Contrôle de la phase d'un réseau résonnant pour la mise en forme temporelle d'impulsions laser ultra-brèves
Résumé
The work presented in this thesis deals with two areas of Optics studied at the Hubert Curien laboratory. The aim of this work is to design a zero order resonant grating to perform temporal pulse shaping.
A spectral modulation is usually induced to temporally shape ultrashort laser pulses. However it is known that resonant reflection from a corrugated slab waveguide exhibits sudden changes in the incident light spectrum, especially in its phase. To glance at the influence of a resonant grating on the temporal shape of an ultrashort laser pulse, it is necessary to study spectral response of such a component. This is achieved considering the phenomenological coupled-modes approach. Then a mirror is added under the resonant grating to obtain a pure spectral phase modulator. The induced phase is given by the resonant phenomena and its profile is fixed by the opto-geometrical parameters of the resonant mirror. Nevertheless this limitation can be overcome by re-injecting the reflected beam several times into the grating. Such a set-up permits to induce several phase functions thus several temporal pulse shapes, and particularly double pulses with accordable delay. A resonant mirror was fabricated. Experimental demonstration successfully showed the doubling effect of the optical element on a femtosecond laser pulse.
A spectral modulation is usually induced to temporally shape ultrashort laser pulses. However it is known that resonant reflection from a corrugated slab waveguide exhibits sudden changes in the incident light spectrum, especially in its phase. To glance at the influence of a resonant grating on the temporal shape of an ultrashort laser pulse, it is necessary to study spectral response of such a component. This is achieved considering the phenomenological coupled-modes approach. Then a mirror is added under the resonant grating to obtain a pure spectral phase modulator. The induced phase is given by the resonant phenomena and its profile is fixed by the opto-geometrical parameters of the resonant mirror. Nevertheless this limitation can be overcome by re-injecting the reflected beam several times into the grating. Such a set-up permits to induce several phase functions thus several temporal pulse shapes, and particularly double pulses with accordable delay. A resonant mirror was fabricated. Experimental demonstration successfully showed the doubling effect of the optical element on a femtosecond laser pulse.
Le travail de recherche effectué dans cette thèse couvre deux domaines de l'optique physique et technique, tous deux traités au Laboratoire Hubert Curien par deux équipes différentes. Le but est de développer un réseau résonnant d'ordre zéro en vue d'une application à la mise en forme temporelle d'impulsions laser ultra-brèves.
Pour moduler temporellement une impulsion ultra-brève, une modulation spectrale est utilisable. Or il est connu que la réflexion résonnante d'un guide planaire couplé par réseau montre un changement soudain dans le spectre au voisinage de la résonance, notamment dans la phase. Il convient donc de qualifier et de quantifier les changements d'amplitude et de phase spectrales que peut produire un réseau résonnant. Pour ce faire, le réseau résonnant est étudié suivant l'approche phénoménologique par modes couplés. Un miroir est ensuite ajouté à ce simple guide planaire couplé par réseau dans le but d'obtenir une modulation de phase pure pour une conservation de l'énergie réfléchie sur tout le spectre de l'impulsion. La phase ainsi induite est donnée par la nature de l'effet résonnant et sa forme est figée par le caractère statique des paramètres opto-géométriques de la structure. Cependant, une configuration en cascade par réinjection du faisceau permet de multiplier le déphasage et, par conséquent, de varier dans une certaine mesure les profils temporels accessibles, en particulier de dédoubler une impulsion avec un écart temporel variable et qui peut être grand. Un miroir résonnant a été conçu puis fabriqué et a permis de démontrer expérimentalement avec succès l'effet de dédoublement temporel d'un tel élément optique sur une impulsion femtoseconde.
Pour moduler temporellement une impulsion ultra-brève, une modulation spectrale est utilisable. Or il est connu que la réflexion résonnante d'un guide planaire couplé par réseau montre un changement soudain dans le spectre au voisinage de la résonance, notamment dans la phase. Il convient donc de qualifier et de quantifier les changements d'amplitude et de phase spectrales que peut produire un réseau résonnant. Pour ce faire, le réseau résonnant est étudié suivant l'approche phénoménologique par modes couplés. Un miroir est ensuite ajouté à ce simple guide planaire couplé par réseau dans le but d'obtenir une modulation de phase pure pour une conservation de l'énergie réfléchie sur tout le spectre de l'impulsion. La phase ainsi induite est donnée par la nature de l'effet résonnant et sa forme est figée par le caractère statique des paramètres opto-géométriques de la structure. Cependant, une configuration en cascade par réinjection du faisceau permet de multiplier le déphasage et, par conséquent, de varier dans une certaine mesure les profils temporels accessibles, en particulier de dédoubler une impulsion avec un écart temporel variable et qui peut être grand. Un miroir résonnant a été conçu puis fabriqué et a permis de démontrer expérimentalement avec succès l'effet de dédoublement temporel d'un tel élément optique sur une impulsion femtoseconde.