LASERS À FIBRE FEMTOSECONDES DE HAUTES ÉNERGIES

Abstract

Des progrès significatifs ont été réalisés, ces dix dernières années, dans la génération d’impulsions ultracourtes dans les lasers à fibre à verrouillage de modes. Ceci a donné lieu au développement de produits commerciaux répondant à plusieurs applications scientifiques et industrielles. Cependant, les avantages de la technologie des fibres telles que le confinement du mode et les grandes longueurs de gain constituent des problèmes fondamentaux pour la génération d’impulsions ultracourtes de hautes énergies. Ces limitations proviennent des fortes non-linéarités, principalement Kerr, induites dans la silice par la propagation d’impulsions de fortes puissances crêtes qui empêchent l’auto-consistance d’impulsions énergétiques dans un laser à fibre. L’utilisation de fibres à dispersion normale permet de repousser les seuils des non-linéarités vers les fortes énergies. En effet, l’association d’une dispersion normale avec l’effet Kerr donne lieu à la formation d’impulsions fortement étirées de faible puissance crête. Ces impulsions à dérive de fréquence quasi-linéaire peuvent être comprimées à l’extérieur de la cavité à des durées de l’ordre de 100 fs [1]. Des énergies de plus de 20 nJ ont été ainsi obtenues dans des oscillateurs à fibre à saut d’indice à cœur dopé ytterbium [2,3]. Pour augmenter significativement l’énergie des oscillateurs à fibre femtosecondes, il est indispensable de diminuer les non-linéarités effectives des fibres actives en augmentant les dimensions du cœur et en diminuant la longueur d’absorption de la pompe tout en gardant une propagation strictement monomode. Les fibres à gaine microstructurée air-silice permettent l’extension des dimensions du cœur, jusqu’à 100 µm, tout en gardant une propagation monomode. Par ailleurs, la microstructuration de la gaine permet de réduire les rapports de diamètre cœur/gaine afin d’optimiser le couplage du signal pompe multimode vers le cœur monomode et ainsi réduire les longueurs d’absorption. Récemment, l’utilisation des fibres microstructurées à large cœur a permis la génération d’impulsions femtosecondes de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de nanojoules directement à partir d’un oscillateur à fibre [4-7]. Par ailleurs, l’utilisation de fibres microstructurées fortement biréfringentes a permis de démontrer un laser stable vis-à-vis de l’environnement extérieur avec des impulsions de 150 fs [8]. Dans cette communication nous présentons les derniers résultats obtenus sur la génération d’impulsions ultra-courtes dans les lasers à base de fibres microstructurées à larges cœurs dopés ytterbium en utilisant des absorbant saturables à multi-puits quantiques. Nous présenterons différentes configurations de cavités opérant en régime de dispersion normale et discuterons des différents régimes de fonctionnement obtenus. Nous nous attarderons un peu plus sur l’impact des paramètres de l’absorbant saturable sur les performances en énergie et en durée de ces lasers et donnerons quelques perspectives pour la montée en énergie au delà du micro-joule.