Les chercheurs ont combiné un système laser à fibre avec des avancées récentes dans les cellules multipasses pour créer un laser avec une combinaison unique d'impulsions à quelques cycles à une puissance moyenne élevée, énergie d'impulsion et taux de répétition et avec un fonctionnement en phase d'enveloppe de porteuse stable (CEP). Ces caractéristiques rendent le nouveau laser idéal pour piloter des sources attosecondes de nouvelle génération, comme celles de l'Extreme Light Infrastructure (ELI) en Europe.

ELI, l'infrastructure laser haute puissance la plus vaste et la plus avancée au monde, sera utilisé pour étudier les interactions lumière-matière aux intensités les plus élevées et aux échelles de temps les plus courtes. Les lignes de faisceau de la source d'impulsions de lumière attoseconde d'ELI fourniront des performances sans précédent dans la génération d'impulsions attosecondes isolées et auront donc des exigences très élevées en matière de système laser.

Steffen Hädrich d'Active Fiber Systems GmbH en Allemagne présentera le nouveau laser à la conférence Web virtuelle Optica (anciennement OSA) Laser Congress du 3 au 7 octobre 2021. La conférence de Hädrich est prévue pour lundi, 4 octobre à 11h30 EDT (UTC 04h00).

« Le développement d'un système laser aussi unique ouvre de nouvelles perspectives pour les sources secondaires, par exemple. pour la génération d'impulsions attosecondes isolées avec des paramètres inédits, " a déclaré Hädrich. Ceux-ci sont à leur tour prometteurs pour faire progresser la compréhension des processus électroniques sur des échelles de longueur et de temps fondamentales et contribuer à de nouvelles découvertes en biologie, chimie, physique et médecine."

Pour créer un système laser pouvant répondre aux besoins de l'ELI et d'autres applications scientifiques, les chercheurs ont développé un système d'amplification d'impulsions à modulation de fréquence qui combine de manière cohérente huit canaux d'amplification. Ce système émet des impulsions de 300 fs qui sont ensuite compressées jusqu'au régime de quelques cycles à l'aide de deux cellules multipasses. La première cellule multipasse utilise des miroirs diélectriques standard pour obtenir des impulsions de 1,7 mJ avec une durée inférieure à 35 fs. La deuxième cellule utilise des miroirs à base de métal pour atteindre une durée d'impulsion de seulement 5,8 fs à une énergie d'impulsion de 1,1 mJ, Puissance moyenne de 110 W et taux de répétition de 100 kHz.

Un fonctionnement CEP stable est nécessaire pour utiliser pleinement la puissance moyenne élevée et le taux de répétition rapide du laser. Les chercheurs y sont parvenus en mesurant le CEP de chaque impulsion à l'aide d'un seul phasemètre stéréo-ATI qui peut caractériser le bruit sur l'ensemble du spectre de fréquences. Les mesures CEP ont été envoyées à un contrôleur PID, créant une boucle de rétroaction qui a permis ~ 400 mrad de bruit CEP.

« Nous avons démontré les impulsions les plus courtes et la puissance moyenne compressée la plus élevée qui ont été obtenues pour les MPC à quelques cycles avec 110 W au taux de répétition des impulsions de 100 kHz, " a déclaré Hädrich. "Avec de nouvelles améliorations, nous espérons également atteindre bientôt moins de 300 mrad de bruit CEP."

Hädrich ajoute, "Le système laser présenté répond aux exigences du laser HR1 d'ELI-ALPS. Nous sommes en train d'adapter cette approche aux paramètres HR2, c'est-à-dire mettre en œuvre ce concept pour la démonstration d'un 500W, 5mJ, Système laser 6fs CEP-stable."