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.
L'expertise technique et scientifique de référence
KEYWORDS
non linear optics | femtosecond metrology | interferometry
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Méthodes de mesure non linéaires
En anglais
2. Méthodes de mesure non stationnaires
Dès lors que l’on dispose d’un élément non stationnaire, il devient possible de faire usage de l’analogie spatio-temporelle entre le domaine spatial d’une part, et le domaine spectro-temporel d’autre part. Ainsi, dans le domaine spatial, l’effet d’une lentille correspond à une phase parabolique dans l’espace direct, tandis que le phénomène de diffraction correspond à une phase parabolique dans le domaine conjugué par transformée de Fourier. En combinant l’effet non stationnaire d’un modulateur de phase temporelle (pouvant induire une phase quadratique dans l’espace des temps) et celui de la propagation dans un matériau dispersif (phase quadratique dans l’espace des fréquences), on pourra donc réaliser un système d’imagerie « temporelle » permettant soit de comprimer une impulsion lumineuse, soit au contraire de l’étirer pour permettre sa mesure à l’aide d’un détecteur électronique. Plus généralement, la plupart des méthodes de mesure de phase spatiale reposent sur la capacité de contrôler l’amplitude et la phase et/ou de mesurer l’amplitude dans deux plans conjugués par transformée de Fourier à l’aide d’un dispositif d’imagerie. La disponibilité d’éléments non stationnaires (modulateur d’amplitude,...
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Méthodes de mesure non stationnaires
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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