Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Cet article porte sur différentes méthodes de caractérisation permettant d'accéder au pro fil temporel d'impulsions ultra-brèves, dont la durée est typiquement comprise entre quelques femtosecondes et quelques picosecondes. Ces méthodes sont soit de nature non stationnaire, soit de nature non linéaire. Dans le premier cas, on utilise le plus souvent une impulsion ultra-brève de référence permettant d'accéder par échantillonnage ou interférométrie à la forme temporelle de l'impulsion mesurée. Dans le second cas, un processus d'optique non-linéaire du deuxième ou du troisième ordre permet d'effectuer une mesure auto-référencée, parfois au moyen d'un algorithme itératif.
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This article reviews different characterization methods for measuring the time profile of ultrashort laser pulses, with a typical duration ranging from a few femtoseconds to a few picoseconds. These methods can be either non-stationary or nonlinear. In the former case, a reference ultrashort pulse is usually used to access the unknown pulse profile by sampling or interferometry. In the latter case, a second- or third-order nonlinear optical process makes a self-referenced measurement possible, sometimes through the use of an iterative algorithm.
Auteur(s)
-
Manuel JOFFRE : Directeur de recherche au CNRS - Professeur à l’École polytechnique Laboratoire d’optique et biosciences École polytechnique, CNRS, INSERM, Université Paris-Saclay, Palaiseau, France
INTRODUCTION
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.
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KEYWORDS
non linear optics | femtosecond metrology | interferometry
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Conclusion
En anglais
3. Méthodes de mesure non linéaires
Les méthodes de mesure linéaires évoquées ci-dessus sont relativement simples à mettre en œuvre et permettent de déterminer de manière précise la phase spectrale de l’impulsion à caractériser. Compte tenu de la grande sensibilité que leur confère leur nature linéaire, il est donc recommandé d’y avoir recours dès lors qu’une impulsion de référence appropriée est disponible. Il nous reste toutefois à caractériser l’impulsion de référence, ce qui requiert une méthode de caractérisation auto-référencée. Comme nous l’avons établi plus haut, en l’absence de mécanisme non stationnaire, une mesure auto-référencée de l’impulsion ne sera possible qu’en ayant recours à un processus d’optique non linéaire .
3.1 Historique des premières méthodes de mesure auto-référencées
Jusqu’à la fin des années 1980, les impulsions ultra-brèves étaient le plus souvent caractérisées par une simple mesure de la fonction d’autocorrélation du second ordre, grandeur que l’on peut mesurer à l’aide de l’un des montages représentés figure 13. Dans le cas de la figure 13 a, deux répliques de l’impulsion incidente, dont l’une est décalée d’un retard variable τ, sont recombinées de manière colinéaire à l’aide d’une lame semi-transparente, puis focalisées dans un cristal doubleur de fréquence. La polarisation du second ordre induite dans ce cristal, proportionnelle...
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Méthodes de mesure non linéaires
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - JOFFRE (M.) - Optique non-linéaire en régimes continu et femtoseconde. - Master Concepts fondamentaux de la Physique, École Normale Supérieure, École Polytechnique, Universités Paris VI et Paris XI (2008) https://hal.archives-ouvertes.fr/cel-00092964v2
-
(2) - BRAOEWELL (R.N.) - The Fourier transform and its applications. - McGraw-Hill, 3rd ed. (1999).
-
(3) - BUTCHER (P.N.), COTTER (D.) - The elements of nonlinear optics. - Cambridge University Press, Cambridge (UK) (1990).
-
(4) - WONG (V.), WALMSLEY (I.) - Analysis of ultrashort pulse-shape measurement using linear interferometers. - Opt. Lett., 19, p. 287 (1994).
-
(5) - LEPETIT (L.), CHERIAUX (G.), JOFFRE (M.) - Linear techniques of phase measurement by femtosecond spectral interferometry for applications in spectroscopy. - J. Opt. Soc. Am. B, 12, p. 2467 (1995).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
https://github.com/dewilcox/PulseshapingPulsemeasurementSimulations
https://www.coursera.org/learn/physique-optique/
http://www.enseignement.polytechnique.fr/profs/physique/Manuel.Joffre/phase
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Ecoles thématiques et journées thématiques organisées par le réseau femto http://reseau-femto.cnrs.fr/spip.php?rubrique32
Conférence plénière annuelle du GDR Ultrafast Phenomena http://gdrupilm.univ-lyon1.fr/ActionsScientifiques.html
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