nJ de niveau d’énergie, centré à 2780nm avec une durée d’impulsion de l’ordre de la picoseconde à un taux de répétition de 76MHz. Étant donné que ce sont le résultat d’une différence de fréquence entre deux parties d’une même impulsion, ces impulsions sont dites stables en phase. En d’autres mots, la relation de phase entre le champ électrique et l’enveloppe de l’impulsion est constante. Le résultat est donc une source stable très versatile qui peut opérer sur plusieurs plages de l’infrarouge.