FR2827679A1

FR2827679A1 - Ultrashort optical pulse amplifier, has index network inscribed in optical block formed by holographic inscription in photosensitive material

Info

Publication number: FR2827679A1
Application number: FR0109752A
Authority: FR
Inventors: Jean Pierre Huignard; Brigitte Loiseaux; Vincent Laude
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2001-07-20
Filing date: 2001-07-20
Publication date: 2003-01-24
Anticipated expiration: 2021-07-20
Also published as: WO2003010861A1; FR2827679B1

Abstract

The strata of the network (10) are inclined relative to the axis of the block (9). The network produces a spatial distribution of the spectral frequencies of incident pulses, and elongated pulse is then restored by passage in a second block, identical to the first.

Description

ETIREUR D'IMPULSIONS ULTRACOURTES COMPACT ET ADAPTATIF
La présente invention se rapporte à un étireur d'impulsions ultracourtes compact et adaptatif. COMPACT AND ADAPTIVE ULTRA-SHORT PULSE DRAWER
The present invention relates to a compact and adaptive ultrashort pulse stretcher.

Les matériaux lasers disponibles actuellement présentent une très large bande spectrale, typiquement supérieure à 100 nm. Avec de tels matériaux, on peut réaliser des sources laser qui, après blocage de modes, émettent des impulsions optiques ultracourtes dont la durée est typiquement comprise entre 10 et 100 fs. Avec ces sources, pour produire des impulsions à très haute puissance crête (supérieure à 1 TW), on réalise une chaîne d'amplification mettant en oeuvre la technique classique dite C. P. A (Chirped Pulse Amplification). Selon cette technique, une impulsion ultracourte issue d'un oscillateur est dispersée et allongée temporellement, puis amplifiée dans un amplificateur et comprimée à sa durée initiale, ce qui permet d'obtenir un gain important pour sa valeur de crête (typiquement, cette valeur crête peut passer de 1 TW à 100 TW). Les processus d'extension et de compression d'impulsions sont habituellement mis en oeuvre par des disperseurs à réseaux. Ce sont, par exemple des étireurs de Martinez ou de Offner, et des compresseurs de Tracy. The laser materials currently available have a very wide spectral band, typically greater than 100 nm. With such materials, it is possible to produce laser sources which, after blocking of modes, emit ultrashort optical pulses whose duration is typically between 10 and 100 fs. With these sources, to produce pulses with very high peak power (greater than 1 TW), an amplification chain is implemented using the conventional technique known as C. P. A (Chirped Pulse Amplification). According to this technique, an ultrashort pulse coming from an oscillator is dispersed and lengthened temporally, then amplified in an amplifier and compressed to its initial duration, which makes it possible to obtain a significant gain for its peak value (typically, this peak value can go from 1 TW to 100 TW). Pulse extension and compression processes are usually carried out by network dispersers. These are, for example Martinez or Offner stretchers, and Tracy compressors.

Ces dispositifs connus sont encombrants et ne permettent pas de contrôler la phase de chaque composante spectrale, et sont généralement onéreux. These known devices are bulky and do not allow the phase of each spectral component to be controlled, and are generally expensive.

La présente invention a pour objet un étireur d'impulsions ultracourtes qui soit compact, simple, peu onéreux, et qui permette de contrôler la phase de chaque composante spectrale des impulsions étirées. The present invention relates to an ultrashort pulse stretcher which is compact, simple, inexpensive, and which makes it possible to control the phase of each spectral component of the stretched pulses.

L'étireur d'impulsions conforme à l'invention comporte au moins un bloc optique dans le volume duquel est formé un réseau d'indice, les strates de ce réseau étant avantageusement inclinées par rapport à l'axe du bloc, les impulsions à étirer étant envoyées dans l'axe de ce bloc. The pulse stretcher according to the invention comprises at least one optical block in the volume of which an index network is formed, the strata of this network being advantageously inclined relative to the axis of the block, the pulses to be stretched being sent in the axis of this block.

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée de plusieurs modes de réalisation, pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par le dessin annexé, sur lequel : la figure 1 est un diagramme simplifié expliquant le processus permettant d'augmenter la puissance crête d'impulsions optiques ultracourtes ; The present invention will be better understood on reading the detailed description of several embodiments, taken by way of nonlimiting examples and illustrated by the appended drawing, in which: FIG. 1 is a simplified diagram explaining the process making it possible to increasing the peak power of ultrashort optical pulses;

+ la figure 2 est une vue simplifiée en coupe d'un bloc optique tel que mis en oeuvre par la présente invention ; . la figure 3 est une vue simplifiée en coupe d'un bloc optique similaire à celui de la figure 2, associé à un modulateur spatial ; + la figure 4 est une vue simplifiée en coupe d'un dispositif similaire à celui de la figure 3, mais fonctionnant en réflexion ; . les figures 5 à 7 sont des schémas illustrant le processus d'inscription de réseaux de volume ; + la figure 8 est une vue simplifiée en coupe d'une variante du dispositif de la figure 3, permettant à la fois le contrôle de phase et d'amplitude des composantes spectrales des impulsions ; et + la figure 9 est une vue simplifiée en coupe d'un mode de réalisation du dispositif de l'invention utilisant un matériau électro-optique. + Figure 2 is a simplified sectional view of an optical unit as implemented by the present invention; . Figure 3 is a simplified sectional view of an optical unit similar to that of Figure 2, associated with a space modulator; + Figure 4 is a simplified sectional view of a device similar to that of Figure 3, but operating in reflection; . Figures 5 to 7 are diagrams illustrating the process of registering volume networks; + Figure 8 is a simplified sectional view of a variant of the device of Figure 3, allowing both phase and amplitude control of the spectral components of the pulses; and + Figure 9 is a simplified sectional view of an embodiment of the device of the invention using an electro-optical material.

On a illustré en figure 1 le principe, connu en soi, d'amplification d'impulsions optiques ultracourtes (d'une durée pouvant être comprise, par exemple, entre 10 et 100 fs). Un oscillateur optique 1 produit des impulsions ultracourtes 2. Ces impulsions sont étirées par un dispositif 3 de dispersion et d'allongement temporel, puis amplifiées par un amplificateur optique 4, à la sortie duquel on recueille des impulsions 5 d'une durée beaucoup plus longue que celle des impulsions initiales (par exemple de quelques dixièmes de ns). Les impulsions élargies 5 sont ensuite comprimées par un dispositif de compression 6, à la sortie duquel on recueille des impulsions 7 aussi courtes que les impulsions initiales 2, mais d'une amplitude crête beaucoup plus grande. FIG. 1 illustrates the principle, known per se, of amplification of ultra-short optical pulses (of a duration which can be understood, for example, between 10 and 100 fs). An optical oscillator 1 produces ultrashort pulses 2. These pulses are stretched by a device 3 for dispersion and time elongation, then amplified by an optical amplifier 4, at the output of which pulses 5 of much longer duration are collected. than that of the initial impulses (for example a few tenths of ns). The enlarged pulses 5 are then compressed by a compression device 6, at the output of which pulses 7 are collected which are as short as the initial pulses 2, but of a much greater peak amplitude.

On a représenté en figure 2 un premier mode de réalisation 8 d'un dispositif d'étirement d'impulsions conforme à l'invention. Ce dispositif 8 est essentiellement constitué par un bloc optique 9 dans lequel est inscrit holographiquement un réseau en volume 10. Le bloc 9 est un bloc de matériau, par exemple en forme de parallélépipède rectangle allongé, en matériau photosensible, dans le volume duquel un rayonnement approprié peut former des variations d'indice de réfraction par strates successifs. Ces strates sont à faces parallèles entre elles et inclinées par rapport à l'axe longitudinal 11 du bloc 9. Le matériau photosensible est par exemple un matériau photopolymère ou un cristal photoréfractif. FIG. 2 shows a first embodiment 8 of a pulse stretching device according to the invention. This device 8 essentially consists of an optical unit 9 in which a volume array 10 is holographically inscribed. Block 9 is a block of material, for example in the form of an elongated rectangular parallelepiped, made of photosensitive material, in the volume of which a radiation appropriate can form refractive index variations by successive strata. These strata are with faces parallel to each other and inclined relative to the longitudinal axis 11 of the block 9. The photosensitive material is for example a photopolymer material or a photorefractive crystal.

Soient A et B les points d'intersection de l'axe 11 avec le premier élément du réseau 10 (premier plan de changement d'indice) et avec le dernier élément, respectivement, et 0 le point d'intersection de l'axe 11 avec l'élément central de ce réseau. L'inverse de la fréquence spatiale (ou pas des strates) A-1 du réseau 10 varie linéairement de A à B dans le présent exemple. Let A and B be the points of intersection of axis 11 with the first element of the network 10 (first index change plane) and with the last element, respectively, and 0 the point of intersection of axis 11 with the central element of this network. The inverse of the spatial frequency (or not of the strata) A-1 of the network 10 varies linearly from A to B in the present example.

Le fonctionnement du dispositif 8 repose sur le principe suivant. The operation of the device 8 is based on the following principle.

Soit To la durée d'une impulsion ultracourte incidente (durée à mi-hauteur).

Let To be the duration of an ultrashort incident pulse (duration at mid-height).

1 Sa largeur spectrale Au est telle que : l1u= (2-cor1, soit : 2 A=-x-- (c : vitesse de la lumière dans le milieu considéré). c 210

La longueur d'onde centrale du spectre de cette impulsion est notée #o, et et elle correspond à une fréquence centrale uo. A titre d'exemple, si la source laser d'impulsions est à base de Saphir-Titane, on a . o = 0,8 um, ce qui donne un AX compris entre 150 et 200 nm environ. Au point 0 (centre du réseau 10), la strate est sous l'incidence de Bragg pour la longueur d'onde au (angle du plan de la strate par rapport à l'axe 11). La section du réseau est égale ou supérieure à la section du faisceau laser incident. Selon un exemple de réalisation, la section du réseau est un carré de 3 mm de côté. La longueur L du réseau 10 (distance entre A et B) correspond au temps de retard que l'on souhaite introduire entre les deux composantes spectrales extrêmes du spectre de l'impulsion incidente. Ce retard correspond à la durée T de l'impulsion allongée (-c To) avant son passage

2 dans l'amplificateur 4. On a : T=- nL, n étant l'indice du matériau dans c lequel est enregistré le réseau 10. Le facteur 2 est dû au fait que l'on fait passer l'impulsion successivement dans deux dispositifs tels que le dispositif 8 pour être suffisamment allongée, comme expliqué ci-dessous en référence à la figure 3. Autour du centre 0 du réseau 10, la fréquence spatiale locale oo, suivant l'axe 11, vaut, pour un angle de Bragg de 450 dans le matériau du bloc 9 : 0"0 = (n/c) euo. A l'entrée A du réseau et à la sortie B du réseau, on a respectivement :

1 Its spectral width Au is such that: l1u = (2-cor1, that is: 2 A = -x-- (c: speed of light in the medium considered). C 210

The central wavelength of the spectrum of this pulse is denoted #o, and and it corresponds to a central frequency uo. As an example, if the laser pulse source is based on Sapphire-Titanium, we have. o = 0.8 µm, which gives an AX of between 150 and 200 nm approximately. At point 0 (center of the network 10), the stratum is under the Bragg incidence for the wavelength at (angle of the plane of the stratum with respect to the axis 11). The cross section of the array is equal to or greater than the cross section of the incident laser beam. According to an exemplary embodiment, the section of the network is a square with a side of 3 mm. The length L of the network 10 (distance between A and B) corresponds to the delay time which it is desired to introduce between the two extreme spectral components of the spectrum of the incident pulse. This delay corresponds to the duration T of the elongated pulse (-c To) before its passage

2 in amplifier 4. We have: T = - nL, n being the index of the material in which the network is recorded 10. The factor 2 is due to the fact that we pass the pulse successively in two devices such as device 8 to be sufficiently elongated, as explained below with reference to FIG. 3. Around the center 0 of the network 10, the local spatial frequency oo, along the axis 11, is worth, for a Bragg angle of 450 in the material of block 9: 0 "0 = (n / c) euo. At the input A of the network and at the output B of the network, we have respectively:

Au/2 étant la différence de fréquences entre le point 0 et le point A ou le point B. De façon plus générale, la fréquence spatiale ax en un point x quelconque du réseau, sur l'axe 11 est : < ? x = (n/c) eux. Au / 2 being the frequency difference between point 0 and point A or point B. More generally, the spatial frequency ax at any point x of the network, on axis 11 is: <? x = (n / c) them.

Ainsi, le réseau 10 réalise une répartition spatiale des fréquences spectrales qui constituent l'impulsion ultracourte issue de l'oscillateur (oscillateur 1 en figure 1). Pour reconstituer, à partir des raies spectrales étalées de l'impulsion optique incidente, une impulsion allongée, on utilise un second dispositif identique à celui de la figure 2. L'impulsion optique allongée a une durée 1 et présente une dérive de fréquence. La loi de dérive de fréquence est linéaire si le réseau 10 présente selon l'axe 11 une répartition de fréquence spatiale o (x) donnée par :

Thus, the network 10 realizes a spatial distribution of the spectral frequencies which constitute the ultrashort pulse originating from the oscillator (oscillator 1 in FIG. 1). To reconstruct, from the spread spectral lines of the incident optical pulse, an elongated pulse, a second device identical to that of FIG. 2 is used. The elongated optical pulse has a duration 1 and has a frequency drift. The frequency drift law is linear if the network 10 has a spatial frequency distribution o (x) along the axis 11 given by:

soit :

a (x) X Uo-x-e-, avec-L/2 (x (+L/2 C C T. To

La loi de variation de la modulation spatiale n (x) de l'indice de réfraction du réseau 10 le long de l'axe 11 est :

is :

a (x) X Uo-xe-, avec-L / 2 (x (+ L / 2 CC T. To

The law of variation of the spatial modulation n (x) of the refractive index of the network 10 along the axis 11 is:

La fonction d'étirement des impulsions incidentes est réalisée par le dispositif de l'invention dans les conditions suivantes : - chaque composante spectrale ux de l'impulsion incidente est

diffractée dans le premier dispositif 8 en un point x du réseau

10 et subit un retard xi =-x±avec-- (x (c 2 2 2

- la phase de chaque composante spectrale est avantageusement contrôlée à l'aide d'un modulateur spatial de phase 1 D (à une dimension). Ce modulateur permet d'ajuster la phase spectrale entre 0 et 2 TI pour réaliser une compensation des effets de chaque impulsion optique se propageant dans la chaîne de traitement de ces impulsions (amplificateurs et compresseur). Un tel modulateur spatial est représenté en figure 3. Le modulateur 12 est utilisé en transmission et disposé The stretching function of the incident pulses is performed by the device of the invention under the following conditions: - each spectral component ux of the incident pulse is

diffracted in the first device 8 at a point x of the network

10 and is delayed xi = -x ± with-- (x (c 2 2 2

- the phase of each spectral component is advantageously controlled using a 1 D phase modulator (one-dimensional). This modulator allows the spectral phase to be adjusted between 0 and 2 TI to compensate for the effects of each optical pulse propagating in the processing chain of these pulses (amplifiers and compressor). Such a spatial modulator is represented in FIG. 3. The modulator 12 is used in transmission and arranged

entre un premier réseau 13 et un second réseau 14, identiques au réseau 9 de la figure 2. Le modulateur 12 est un modulateur spatial classique à lame de cristaux liquides adressés électriquement ou optiquement, dont le plan est parallèle aux axes des réseaux 13 et 14. Le premier réseau 13 diffracte chaque composante spectrale de chaque impulsion optique incidente, tandis que le deuxième réseau 14 diffracte les composantes spectrales selon son axe longitudinal Ox, ce qui fait qu'il produit, pour chaque impulsion incidente ultracourte ainsi diffractée une impulsion allongée, de durée T= (2L/c)en à dérive de fréquences. between a first network 13 and a second network 14, identical to the network 9 of FIG. 2. The modulator 12 is a conventional spatial modulator with a blade of electrically or optically addressed liquid crystals, the plane of which is parallel to the axes of the networks 13 and 14 The first grating 13 diffracts each spectral component of each incident optical pulse, while the second grating 14 diffracts the spectral components along its longitudinal axis Ox, so that it produces, for each ultrashort incident pulse thus diffracted an elongated pulse, of duration T = (2L / c) in frequency drift.

En figure 4, on a représenté une variante du dispositif de la figure 3, pour laquelle le modulateur spatial 12A fonctionne en réflexion (et non plus en transmission comme en figure 3). Les réseaux 13A et 14A, identiques aux réseaux 13 et 14 respectivement, sont parallèles entre eux et à une lame demi-onde 15 qui est insérée entre eux. Le modulateur spatial 12A est disposé à l'extérieur de l'ensemble 13A-15-14A, du côté du réseau 13A, une lame quart. d'onde 16 étant disposée entre le modulateur 12A et le réseau 13A. Le modulateur 12A fonctionne alors en miroir adaptatif (adaptation de la phase de chaque composante spectrale diffractée par le réseau 13A). La lame 16, étant traversée deux fois par ces composantes, est une lame quartd'onde, tandis que la lame 15, traversée une fois, est une lame demi-onde. Dans ce dispositif, la diffraction est efficace sur la polarisation verticale. La lame 16 tourne la polarisation de IV2 et permet aux composantes réfléchies de passer dans le réseau 13A sans être diffractées. A la sortie du réseau 14A, on recueille les impulsions étirées. In Figure 4, there is shown a variant of the device of Figure 3, for which the spatial modulator 12A operates in reflection (and no longer in transmission as in Figure 3). The networks 13A and 14A, identical to the networks 13 and 14 respectively, are parallel to one another and to a half-wave plate 15 which is inserted between them. The spatial modulator 12A is arranged outside the assembly 13A-15-14A, on the side of the network 13A, a quarter blade. wave 16 being disposed between the modulator 12A and the network 13A. The modulator 12A then operates as an adaptive mirror (adaptation of the phase of each spectral component diffracted by the network 13A). The blade 16, being crossed twice by these components, is a quarter-wave blade, while the blade 15, crossed once, is a half-wave blade. In this device, diffraction is effective on vertical polarization. The blade 16 rotates the polarization of IV2 and allows the reflected components to pass through the network 13A without being diffracted. At the output of the network 14A, the stretched pulses are collected.

Dans un exemple de réalisation du dispositif décrit ci-dessus, illuminé par un laser Saphir-Titane, les valeurs des différents paramètres cités ci-dessus étaient les suivantes : L = 6 cm n = 1, 5 . o = 0, 8 um A = 50 nm oo (fréquence spatiale centrale) : 1856 mm
Ao (période des strates des réseaux) : 0,53 pm

Fréquences spatiales extrêmes (en A et B) : cA = 1914 mm-1 OB = 1797 mm-1 et périodes correspondantes : AA = 0, 518 um As = 0, 560 um In an exemplary embodiment of the device described above, illuminated by a Sapphire-Titanium laser, the values of the various parameters mentioned above were as follows: L = 6 cm n = 1.5. o = 0.8 µm A = 50 nm oo (center spatial frequency): 1856 mm
Ao (network strata period): 0.53 pm

Extreme spatial frequencies (in A and B): cA = 1914 mm-1 OB = 1797 mm-1 and corresponding periods: AA = 0.518 um As = 0.560 um

Durée de l'impulsion optique incidente (à mi-hauteur) : To = 20 fs
Durée de l'impulsion étirée : i = 0,6 ns
Matériau constituant le bloc 9 (et les blocs 13,13A, 14, 14A) : c'est un photopolymère PMMA sensibilisé ou bien un cristal photoréfractif fixé par une procédure thermique ou électrique (cristal tel que BaTi03, LiNb03, SBN,...) ou bien encore du verre dopé au plomb et inscrit avec des rayons ultraviolets. Duration of the incident optical pulse (at mid-height): To = 20 fs
Duration of the stretched pulse: i = 0.6 ns
Material constituting block 9 (and blocks 13,13A, 14, 14A): it is a sensitized PMMA photopolymer or else a photorefractive crystal fixed by a thermal or electrical procedure (crystal such as BaTi03, LiNb03, SBN, ... ) or even glass doped with lead and inscribed with ultraviolet rays.

Des publications récentes (voir par exemple l'article de X. C. Long et al Composition dépendance of the photoinduced refractive index change in lead silicate glasses paru dans Optic Letters 24,1136, 1999) montrent que ces mécanismes d'inscription holographique en volume permettent l'enregistrement de structures diffractant avec des variations d'indice permanentes photoinduites de l'ordre de 10 à 10 suivant les matériaux utilisés. Recent publications (see for example the article by XC Long et al Composition dependence of the photoinduced refractive index change in lead silicate glasses published in Optic Letters 24,1136, 1999) show that these mechanisms of holographic inscription in volume allow the recording of diffracting structures with permanent photoinduced index variations of the order of 10 to 10 depending on the materials used.

L'enregistrement du réseau (réseau 10 en figure 2) à dérive de fréquence spatiale peut être réalisé selon l'une des trois techniques suivantes : 10) Par enregistrement holographique d'une onde plane et d'une onde sphérique hors d'axe, comme représenté schématiquement en figure 5. Sur cette figure 5, un bloc 17 de matériau photosensible en volume reçoit une onde plane 18 sous un angle d'incidence moyenne t 80 au centre du bloc 17, cette onde plane interférant avec une onde sphérique 19. L'axe longitudinal Ox du bloc 17 est orienté à 450 de la direction moyenne des franges d'interférence. La longueur d'onde d'inscription du réseau de strates est Ai, telle que :

ce qui donne An = = i-0, 4 um pour l'exemple de réalisation décrit ici. On a alors 80 = t 200, avec Ao ~ 0, 53, um. The recording of the network (network 10 in FIG. 2) with spatial frequency drift can be carried out according to one of the following three techniques: 10) By holographic recording of a plane wave and a spherical wave off axis, as shown diagrammatically in FIG. 5. In this FIG. 5, a block 17 of photosensitive material in volume receives a plane wave 18 at an average angle of incidence t 80 at the center of the block 17, this plane wave interfering with a spherical wave 19. The longitudinal axis Ox of block 17 is oriented at 450 from the mean direction of the interference fringes. The registration wavelength of the network of strata is Ai, such that:

which gives An = = i-0.4 μm for the embodiment described here. We then have 80 = t 200, with Ao ~ 0.53, um.

La divergence de l'onde plane est ajustée de façon que l'angle formé entre les faisceaux qui interfèrent induise, dans la direction de l'axe Ox, les fréquences spatiales cA et cB aux points A et B du bloc 17. On

obtient alors, en ces points A et B, les angles d'incidences : Oo + AO et 00-AO

avecA6= j/V2) (og-oA). The divergence of the plane wave is adjusted so that the angle formed between the interfering beams induces, in the direction of the axis Ox, the spatial frequencies cA and cB at points A and B of block 17. We

then obtains, at these points A and B, the angles of incidence: Oo + AO and 00-AO

with A6 = j / V2) (og-oA).

2") Par enregistrement de deux ondes symétriques R et S, respectivement convergente et divergente, comme schématisé en figure 6. Ces ondes R et S arrivent sur le bloc 20 de matériau photosensible de façon symétrique par rapport à l'axe Ox de ce bloc. Les plans des strates sont perpendiculaires à l'axe Ox. Les points R et S sont dans le plan focal de lentilles cylindriques. 2 ") By recording two symmetrical waves R and S, respectively convergent and divergent, as shown diagrammatically in FIG. 6. These waves R and S arrive on the block 20 of photosensitive material symmetrically with respect to the axis Ox of this block The planes of the strata are perpendicular to the axis Ox. The points R and S are in the focal plane of cylindrical lenses.

3 ) Par enregistrement de la copie du motif d'un masque 21, motif figurant un réseau à dérive de fréquence spatiale (réseau à pas variable), le masque étant disposé sur un bloc optique 22 en matériau photosensible. L'enregistrement se fait par un réseau dirigé perpendiculairement au masque. Cette technique est utilisée classiquement pour l'inscription de réseaux de Bragg chirpés dans les fibres optiques monomodes. 3) By recording the copy of the pattern of a mask 21, a pattern representing a network with spatial frequency drift (variable-pitch network), the mask being placed on an optical unit 22 made of photosensitive material. The recording is done by a network directed perpendicular to the mask. This technique is conventionally used for the registration of chirped Bragg gratings in single-mode optical fibers.

Le modulateur spatial 1 D, décrit ci-dessus en référence à la figure 4, peut être soit un modulateur à cristaux liquides dont les pixels sont adressés électriquement ou optiquement, soit un miroir du type à membrane déformable ou du type comportant un ensemble de microactuateurs commandés par un réseau 1D d'électrodes. Le contrôle de la phase de chaque composante spectrale permet de corriger les aberrations temporelles qui s'introduisent lors de la propagation des impulsions optiques étirées dans les composants optiques de la chaîne de traitement (amplificateurs, réseaux de compression...). The spatial modulator 1 D, described above with reference to FIG. 4, can be either a liquid crystal modulator whose pixels are electrically or optically addressed, or a mirror of the deformable membrane type or of the type comprising a set of microactuators controlled by a 1D network of electrodes. The control of the phase of each spectral component makes it possible to correct the temporal aberrations which are introduced during the propagation of the stretched optical pulses in the optical components of the processing chain (amplifiers, compression networks, etc.).

On a représenté en figure 8 un mode de réalisation du dispositif de l'invention permettant de contrôler à la fois la phase et l'amplitude de chaque composante spectrale des impulsions incidentes. Le dispositif 23 de la figure 8 comporte deux réseaux identiques 24,25 parallèles entre eux, qui sont identiques aux réseaux 10,13 et 14. Le réseau 24 reçoit les impulsions ultracourtes incidentes, et le réseau 25 produit les impulsions étirées correspondantes. Entre ces deux réseaux, on dispose un modulateur spatial 1D référencé 26 et un polariseur 27, ce dernier étant disposé entre le modulateur 26 et le réseau 25. De l'autre côté du réseau 24, on dispose une lame quart-d'onde 28 et un miroir adaptatif 1 D référencé 29, la lame 28 étant disposée entre le réseau 24 et le miroir 29. Dans ce dispositif 23, le modulateur 26 agit sur l'amplitude des composantes spectrales de l'impulsion incidente, tandis que le miroir 29 agit sur leur phase. Ainsi, dans FIG. 8 shows an embodiment of the device of the invention making it possible to control both the phase and the amplitude of each spectral component of the incident pulses. The device 23 of FIG. 8 comprises two identical networks 24, 25 parallel to each other, which are identical to the networks 10, 13 and 14. The network 24 receives the incident ultrashort pulses, and the network 25 produces the corresponding drawn pulses. Between these two networks, there is a 1D spatial modulator referenced 26 and a polarizer 27, the latter being disposed between the modulator 26 and the network 25. On the other side of the network 24, there is a quarter-wave plate 28 and an adaptive mirror 1 D referenced 29, the blade 28 being disposed between the grating 24 and the mirror 29. In this device 23, the modulator 26 acts on the amplitude of the spectral components of the incident pulse, while the mirror 29 acts on their phase. So in

ce dispositif 23, le modulateur 26 permet d'ajuster le gain reçu par chaque composante spectrale lors du passage de l'impulsion étirée à dérive de fréquence dans les amplificateurs. this device 23, the modulator 26 makes it possible to adjust the gain received by each spectral component during the passage of the stretched pulse with frequency drift in the amplifiers.

On a représenté en figure 9 un réseau 30 produisant, comme le réseau 10, l'étirement des impulsions incidentes, mais le matériau le constituant est lui-même électro-optique. Ce matériau peut être, par exemple, un cristal de LiNb03. Des électrodes 31.1 à 31. n sont formées sur une face du barreau 32 dans lequel est inscrit le réseau 30. Ces électrodes sont reliées à des potentiels respectifs V1 à Vn. Ce réseau d'électrodes permet d'appliquer au cristal une répartition spatiale déterminée de champ électrique, ce qui entraîne une modification (par rapport à une configuration sans électrodes) de la loi de dispersion des composantes spectrales, donc du temps de retard tex en chaque point du barreau 32. La variation relative de fréquence spatiale Ao/a est égale à An/n (variation relative d'indice d'un bout à l'autre du barreau 32). Cependant, l'amplitude de cette variation est limitée, puisque An est d'environ 10-3 pour les meilleurs matériaux électro-optiques. FIG. 9 shows a network 30 producing, like network 10, the stretching of the incident pulses, but the material constituting it is itself electro-optical. This material can be, for example, a LiNb03 crystal. Electrodes 31.1 to 31. n are formed on one face of the bar 32 in which the network 30 is inscribed. These electrodes are connected to respective potentials V1 to Vn. This network of electrodes makes it possible to apply to the crystal a determined spatial distribution of electric field, which involves a modification (compared to a configuration without electrodes) of the law of dispersion of the spectral components, therefore of the delay time tex in each point of the bar 32. The relative variation of spatial frequency Ao / a is equal to An / n (relative variation of index from one end to the other of the bar 32). However, the amplitude of this variation is limited, since An is around 10-3 for the best electro-optical materials.

Selon un autre mode de réalisation de l'invention (non représenté), on cascade plusieurs dispositifs tels que celui de la figure 3 ou de la figure 4. Un tel montage permet d'obtenir des impulsions à dérive de fréquence plus longue. According to another embodiment of the invention (not shown), several devices such as that of FIG. 3 or of FIG. 4 are cascaded. Such an arrangement makes it possible to obtain pulses with longer frequency drift.

Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, on inscrit dans le volume du matériau photosensible un réseau dont la loi de répartition spatiale o (x) n'est plus la loi linéaire des modes de réalisation décrits cidessus, mais une loi différente (exponentielle, cubique...), ce qui permet d'obtenir une dispersion spatiale correspondante des différentes composantes spectrales des impulsions incidentes. According to yet another embodiment of the invention, a network whose spatial distribution law o (x) is no longer the linear law of the embodiments described above, but a different law, is inscribed in the volume of the photosensitive material. (exponential, cubic ...), which makes it possible to obtain a corresponding spatial dispersion of the different spectral components of the incident pulses.

Le dispositif étireur d'impulsions ultracourtes (par exemple de durée inférieure à 50 fs) de l'invention, qui permet d'obtenir des impulsions étirées (par exemple d'une durée de l'ordre de la nanoseconde ou plus), est simple et compact. Il peut être adaptatif par adjonction d'un modulateur de phase contrôlant la phase de chaque composante spectrale. Il peut avoir une structure monobloc intégrant les éléments optiques passifs et programmables. Bien entendu, ce dispositif est généralement suivi d'un amplificateur et d'un dispositif de compression, comme représenté en figure 1, ce, afin d'obtenir des impulsions ultracourtes de très forte amplitude. The device for stretching ultrashort pulses (for example of duration less than 50 fs) of the invention, which makes it possible to obtain stretched pulses (for example of a duration of the order of a nanosecond or more), is simple and compact. It can be adaptive by adding a phase modulator controlling the phase of each spectral component. It can have a one-piece structure integrating passive and programmable optical elements. Of course, this device is generally followed by an amplifier and a compression device, as shown in FIG. 1, in order to obtain ultrashort pulses of very high amplitude.

Claims

1. Compact ultrashort pulse stretcher, characterized in that it comprises at least one optical unit (9,17, 20,22, 24,25, 32) in the volume of which an array of indices is formed (10 , 13, 14,13A, 14A, 30), the pulses to be stretched being sent in the axis of this block.

2. Stretcher according to claim 1, characterized in that the strata of the index network are inclined relative to the axis of the block.

3. Stretcher according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises two blocks arranged parallel to one another (13-14,13A-14A-24- 25).

4. Stretcher according to claim 3, characterized in that it comprises a 1 D spatial modulator (12,26) between the two blocks.

5. Stretcher according to claim 3, characterized in that it comprises a 1D spatial modulator with reflection (12A) disposed outside the assembly of the two blocks (13A, 14A), and a half-wave plate ( 15) disposed between the two blocks.

6. Stretcher according to claim 3, characterized in that it comprises a 1D spatial modulator (26) and a polarizer (27) disposed between the two blocks (24,25), and a spatial reflection modulator (29) and a quarter wave plate (28) arranged outside the assembly of the two blocks.

7. Stretcher according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the optical units (32) is made of electrooptical material and comprises a series of electrodes (31.1 to 31. n) on one of its faces lateral, these electrodes being connected to potentials (V1 to Vn) applying to the block a determined spatial distribution of electric field.

8. Stretcher according to one of the preceding claims, characterized in that the strata of the index grating are inclined relative to the axis of the optical unit (s).

9. Stretcher according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a cascade of several blocks or sets of two blocks.