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1 ENSTA ParisTech École polytechnique CNRS LOA - Laboratoire d-optique appliquée

Abstract : The topic of this thesis work concerns the design and the characterization of an efficient device devoted to the temporal contrast improvement for ultra-intense femtosecond laser pulses. The contrast is defined as the intensity ratio between the main femtosecond pulse and its nanosecond pedestal. This pedestal is the amplified spontaneous emission ASE, inherent with laser amplification mechanism. The ASE background has dramatic effects for laser-matter interactions on a solid target.The presented work consists in the theoretical and experimental study of a temporal filter based on a third order nonlinear effect acting on the pulse polarization. We have studied several kinds of nonlinear filters. The selected device is based on the process of cross-polarized wave generation XPW in crystals with an anisotropic third-order nonlinear susceptibility. This nonlinear filter has been experimented on various femtosecond systems. It allows a contrast improvement of several orders of magnitude, as demonstrated by temporal profiles measurements on a large intensity dynamic. A device to improve the nonlinear process conversion efficiency, it means the filter transmission, has also been achieved. This method is based on constructive interferences between XPW signals generated in different crystals. This setup has made it possible to reach experimentally the maximum theoretical efficiency > 20% and in the same time ensures the system stability. At least, we have demonstrated that the filter preserves, or even improves, spectral and spatial qualities of the laser pulse.These results are thus particularly promising and allow contemplating the implementation of the filter in current femtosecond systems.

Résumé : Ce travail de thèse a porté sur la conception et la caractérisation d-un dispositif efficace pour l-amélioration du contraste d-impulsions laser femtosecondes ultra-intenses. La notion de contraste désigne le rapport d-intensité entre l-impulsion proprement dite et son piédestal, de durée nanoseconde. Ce piédestal est constitué par l-émission spontanée amplifiée ASE pour Amplified Spontaneous Emission, inhérent au mécanisme d-amplification laser et particulièrement néfaste pour les interactions laser-matière sur cible solide.Le travail présenté consiste en l-étude théorique et expérimentale d-un filtre temporel basé sur un effet non linéaire du troisième ordre, agissant sur la polarisation de l-impulsion. Nous avons étudié plusieurs déclinaisons de ce principe. Le dispositif finalement retenu repose sur la génération d-une onde polarisée orthogonalement XPW dans des matériaux cristallins dont la susceptibilité non linéaire d-ordre trois est anisotrope. Ce filtre non linéaire a été testé sur différents systèmes femtosecondes et permet l-amélioration du contraste sur plusieurs ordres de grandeur, comme le confirment les mesures de profils temporels sur une grande dynamique réalisées après filtrage. Nous avons également conçu un dispositif pour optimiser l-efficacité de conversion du processus non linéaire, c-est-à-dire la transmission du filtre. Cette méthode consiste à générer des interférences constructives entre les signaux XPW émis dans des cristaux distincts. Dans ces conditions, l-efficacité de transmission théorique supérieure à 20% est atteinte expérimentalement et dans le même temps la stabilité du système est assurée. Nous avons enfin démontré que le filtre préserve, voire améliore, les qualités spectrales et spatiales de l-impulsion. Ces résultats sont donc particulièrement prometteurs et permettent d-envisager l-implémentation définitive du filtre dans les systèmes femtosecondes.

en fr

Keywords : Femtosecond pulse Temporal contrast Amplified spontaneous emission Nonlinear filter Third-order nonlinearities Anisotropy Cross-Polarized Wave generation

Mots-clés : Génération de polarisation orthogonale Laser Impulsion femtoseconde Contraste temporel Emission spontanée amplifiée Filtre non linéaire Non Linéarités d-ordre trois Anisotropie





Autor: Aurélie Jullien -

Fuente: https://hal.archives-ouvertes.fr/



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